INDICE Proprietà di soluzioni macromolecolari B O X 1 Titolazione di biopolielettroliti Spettroscopia di assorbimento e chirottica

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1 INDICE Proprietà di soluzioni macromolecolari Potenziale chimico: richiami Funzioni termodinamiche d eccesso Contributo dell entropia d eccesso all entropia di mescolamento Potenziale chimico di soluzioni elettrolitiche Potenziale chimico e secondo coefficiente viriale Fenomeni di salting-in e salting-out BOX 1 Titolazione di biopolielettroliti Titolazione di omopolipeptidi carichi Titolazione di proteine Spettroscopia di assorbimento e chirottica Spettroscopia di assorbimento e dipolo di transizione elettrico Spettroscopia di assorbimento in derivata Spettroscopia di assorbimento del legame peptidico Influenza del solvente sull assorbimento Spettroscopia chirottica: dicroismo circolare elettronico (CD) Stereochimica Regole di selezione per transizioni chirottiche Spettri CD e struttura di biopolimeri Induzione di attività ottica: aspetto fenomenologico Forma degli spettri CD Spettri CD in quanto meccanica Forza rotazionale Forza rotazionale e simmetria dei cromofori Modi di accoppiamento I

2 Induzione di attività ottica: aspetti teorici Fattore di anisotropia Spettroscopia di fluorescenza Spettri di emissione: fluorescenza Effetti solvente Processi di quenching Decadimento risolto nel tempo Modelli del trasferimento di energia di eccitazione FRET Fotobiologia Fotosintesi Isomerizzazione cis/trans Isomerizzazione fotochimica dello Stilbene Il processo della visione nei mammiferi Caratteristiche strutturali di polipeptidi - I Stati isomerici rotazionali (modello SIR) Energia torsionale di un legame trigonale Energia torsionale nell etano e nel butano Energia torsionale nel pentano Geometria di una catena polipeptidica Parametri strutturali di eliche BOX 2: 2 Rotazioni interne in quanto meccanica I due casi limite della rotazione interna Barriere alte: rotazione impedita Barriere basse: rotazione libera BOX 3: 3 Modello SIR e funzione di ripartizione conformaz II

3 Generalità Un esempio: FR conformazionale per il butano Caratteristiche strutturali di polipeptidi - II Energia potenziale in catene polipeptidiche Diagramma dei contorni di energia (plot di Ramachandran) Stiramento di un legame e piegamento di un angolo BOX 4: 4 Strutture secondarie Eliche, e turns Polarità dell' -elica e dell elica 3 10 Effetti del campo elettrico del dipolo sul trasferimento elettron Transizioni ordine/disordine: -elica/gomitolo statistico - I Cooperatività nella transizione Energetica della transizione Energia potenziale d interazione tra dipoli ammidici Modello di Schellman (modello della massima cooperatività) Modello di Zimm e Bragg (modello a cerniera) BOX 5: 5 Transizione elica/gomitolo e FR configurazionale Modello non cooperativo: unità prime vicine indipendenti Modello a due stati: massima cooperatività Modello di Zimm e Bragg per biopolimeri a basso p.m Transizioni ordine/disordine: -elica/gomitolo statistico II Modello di Zimm e Bragg per polipeptidi ad alto p.m. Un esempio sull importanza del solvente nelle transizioni Regioni elicoidali nei polipeptidi III

4 BOX 6: 6 Frazione -elicoidale in biopolimeri ad alto p.m. Matrice dei pesi statistici e funzione di ripartizione Distribuzione delle regioni elicoidali nei polipep. ad alto p.m Transizioni ordine/disordine: folding/unfolding in proteine Processi stato nativo Molten Globule stato denaturato Folding e entropia conformazionale Misfoldings di proteine; prioni BOX 7: 7 Termodinamica di solvatazione Generalità Processi di solvatazione Richiami di elettrostatica Modello di Born Il contributo non elettrostatico BOX 8: 8 Distanza end-to-end Interazioni idrofobiche e interazioni elettrostatiche Clatrati Struttura dell acqua liquida Interazioni idrofobiche Termodinamica delle interazioni idrofobiche Associazione di molecole o gruppi apolari in acqua Interazioni elettrostatiche Entropia ed effetti elettrostatici in soluzione acquosa BOX 9: 9 Fluttuazioni dell energia e capacità termica dell acqua BOX 10: Distribuzione delle molecole nell acqua Potenziale di coppia e potenziale di forza media IV

5 Funzione di distribuzione radiale per fluidi semplici Prima e seconda sfera di coordinazione nell acqua BOX 11: Pressione osmotica e osmosi inversa Equilibrio osmotico Il futuro dell acqua potabile: l osmosi inversa Caratteristiche strutturali di polinucleotidi Struttura primaria Strutture secondarie Termodinamica della doppia elica e della denaturazione BOX 12 Strutture del DNA Strutture a forcina Ciclizzazione del DNA Equilibri multipli in soluzione Equilibri macroscopici e microscopici Relazioni generali Associazione non cooperativa Aspetto fenomenologico Le costanti di associazione Il grado di saturazione Aspetto termodinamico Dispersione della frazione di legante legato Linearizzazione dell eq tipo Langmuir (plot di Scatchard) Binding legante-dna Interazioni non covalenti tra macromolecole BOX 13 Isoterma di adsorbimento di Langmuir V

6 Binding gas-solido (adsorbimento) Grandezze termodinamiche Parametri molecolari di processi di associazione in soluz. Distribuzione delle distanze d incontro nell addotto Energia libera di solvatazione Potenziale chimico di reazione dalle funzioni di ripartizione Fattore pre-esponenziale e grandezze termodinamiche Effetti entropici nell associazione in soluzione Associazione cooperativa Aspetto fenomenologico Aspetto modellistico Modello di Hill Processi di aggregazione e di micellizzazione Modello di Monod, Wyman e Changeux (MWC) Emoglobina-O 2 : un esempio di binding cooperativo BOX 14 Isoterme di binding e distribuzione del legante Binding non cooperativo Binding cooperativo Isoterma MWC Siti interagenti e matrice dei pesi statistici Catalisi enzimatica: modelli interpretativi Costante specifica di reazione Modello dell entropia di attivazione Modello della stabilizzazione del complesso attivato VI

7 Cinetiche enzimatiche iperboliche Meccanismi enzimatici semplici Reazioni di trasferimento elettronico Grafico di Lineweaver-Burk Cinetiche iperboliche e isoterma di Langmuir BOX 15 Teoria dello Stato di Transizione I: premesse Superfici di energia potenziale e punti di sella Cinetiche enzimatiche sigmoidali Meccanismi di reazione e modelli interpretativi Modello di Hill Modello MWC Meccanismo di cinetiche allosteriche BOX 16 Teoria dello Stato di Transizione II: formulazione Costante specifica di reazione e parametri di attivazione Reazione di isomerizzazione cis/trans in solvente inerte Potenziali di membrana Potenziale elettrochimico Equazione di Nernst Equilibrio di membrana di Donnan Effetto Donnan e pressione osmotica Moto molecolare e proprietà di trasporto Trasporto per diffusione Relazioni di non equilibrio Gradiente di concentrazione VII

8 Prima legge di Fick Seconda legge di Fick (equazione della diffusione) Coefficiente di diffusione e parametri molecolari Misure di trasporto: sedimentazione e elettroforesi Sedimentazione Velocità di sedimentazione Equilibrio di sedimentazione Elettroforesi Separazione elettroforetica tra emoglobina A e S Elettroforesi in gel Bioenergetica Generalità Reazioni accoppiate Esempi di reazioni accoppiate biologicamente significative Membrane cellulari Carica immagine Permeabilità ionica Trasporto facilitato Canali ionici Forze all interno del canale ionico Permeazione ionica mediante ionofori mobili Trasporto attivo: diffusione contro gradiente di concentrazione Trasporto attivo di ioni Na + /K + Bilancio termodinamico del trasporto attivo degli ioni Na + /K VIII