Locorotondo, 4-5 Giugno 2009

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1 Università degli Studi di Bari Istituto per i Processi Chimico-Fisici CNR Bari Università del Salento Dipartimento di Scienza dei Materiali Locorotondo, 4-5 Giugno 2009 c/o Aula polifunzionale Istituto Tecnico Agrario "Basile-Caramia" Con il patrocinio del Comune di Locorotondo

2 CON IL CONTRIBUTO DI SPAGNUOLO FRANCESCO STRUMENTAZIONE SCIENTIFICA BARI

3 Società Italiana di FotoBiologia Sezione Nazionale della International Union for Photobiology Congresso Annuale giugno 2009 Locorotondo (BA) ATTI DEL CONVEGNO

4 Comitato Organizzatore Comitato Scientifico Lucia Catucci Luigi Ceci Roberto Comparelli Livia Giotta Francesca Italiano Francesco Milano Massimo Trotta Gianfranco Canti Sergio Caffieri PierGiacomo Calzavara-Pinton Giovanni Checcucci Franco Fusi Francesco Ghetti Giulio Jori Giuseppe Palumbo Massimo Trotta Segreteria Organizzativa Francesco Milano Istituto per i Processi Chimico-Fisici CNR sede di Bari Via Orabona, Bari

5 PROGRAMMA Giovedì 4 giugno 9.00 Apertura del Congresso. Saluto delle Autorità Chairperson Massimo Trotta Plenary Lecture: Péter Maróti Luminescence as indicator of state of the photosynthetic apparatus of bacteria Comunicazioni orali (15 minuti): Federica Gevi: Characterization of antenna isoforms from spinach leaves grown under different light conditions Tomas Morosinotto: Regulation of light harvesting in plants: a structural basis for the ph-dependent xanthophyll cycle Roberto Improta: Quantum-mechanical studies of the DNA excited states: from the isolated nucleobases to the double strand Vincenzo De Leo: Activity of cytochrome bc1 complex in cardiolipin enriched chromatophores from Rhodobacter sphaeroides Coffee Break Comunicazioni orali: Chairperson Francesco Ghetti Leonardo Beccarisi: Valutazione delle condizioni ambientali nella grotta Zinzulusa in relazione all impianto d illuminazione Mariateresa Volpicella: Analisi per mutagenesi inserzionale della resistenza ai metalli pesanti del batterio fotosintetico R. sphaeroides Fulvio Ciriaco: Interpretazione quantitativa delle oscillazioni del semichinone in centri di reazione indotte da luce impulsata: un approccio simulativo Ivan Husu: Intensità della luce di misura e costanti cinetiche caratteristiche del processo di ricombinazione di carica nel centro di reazione di Rb. sphaeroides Disma Mastrogiacomo: Heavy metal binding properties of photosynthetic biofilms studied by ATR-FTIR difference spectroscopy Fabio Mavelli: Studio teorico-sperimentale delle cinetiche di ricombinazione di carica in liposomi a composizione variabile Pausa pranzo Chairperson Franco Fusi Plenary Lecture: Teresa Pellegrino Novel Inorganic hybrid nanostructures for biomedical applications

6 Coffee Break Tavola Rotonda FotoBiologia e Nanostrutture Moderatori Roberto Comparelli & Giuseppe Palumbo Marco Marchetti Nanotubi inorganici geomimetici sintetici per applicazioni biomediche Nicoletta Depalo Funzionalizzazione e bioconiugazione di nanocristalli colloidali Elena Reddi Nanosistemi per ottimizzare la terapia fotodinamica dei tumori: aspettative e limitazioni Cosimo D Andrea Tecniche di imaging e spettroscopia di fluorescenza di nanoparticelle per applicazioni diagnostiche e terapeutiche Luca De Stefano Biosensori e biochip ottici basati sulla nanotecnologia del silicio poroso Discussione Assemblea dei Soci Cena sociale Venerdì 5 giugno Giorgio Petrelli (Sindaco di Locorotondo) Francesco Dall Acqua Luigi Musajo: padre della fotobiologia italiana Chairperson Francesco Dall Acqua Plenary Lecture: PierGiacomo Calzavara-Pinton PDT e dermatologia: dove siamo Comunicazioni orali: Sergio Caffieri: Fotostabilità di flavonoidi Andrea Ventrella: Studies on the influences of heavy metals and herbicides on photosynthetic materials by using optical assays Raffaella Verrone: Effect of cyclodextrins on mycotoxin photodegradation Francesca Cialdai: Caratterizzazione dell autofluorescenza di cellule di neuroblastoma (SH-SY5Y) sottoposte a campo elettrico Coffee Break Chairperson PierGiacomo Calzavara-Pinton Comunicazioni orali: Marina Venturini: Microscopia laser confocale a riflettanza per la valutazione in vivo di lesioni melanocitarie e tumori cutanei non melanoma Elisa Corteggiani Carpinelli: Biofuel from microalgae, exploiting solar

7 energy for future sustainability Angela Chiaviello: Photodynamic therapy combined with aspirin, causes proteasome malfunctioning and promotes apoptosis of human-derived H1299 and A549 lung adenocarcinoma cells Fulvio Ratto: Analisi di seconda armonica nella saldatura laser della cornea Giovanni Romano: Sicurezza nell uso dei laser in fotobiologia e fotomedicina Gabriele Bonaventura: Evidenze per una transizione globulare del dna forza ionica indotta: uno studio di light scattering Pausa pranzo Chairperson Giuseppe Palumbo Plenary Lecture: Clara Fabris Fotosensibilizzazione di agenti patogeni di origine microbica: studi di base e prospettive terapeutiche Comunicazioni orali: Francesca Italiano: Studio della risposta metabolica di cellule di rhodobacter sphaeroides esposte a stress abiotico da ioni cromato Fernanda Ricchelli: Switch from inhibition to activation of the mitochondrial permeability transition during hematoporphyrin-mediated photooxidative stress Carlo Musio: Structural and regulatory facets of the opsin-like visual pigments in Hydra Andrea Pardini: Spatial distribution of pigments in selected heterotrich ciliates by means of Multidimensional Confocal Fluorescence Microscopy Coffee Break Chairperson Gianfranco Canti Comunicazioni orali: Monica Camerin: Sintesi e caratterizzazione di squaraine come fotosensibilizzatori nella terapia fotodinamica Barbara Cellamare: Attività fotodinamica dei complessi di inclusione pigmento fotosintetico/ciclo destrina Antonella Di Poto: The effect of photodynamic treatment combined with antibiotic action or hostdefence mechanisms on staphylococcus aureus biofilms Saluti finali e chiusura del Congresso

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9 PLENARY LECTURES

10 LUMINESCENCE AS INDICATOR OF STATE OF THE PHOTOSYNTHETIC APPARATUS OF BACTERIA Péter Maróti and Emese Asztalos Department of Biophysics, University of Szeged, Hungary Although the importance of fluorescence of bacteriochlorophyll from photosynthetic bacteria has been recognized since decades, it has not become a routine tool in photosynthesis research in sharp contrast to chlorophyll fluorescence in oxygenic phototrophs. By kinetic measurements of prompt and delayed fluorescence from bacteriochlorophyll in purple nonsulphur bacteria Rhodobacter sphaeroides on wide (from 10 s to 1 s) time range, we will show its widespread use in investigation of function and structural organization the photosynthetic apparatus including the energetics, energy transfer, electron transport and proton uptake of the primary processes. Special interest will be paid to detect delayed fluorescence that has extremely small intensity (about 10 6 times smaller than that of the prompt fluorescence) and is always accompanied with the intense prompt fluorescence that blinds the photodetector. Several examples will demonstrate that native luminescence combined with kinetic absorption change spectrometry characterizes light-induced redox changes and their reverse (waste) processes in different levels of organizations (isolated reaction center protein, membrane fragments and intact whole cells) of the bacteria. By synchronization of the growth of bacteria, some luminescence-detected phenomena can be revealed which might be specific to age, to level of organization of the intracytoplasmic membrane (ICM) or to cell cycle of the bacteria (see the Figures). As all of these characteristics are sensitive to assembly of photosynthetic units and to environmental effects, luminescence can be used to monitor these processes. 2

11 NOVEL INORGANIC HYBRID NANOSTRUCTURES FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS Teresa Pellegrino National Nanotechnology Laboratory of CNR-INFM, Unità di ricerca Istituto Italiano di Tecnologia and Scuola Superiore ISUFI Via per Arnesano, Lecce (Italy) The development of nanoscale "devices" able to perform, in parallel several tasks will offer new solutions in both diagnosis and medical therapy. In particular, nanostructures displaying at the same time fluorescence and magnetic properties are potentially useful tools for biomedical applications, as dual modality imaging probes based on optical and magnetic resonance imaging (MRI), or for bio-separation and biosensing as for example the simultaneous magnetic separation and multiplexing optical detection of different tumour cell populations. We report here the fabrication of two different kinds of magnetic-fluorescent nano-tools. The first type is based on single superparamagnetic nanoparticles functionalized with fluorophore molecules while the second type consists of spherical nano-beads which display both fluorescent and magnetic features, based on grafting fluorescent oligothiophene molecules to an amphiphilic polymer that is then used to enwrap iron oxide nanoparticles acting as the magnetic domain. We report also cell imaging and cell separation experiments, in which we demonstrate a cell separation efficiency of the level required for cell sorting applications. 3

12 LUIGI MUSAJO: PADRE DELLA FOTOBIOLOGIA ITALIANA Francesco Dall Acqua Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, Università di Padova Luigi Musajo nasce a Locorotondo nel Si laurea in Chimica nel 1926 a Bologna, elaborando una tesi sperimentale con il Prof. Ciamician. Si trasferisce a Bari, sotto la guida del prof. Ciusa, come aiuto alla Cattedra di Chimica Farmaceutica. Ottiene la Libera Docenza nel 1932 e frequenta nel 1937 il Laboratorio di Chimica dell Università di Vienna, sotto la direzione del prof. Späth. Nel 1942 è chiamato in cattedra a Cagliari, quindi a Modena, dove rimane dal 1945 al 1951, per poi passare a Padova, dove percorrerà tutta la sua carriera accademica (Direttore dell Istituto di Chimica Farmaceutica e del Centro sulla Chimica del Farmaco del CNR, Preside, Prorettore, ecc.), assumendo importanti incarichi a livello nazionale e internazionale. Luigi Musajo muore a Modena nel Proprio a Vienna, sotto la guida del prof. Späth, scopre le furocumarine (dette anche psoraleni); si dedica all estrazione ed alla caratterizzazione di varie furocumarine, coltivando essenzialmente l aspetto della chimica delle sostanze naturali. L incontro con la fotobiologia avviene qualche anno più tardi: in occasione di un periodo di licenza come ufficiale delle Armi Navali, si trova in una spiaggia poco lontana da Locorotondo per fare qualche bagno di sole. In quella circostanza Musajo segue un suggerimento popolare secondo il quale applicando sulla pelle dell olio di bergamotto ed esponendosi successivamente al sole, si ottiene un intensa abbronzatura. Altro che abbronzatura! Durante la notte infatti si sviluppa nella parte della pelle che ha trattato, un forte eritema con gonfiore e dolore. La sua curiosità di scienziato lo stimola a voler approfondire le motivazioni di un fenomeno così pesante; grazie agli studi viennesi, si rende conto che l effetto fotosensibilizzatore (come egli lo definì) poteva venir attribuito proprio ad uno psoralene contenuto nell olio di bergamotto, il bergaptene, che ora chiamiamo 5-metossipsoralene o 5-MOP. Da questo momento il Prof. Musajo dedica molto del suo impegno alla fotobiologia, e le ricerche sue e del gruppo di ricercatori da lui forgiato si distingue a livello internazionale per gli studi sul meccanismo d azione delle furocumarine, portando infine, in collaborazione con i dermatologi della Harvard Medical School, alla terapia PUVA. 4

13 TERAPIA FOTODINAMICA IN DERMATOLOGIA, OGGI PierGiacomo Calzavara-Pinton Clinica Dermatologica, Università e Spedali Civili di Brescia. Dopo più di 100 anni dalle prime evidenze, la terapia fotodinamica (PDT) ha conquistato un ruolo per quanto ancora (?) marginale nell armamentario terapeutico dermatologico. In Europa sono registrati attualmente due farmaci per uso locale dermatologico: il metilaminolevulinato (Metvix, Galderma e Photocure) con l indicazione basalioma, malattia di Bowen e cheratosi attinica e gli ALA-patch di Intendis e Photonomic, non disponibili in Italia. Levulan, DUSA è registrato solo negli USA e Canada. Sono inoltre disponibili varie preparazioni locali galeniche di ALA per quanto vi siano dubbi sulla liceità della loro commercializzazione dato che ALA è in vendita come reagente ma non è disponibile/ registrato come farmaco in Europa. L uso di Metvix è frenato dal costo elevato e dalla mancata rimborsbilità del farmaco da parte dei diversi SSR in Italia. Attualmente solo le Regioni Veneto e Lombardia hanno deliberato sul loro rimborso per quanto con codici DRG diversi (Asportazione chirurgica per il Veneto, Chemioterapia per la Lombardia: questi corrispondono a un rimborso di circa 700/ 1000 euro nel primo caso e 424 nel secondo. Inoltre la Lombardia ha posto dei criteri dimensionali precisi. L efficacia/tollerabilità di ALA/MAL sono state poi investigate in un ampio spettro di patologie dermatologiche infettive, infiammatorie e neoplastiche, talora senza solidi dati sperimentali che ne giustificassero l impiego. I dati pubblicati si riferiscono perlopiù a studi osservazionali su piccole casistiche o casi anedottici e come tali non possono mostrare gli effettivi vantaggi della PDT in confronto al benchmark delle terapie convenzionali. E difatti l uso della PDT per queste indicazioni non si è mai diffuso nella pratica clinica. L uso di fotosensibilizzanti per via generale è stato limitato a pochissime situazioni cliniche e difficilmente si intravede in grado di attrarre un significativo interesse e conseguenti investimenti nei prossimi anni. L esperienza di questi ultimi anni ci permette di prevedere che ALA/MAL si stabilizzerà in una nicchia consolidata di mercato per le indicazioni oncologiche attualmente registrate mentre la ricerca di nuove molecole per uso locale e sistemico in Dermatologia soffre di una grave carenza di investimenti limitata ad una frazione infinitesimale del budget dedicato alla ricerca farmacologica. 5

14 FOTOSENSIBILIZZAZIONE DI AGENTI PATOGENI DI ORIGINE MICROBICA: STUDI DI BASE E PROSPETTIVE TERAPEUTICHE Clara Fabris Dipartimento di Biologia, Università di Padova L individuazione di modalità terapeutiche diverse dall impiego di antibiotici per la cura di infezioni di origine microbica rappresenta un settore di ricerca molto attivo. L applicazione della terapia fotodinamica (PDT) in campo antimicrobico costituisce una valida alternativa per il trattamento di infezioni localizzate grazie ad una duplice selettività: l applicazione in situ del fotosensibilizzatore e l irradiamento diretto dell area lesionata. L utilizzo di fotosensibilizzatori con cariche positive intrinseche o l inserimento di gruppi funzionali carichi positivamente nel macrociclo tetrapirrolico di derivati porfirinici ha consentito di indurre un estesa inattivazione di un ampio spettro di microrganismi tra cui batteri Gram-positivi e Gram-negativi, funghi, lieviti, micoplasmi e protozoi parassiti. La PDT antimicrobica risulta particolarmente favorevole grazie ad alcune caratteristiche, tra cui, oltre all ampio spettro d azione, l efficienza di inattivazione nei confronti di specie antibiotico-resistenti, la ridotta probabilità di insorgenza di processi mutageni, la mancanza di selezione di ceppi fotoresistenti e l elevata selettività d azione nei confronti dei patogeni rispetto ai principali costituenti dei tessuti ospiti. Studi condotti in vitro e su modelli animali hanno permesso di studiare dettagliatamente l efficacia e la potenzialità della PDT antimicrobica. Sulla base dei dati ottenuti è possibile ipotizzare che la PDT potrà trovare un ruolo specifico per il trattamento di determinate patologie originate da microrganismi. 6

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16 TAVOLA ROTONDA 7

17 NEW SYNTHETIC GEOMIMETIC INORGANIC NANOTUBES FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS M. Marchetti 1, I. Foltran 1,2, E. Foresti 1, M. Lelli 1, I.G. Lesci 1, F. Pierini 1, and N. Roveri 1 1 Alma Mater Studiorum University of Bologna, Department of Chemistry G. Ciamician, Via Selmi 2, Bologna Italy. 2 University of Eastern Piedmont Amedeo Avogadro, Department of Medical Sciences, Via Solaroli 17, Novara Italy. Asbestos is a mineral group formed by anphibole (inosilicate minerals) like amosite, crocidolite and serpentine like chrysotile. We hardly find only chrysotile in nature, because this material usually enhances together its polymorphous like lizardite and antigorite [1]. Moreover these fibres are usually contaminated by metal traces like iron, aluminium and nickel, which substitute themselves to silicon or to magnesium or they can create different structural anomalies. The main problem regarding natural chrysotile is its high toxicity grade [2-3]. In nanotechnology natural chrysotile is scarcely utilized just because of its high toxicity and non homogenous chemicals and structural properties. This problem can be overcome by the synthesis of stoichiometric geomimetic chrysotile fibres utilizing the previously reported synthetic method starting from SiO 2, MgCl 2 *6H 2 O, H 2 O in a basic medium at 300 C and 82 atm for 36 h [4].Geomimetic synthetic chrysotile fibres have a tubular morphology with variable length and external and internal diameter of 21±1 nm and 7±1 nm respectively. They can be synthesized with controlled and homogeneous stoichiometry, morphology and structure. The absence of metallic ions contamination makes these nanotubes not toxic. For technological applications metallic nanowires can be prepared filling the geoinspired nanotubes with metallic nanoparticles of Ag, Cu, Au and for biomedical applications they can be utilize as innovative drug delivers. Furthermore they can also be used to prepare innovative nano-hybrids consisting of chrysotile nanotubes [4-5] as inorganic building blocks, and of functional organic molecules such as porphyrin chromophores [6]. 1 D.R. Veblen, and P.R. Buseck, Science, , E. Gazzano, E. Foresti, I. G. Lesci, M. Tomatis, C. Riganti, B. Fubini, N. Roveri, D. Ghigo, Toxicology and Applied Pharmacology, 206, 2005, C. Riganti, E. Aldieri, L. Bergandi, I. Fenoglio, C. Costamagna, B. Fubini, A. Bosia, and D. Ghigo, Free Radical Biol. Med., 32, 2002, G. Falini, E. Foresti, M. Gazzano, A. E. Gualtieri, M. Leoni, I. G. Lesci, N. Roveri, Chem. - Eur. J., 10, 2004, N. Roveri, G. Falini, E. Foresti, G. Fracasso, I. G. Lesci, P. Sabatino, J. Mater. Res., 21, 2006, G. De Luca, A. Romeo, V. Villari, N. Micali, I. Foltran, E. Foresti, I. G. Lesci, N. Roveri, T. Zuccheri, L. Monsù Scolaro JACS (Communication), 2009, In press. 8

18 FUNZIONALIZZAZIONE E BIOCONIUGAZIONE DI NANOCRISTALLI COLLOIDALI N. Depalo 1,2, R. Comparelli 2, P. Carrieri 1, M. Corricelli 1,2, M. Striccoli 2, M. L. Curri 2,A. Agostiano 1,2 1 Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Bari; 2 Istituto per i Processi Chimico Fisici CNR, sede di Bari Negli ultimi anni, lo studio della materia su scala nanometrica ha suscitato notevole interesse nel campo della ricerca scientifica, in virtù della forte dipendenza tra le proprietà chimicofisiche dei nanomateriali e le loro dimensioni. In particolare, l interesse verso i sistemi nanocristallini nasce dalla possibilità di ottenere differenti proprietà del sistema: funzionalità, reattività e solubilità. Una tale versatilità può essere conseguita mediante un opportuna modulazione delle dimensioni, della forma e della superficie dei nanocristalli, sia durante che subito dopo il processo di sintesi. Inoltre, la combinazione tra materiali differenti permette di generare caratteristiche innovative che non potrebbero diversamente essere peculiari di una singola nanostruttura. Infine, la possibilità di manipolare opportunamente la loro superficie, allo scopo di aumentarne la bio-compatibilità e per ottenerne l immobilizzazione su substrati e/o l incorporazione in matrici differenti, rende le nanoparticelle colloidali estremamente versatili. Uno degli obiettivi principali nelle applicazioni dei nanocristalli è dunque la loro solubilità in ambienti chimico-fisici differenti. Ciò si può ottenere attraverso trattamenti post-sintesi che li rendano biocompatibili e solubili in acqua, preservando il più possibile le loro specifiche proprietà. Nel presente seminario verranno illustrate alcune tra le più recenti tecniche di funzionalizzazione e bioconiugazione di nanocristalli colloidali di differente composizione e forma (CdSe@ZnS, CdS, TiO 2, Fe 2 O 3 e TiO 2 /Fe 2 O 3 ) e le loro possibili applicazioni. 9

19 NANOSISTEMI PER OTTIMIZZARE LA TERAPIA FOTODINAMICA DEI TUMORI: VANTAGGI E LIMITAZIONI Compagnin C. 1, Mancin F. 3, Moret F. 1, 2 Papini E., Rio Echevarria I. 1, Segat D. 1, Selvestrel F. 1, Tavano R. 2, Reddi E. 1 1 Dipartimento di Biologia, 2 Dipartimento di Scienze Biomediche Sperimentali e 3 Dipartimento di Scienze Chimiche, Università di Padova La terapia fotodinamica (PDT) è una procedura per il trattamento dei tumori solidi che prevede la somministrazione di un agente foto sensibilizzante (PS) seguita da irradiamento con luce rossa della massa neoplastica. Il PS attivato dalla luce produce specie reattive dell ossigeno (ROS) e di conseguenza la morte delle cellule tumorali. La PDT è poco invasiva e più selettiva delle convenzionali terapie antitumorali perché il danno cellulare è limitato all area esposta ad irradiamento. Tuttavia alcuni effetti collaterali, come la fotosensibilità cutanea prolungata e generalizzata, rendono desiderabile un miglioramento della PDT soprattutto per quanto riguarda la localizzazione del PS nel tumore che attualmente è poco selettiva. Una aumentata selettività di localizzazione potrebbe rendere la terapia efficace con diminuite dosi di PS e minori effetti collaterali. Come, in generale per le terapie antitumorali, si ritiene che le nanotecnologie possano fornire gli strumenti adatti per raggiungere questo obiettivo. Infatti l incorporazione di PS in nano sistemi di diversa natura è oggetto di studio molto intenso perché considerata una strategia promettente che permetterà di sfruttare pienamente le potenzialità della PDT. In teoria, un miglioramento della selettività di accumulo nei tumori di PSs veicolati da nano sistemi di opportune dimensioni, dovrebbe essere possibile sfruttando un targeting sia passivo che attivo basato sull effetto EPR (enhanced permeabilità and retention) dovuto alla maggiore permeabilità della vascolarizzazione del tumore rispetto ai tessuti sani. Non solo liposomi e nanoparticelle (NP) di polimeri biodegradabili vengono utilizzati per il delivery di diversi PS alle cellule tumorali ma anche NP non biodegradabili e metalliche vengono proposte nonostante non siano disponibili informazioni adeguate sulla loro biocompatibilità. La maggior parte degli studi sul delivery di PS mediante NP sono stati effettuati con cellule tumorali in vitro mentre solo alcuni studi in vivo sono riportati in letteratura. Saranno presentati e discussi i risultati più recenti e significativi sul delivery di PSs mediante NPs con lo scopo di mettere in evidenza i potenziali vantaggi che la nano medicina può offrire per migliorare la selettività della PDT ma anche i problemi e le limitazioni che sembrano emergere dalle informazioni sinora disponibili. Progetto NANOPHOTO, contratto 20103, finanziato da FP7. 10

20 TECNICHE DI IMAGING E SPETTROSCOPIA DI FLUORESCENZA DI NANOPARTICELLE PER APPLICAZIONI DIAGNOSTICHE E TERAPEUTICHE Cosimo D Andrea Ingegneria dei Processi Industriali - Politecnico di Milano L uso di nanostrutture ha trovato recentemente vaste applicazioni in biologia e medicina (Nanomedicina) sia per quanto riguarda l aspetto diagnostico che terapeutico. Esse riguardano aree quali l imaging molecolare, diagnosi, drug delivery e rigenerazione di tessuti. Parallelamente abbiamo assistito ad una rapida evoluzione della tecnologia che ha permesso di osservare eventi molecolari con una maggiore sensibilità sia in vitro sia in vivo. Tra le numerose tecniche utilizzate (MRI, PET, ottiche, etc ) le tecniche ottiche hanno assunto un ruolo di crescente interesse per le loro caratteristiche di non invasività, elevata sensibilità e di relativa facilità d uso da parte dell operatore. In questa presentazione verranno mostrate due applicazioni, la prima in vitro su campioni cellulari e la seconda in vivo su cavie, di tecniche ottiche di imaging e spettroscopia di fluorescenza. I fulleroli (fullereni idrosolubili) sono studiati per consentire ai farmaci di superare la barriera oculare e raggiungere specifici comparti dell occhio. Tuttavia il loro uso è subordinato allo studio della loro fototossicità. In questa lavoro abbiamo studiato la fototossicità in vitro nel caso di cellule umane della retina e lente. Le misure sono state realizzate in microscopia utilizzando, come sistema di rivelazione, sia un sistema per spettroscopia di fluorescenza risolta in tempo basato sulla tecnica di conteggio a singolo fotone correlato nel tempo (TCSPC), sia una telecamera intensificata con risoluzione temporale inferiore ai 100 ps. Tecniche di imaging e spettroscopia di fluorescenza sono state utilizzate insieme ad un mezzo di contrasto (Indocyanine Cardio Green) per valutare in vivo la vascolarizzazione di tumori impiantati in topi. Queste tecniche hanno permesso di valutare il vascular shutdown a seguito di un trattamento con vascular disrupting agent (ZD6126). 11

21 BIOSENSORI E BIOCHIP OTTICI BASATI SULLA NANOTECNOLOGIA DEL SILICIO POROSO Luca De Stefano Istituto per la Microelettronica e Microsistemi Consiglio Nazionale delle Ricerche Recentemente vi è un forte interesse alla realizzazione di dispositivi su scala micro- e nanometrica integrati su chip che possano trovare applicazione in medicina e biologia. Date le loro dimensioni, tali micro- e nano-sistemi possono naturalmente interagire con le biomolecole, e funzionare quindi come biosensori selettivi da utilizzare nel campo della diagnostica, oppure come biochip, ossia come mini-laboratori integrati e specializzati. L approccio richiesto in questo tipo di progetti di ricerca è necessariamente multidisciplinare in quanto utilizza competenze sviluppate in diversi campi, quali la fisica, l ingegneria, la chimica, la biologia e la medicina. Oggetto del seminario è presentare in sintesi l attività scientifica recentemente sviluppata presso l IMM-CNR di Napoli relativa alla realizzazione di biosensori e biochip ottici in silicio utilizzando cioè la stessa piattaforma che è alla base dei sorprendenti avanzamenti registrati negli ultimi anni nel campo delle tecnologie elettroniche e fotoniche - per lo studio delle interazioni biomolecolari in proteomica e genomica. 12

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23 COMUNICAZIONI ORALI 13

24 CHARACTERIZATION OF ANTENNA ISOFORMS FROM SPINACH LEAVES GROWN UNDER DIFFERENT LIGHT CONDITIONS. Gevi Federica, Timperio Anna Maria, Blasi Barbara and Lello Zolla Dipartimento Scienze Ambientali (DISA), Università La Tuscia Viterbo The major light-harvesting complex (LHC-II) of higher plants plays a crucial role in capturing light energy for photosynthesis and in regulating the flow of energy within the photosynthetic apparatus. Native LHC-II isolated from plant tissue consists of three isoforms, Lhcb1, Lhcb2, and Lhcb3, which form homo- and heterotrimers. Usually plants are exposed to environment where light and temperature conditions are largely variable. The plants haven t possibility of moving so they have evolved several mechanism of acclimation. Among all the environmental parameter light intensity has a major influence on plants life. When the plants are exposed to high excess of light to optimize performance and to avoid photodamage releases a monomers of LHCII from PSII to PSI preferentially in phosphorilated form (Timperio et al. 2005). During light stress at 100 E m -2 s -1 plants must balance the excitation of the two photosystem (Dilly-Hartwig H.1998, Allen et al. 2001) and so there is a migration of light-harvesting complex type 2 (Lhcb2) from grana to PSI containing stroma exposed membranes. Changes in the association-dissociation state of LHCII are the regulatory mechanism that optimize light-harvesting function under different stress condition. In this communication we want to investigate the behaviour of antenna proteins (Lhcb) during different acclimatation, then to correlate the expression of the Lhcb1 isoforms to relative mrna. For this aim we used a microrotofor (Biorad) that avoid detergent and we obtained the antenna proteins in their native form. Moreover it does not require the addition of any chemicals such as a dye. Separation of complexes is based on the protein s real physicochemical properties which inevitably change when dye is added, the ph of each native complex was also determined this is the case of various complexes of LHCII trimers, which have different ph but similar molecular masses. Afterwards a reverse-phase HPLC method on line with mass spectrometry allowed us to have a qualitative and quantitative analysis of Lhcb proteins. Timperio AM, Zolla L. J Biol Chem. 2005;280(32): Allen, J. F., and Forsberg, L. (2001) Trends Plant Sci. 6, Dilly-Hartwig H, Allen JF, Paulsen H, Race HL. FEBS Lett Sep 11;435(1):

25 REGULATION OF LIGHT HARVESTING IN PLANTS: A STRUCTURAL BASIS FOR THE PH- DEPENDENT XANTHOPHYLL CYCLE Giorgia Saga 1, A. Giorgetti 2, GM Giacometti 1, R. Bassi 2, T. Morosinotto 1 1 Dipartimento di Biologia, Università degli studi di Padova, Italy 2 Dipartimento di Biotecnologie, Università degli studi di Verona, Italy Plants adjust their photosynthetic activity to changing light conditions. A central role in this regulation mechanisms is played by the xanthophyll cycle in which the carotenoid violaxanthin (V) is converted into zeaxanthin (Z) in strong light. Zeaxanthin acts as a allosteric activator of photoprotection in plants, enhancing dissipation of the excess absorbed energy as heat (Non Photochemical Quenching, NPQ) and the scavenging of Chl triplets and reactive oxygen species. Violaxanthin de-epoxidase (VDE), the enzyme responsible for Z synthesis, is activated when the thylakoid lumen becomes acidified as a result of high illumination. Despite the fundamental role of zeaxanthin in photoprotection, biochemical and structural information on the enzyme responsible of its synthesis were still lacunose, impairing a deep understanding of the regulation of the reaction. We recently obtained the first structural data on this key enzyme of for the regulation of light harvesting and Non Photochemical Quenching. We determined the structures of the central lipocalin domain of VDE (VDE cd ) at acidic and neutral ph. At neutral ph, VDE cd is monomeric with its active site occluded in the lipocalin barrel. Upon acidification, the barrel opens up resulting in a functional dimerization of the enzyme. Site directed mutagenesis allowed the identification of the binding sites of the two substrates as well as the key residues for enzyme activity. In silico molecular dynamics studies coupled with site directed mutagenesis allowed also describing a mechanisms for the ph induced protein conformational change. Taken together, these data represent a significant step toward a better understanding of the mechanism of zeaxanthin formation in vivo. 15

26 QUANTUM-MECHANICAL STUDIES OF THE DNA EXCITED STATES: FROM THE ISOLATED NUCLEOBASES TO THE DOUBLE STRAND Roberto Improta 1, Fabrizio Santoro 2, Alessandro Lami 2, Vincenzo Barone 3 1 Istituto Biostrutture e Bioimmagini CNR, Napoli; 2 Istituto per i Processi Chimico Fisici CNR, Pisa; 3 Scuola Normale Superiore, Pisa. We have studied the static [1-8] and dynamical behavior of the DNA and of its constituents in their excited states, with special focus on solvent effect [1-4] and on the influence of base stacking and base pairing [5-8]. Excited state geometry optimizations in solution and extensive explorations of the excitedstate surfaces in the Franck-Condon region show that solvent can modulate the accessibility of an additional decay channel, involving a dark n/ excited state. This finding is confirmed by quantum dynamical calculations and provides the first unifying explanation for the experimental trend of pyrimidine excited-state lifetime in different solvents. Quantum mechanical calculations on adenine stacked oligomers and on the double strand tetramer formed by two thymine-adenine stacked pairs in aqueous solution provide a detailed atomistic picture of the excited state decay and of the emission process, and highlight the specific roles of base-stacking and pairing. While absorption involves excited states delocalized over different stacked bases, emission mainly takes place from individual monomers and it is ruled by thymine bases. The long living components of the excited state population of (da) (dt) oligomers correspond to a dark excimer produced by inter-monomer charge transfer between two stacked adenine bases, whereas adenine-thymine proton transfer plays a minor role in the excited state decay. [1] T. Gustavsson, A. Banyasz, E. Lazzarotto, D. Markovitsi, G. Scalmani, M.J. Frisch, V. Barone, R. Improta J. Am. Chem. Soc. 128 (2006) 607 [2] F. Santoro, V. Barone, T. Gustavsson, R. Improta J. Am. Chem. Soc. 128 (2006), [3] Y. Mercier, F. Santoro, M. Reguero, R. Improta J. Phys. Chem. B 112 (2008) [4] V. Karunakaran, K. Kleinermanns, R. Improta, S. A. Kovalenko J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) [5] F. Santoro, V. Barone, R. Improta Proc. Nat. Acac. Sci. U.S.A. 104 (2007) 9931 [6] F. Santoro, V. Barone, R. Improta J. Comput. Chem 29 (2008) 957 [7] R. Improta Phys. Chem. Chem. Phys 10 (2008) 2656 [8] F. Santoro, V. Barone, R. Improta submitted 16

27 ACTIVITY OF CYTOCHROME BC 1 COMPLEX IN CARDIOLIPIN ENRICHED CHROMATOPHORES FROM RHODOBACTER SPHAEROIDES Vincenzo De Leo 1, Lucia Catucci 1,2, Francesco Milano 2, Angela Corcelli 2,3, Angela Agostiano 1,2 1 Dipartimento di Chimica, Università di Bari, Via Orabona 4, Bari, Italy. 2 Istituto per I Processi Chimico Fisici - CNR, Via Orabona 4, Bari, Italy. 3 Dipartimento di Biochimica Medica e Biologia Medica, Università di Bari, P.zza G. Cesare, Bari, Italy Rhodobacter sphaeroides is a Gram-negative bacterium of the Proteobacteria group, which is capable of growing in the presence of light and in anaerobic conditions by means of photosynthesis. Previous results demonstrated that the exposure of Rhodobacter (R.) sphaeroides cells to hypertonic solutions of NaCl caused a considerable increase in Cardiolipin (CL) plasma membrane content (1-2). As CL rises by increasing the incubation time of R. sphaeroides in hypertonic solutions, it was possible to isolate chromatophores containing different CL amounts by starting from cells incubated in NaCl solutions for different times and to use this natural vesicles in the study of functional relationships between CL and photosynthetic enzyme. Cytochrome bc 1 is an integral enzyme complex with a dimeric structure which plays a key role in electron transfer both in the respiratory and in the photosynthetic processes. No previous direct evidence for a CL role on cytochrome bc 1 complex of photosynthetic apparatus is available in literature. However, it is known that CL can perform a specific function on mitochondrial bc 1 complex (3). In this work, the cytochrome bc 1 enzymatic activity was comparatively evaluated in both control and CL enriched chromatophores and a significant increase in enzymatic activity was found in the latter. Since during the incubation time (5h) in hyperosmotic media the protein membrane profile and the pigments of the vesicle remains unchanged, we can relate this increased activity to an higher turnover number for the enzyme. It is concluded that, in analogy with the mitochondrial complex, CL is required for optimal functioning of cytochrome bc 1 complex in photosynthetic bacteria. (1) Catucci et al., (2004) Biochemistry 43, (2) De Leo et al., (2009) J. Lipid Res. 50, (3) Palsdottir et al., (2004) Biochimica et Biophysica Acta 1666,

28 INFLUENZA DELL ILLUMINAZIONE ARTIFICIALE SULLE CONDIZIONI AMBIENTALI ALL INTERNO DELLA GROTTA ZINZULUSA D Agostino D. 1, Beccarisi L. 2, Cataldo R. 3 1 Scuola Superiore ISUFI, Università del Salento; 2 Di.S.Te.B.A., Università del Salento; 3 Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università del Salento La Grotta Zinzulusa (Castro, Lecce) risulta tra i siti più importanti dal punto di vista biospeleologico, a livello internazionale, per la ricchezza di specie animali endemiche. Fin dagli anni 50, l impianto di illuminazione è stato del tipo a luce incandescente, favorendo lo sviluppo di comunità vegetali fototrofiche sulle superfici rocciose nella zona interna. Nel marzo del 2008 è stato installato un nuovo impianto di illuminazione, costituito da corpi illuminanti a 3 e 9 led da 1 watt ciascuno, con l obiettivo di limitare i livelli di illuminazione ad un intensità massima di 40 lux, ridurre le emissioni dell ultravioletto, del rosso e dell infrarosso, ed evitare la diretta illuminazione delle concrezioni. Lo scopo di questo studio è quello di valutare l influenza dell illuminazione artificiale sulle condizioni ambientali della grotta. Da dicembre 2007 dieci sensori rilevano in continuo temperatura ed umidità lungo il percorso solitamente seguito dai visitatori. Dalle misure si nota che le caratteristiche microclimatiche risentono dell ambiente esterno solo dopo i primi 150 m dall ingresso. Per quanto riguarda le misure di luminosità all interno della grotta, prima e dopo la sostituzione dell impianto d illuminazione, si osserva come l intensità luminosa sia aumentata e l irraggiamento sia diffuso. La risposta delle comunità vegetali alla luce è stata studiata attraverso un campionamento sistematico, lungo transetti disposti radialmente intorno alle lampade e distanti tra loro 30 cm. Nella zona d ingresso si riscontra la presenza di formazioni dense e compatte di licheni, briofite e pteridofite. Nella zona interna sono state rilevate alghe verdi endolitiche (Chlorophyta), cianobatteri (Cyanophyta, specialmente sugli apici stillicidiosi delle concrezioni calcitiche), talli di briofite e piccoli licheni. In assenza di luce, mancano le specie fototrofiche e si rinvengono solo talli fungini, frequentemente organizzati in vermicolazioni. Le diverse comunità fototrofiche hanno una risposta sensibilmente differente al gradiente di luce; comunque tutte trovano il loro optimum ecologico nel breve intervallo compreso tra 50 e 150 lux. L'attuale situazione conferisce un miglior confort al visitatore ed una migliore percezione dell ambiente durante il percorso e non favorisce lo sviluppo di comunità biologiche estranee alla grotta nelle immediate vicinanze dei punti luce; questa sembra essere una buona soluzione al difficile compromesso tra fruizione e conservazione della grotta. 18

29 ANALISI PER MUTAGENESI INSERZIONALE DELLA RESISTENZA AI METALLI PESANTI DEL BATTERIO FOTOSINTETICO R. SPHAEROIDES Volpicella M. 1, Leoni C. 1, Italiano F. 2, Di Paolo F. 2, Trotta M. 2, Gallerani R. 1, Ceci L.R. 3 1 Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare - Università degli studi di Bari, 2 Istituto per i Processi Chimico Fisici (CNR Bari), 3 Istituto di Biomembrane e Bioenergetica (CNR Bari). Tra i microrganismi impiegati nelle strategie di bonifica ambientale (bioremediation), grande interesse suscitano gli organismi fotosintetici che mostrano da un lato tolleranza ai metalli pesanti e dall altro una buona capacità di bioaccumulo. Tra gli organismi fotosintetici i batteri rossi non sulfurei occupano una piccola ma importante nicchia ecologica. Essi possono crescere in condizioni in cui la fotosintesi ossigenica non può avvenire, come per esempio in ambienti a potere riducente anche particolarmente alto. La ricerca oggetto di questo studio intende approfondire lo studio del metabolismo di R. sphaeroides (ceppo wild-type: 2.4.1). Esso è un batterio fototrofico facoltativo rosso, non sulfureo, Gram-negativo, non patogeno, in grado di acquisire energia mediante diversi processi quali la fotosintesi, la litotrofia e la respirazione aerobica ed anaerobica. E stata anche dimostrata la sua efficacia nella decontaminazione del terreno di crescita da diversi ossidi metallici e ossianioni, ed è pertanto oggetto di studi di bioremediation. Il genoma di R. sphaeroides è stato completamente sequenziato ( è costituito da due cromosomi circolari: cromosoma I (CI, ~3,0 MBP), cromosoma II (CII, ~0,9 MBP), e altri cinque repliconi. In considerazione della capacità del R. sphaeroides di crescere in presenza di elevate concentrazioni di ioni Co 2+ (sino a 25 mm), è stata messa in atto una strategia per la identificazione dei geni necessari alla resistenza verso tali ioni. A tale scopo è stata costruita una libreria di R. sphaeroides mediante inserzione di trasposoni. I primi risultati dello screening di tale libreria hanno permesso l individuazione di mutanti incapaci di crescere su un terreno a bassa concentrazione di Co 2+ (5 mm) per i quali è in corso la determinazione delle curve di risposta alla dose di cobalto. Lo studio delle sequenze di tali cloni mediante la tecnica del genome walking potrebbe consentire l identificazione di geni che conferiscono al batterio la resistenza a basse concentrazioni di Co

30 INTERPRETAZIONE QUANTITATIVA DELLE OSCILLAZIONI IN CENTRI DI REAZIONE INDOTTE DA LUCE IMPULSATA: UN APPROCCIO SIMULATIVO. Fulvio Ciriaco 1, Anna Lisa Bottalico 1, Donato Frascati 1, Francesco Milano 2, Massimo Trotta 2. 1 Dipartimento di Chimica, Università di Bari, 2 Istituto Processi Chimico Fisici, CNR Bari. L'osservazione delle oscillazioni del semichinone dei centri di reazione (RC) in presenza di donatori elettronici esogeni al dimero, in seguito ad esposizione ad una successione di flash luminosi, è una fonte preziosa di informazioni sulla cinetica e sulla termodinamica dei processi collegati al ciclo di riduzione del chinone nel sito Q B. Nell approccio classico all'interpretazione quantitativa dei dati si opera a concentrazioni di chinone (Q) molto maggiori di quelle di RC; [Q] può quindi essere considerato costante durante l'esperimento e si perviene ad una relazione lineare fra le concentrazioni a flash successivi ottenendo facilmente una soluzione algebrica del problema. Questo approccio presenta due limiti: il primo è che molti effetti non vengono presi in considerazione dal modello perché non è possibile inserirli nel contesto della soluzione algebrica del problema, il secondo è che le condizioni imposte all'esperimento diminuiscono il numero di parametri che è possibile ottenerne. Per esempio, un forte eccesso di Q può rendere inaccessibile il valore della costante di binding per il chinone. Lo schema a fianco mostra un modello base per la simulazione di condizioni sperimentali generiche. Sono state introdotte variabili concentrazione per ciascuna delle specie coinvolte; con un metodo adattativo vengono trovati i valori dei parametri sperimentali non noti che ottimizzano l'accordo fra i dati sperimentali ed i dati simulati. L'uso di questa metodica ci ha permesso di evidenziare fattori non presenti nello schema base e che sono stati introdotti in affinamenti progressivi del modello, come per esempio l'inattivazione parziale del sito di legame per Q a seguito dei flash, e l efficienza non unitaria del flash 20

31 INTENSITÀ DELLA LUCE DI MISURA E COSTANTI CINETICHE CARATTERISTICHE DEL PROCESSO DI RICOMBINAZIONE DI CARICA NEL CENTRO DI REAZIONE DI RB. SPHAEROIDES M. Giomini 1, M. Giustini 1, I. Husu 1, A. Mallardi 2, G. Palazzo 3 1 Dipartimento di Chimica, Università di Roma La Sapienza ; 2 Istituto per i Processi Chimico-Fisici, CNR, Bari; 3 Dipartimento di Chimica, Università di Bari Il Centro di Reazione (RC) dei batteri fotosintetici, un complesso transmembrana proteinapigmenti, rappresenta la più piccola unità funzionale in grado di convertire energia luminosa in energia chimica. L'interazione con luce di frequenza opportuna induce una serie di reazioni di trasferimento elettronico a partire da un donatore primario (un dimero di molecole di batterioclorofilla, D), attraverso vari accettori intermedi, fino agli accettori finali (nel RC di Rb. sphaeroides due molecole di ubichinone, Q), localizzati in domini distinti della proteina. Il primo, Q A, si trova in una tasca relativamente apolare; il secondo, Q B, è in un ambiente più polare dal quale può scambiare con il pool di chinoni presenti all interno della membrana. Sebbene identici, i due chinoni presentano potenziali di riduzione diversi in virtù del differente intorno proteico. Pertanto lo stato a cariche separate D + Q A Q - B è più stabile di D + - Q A ed il trasferimento elettronico da Q - A a Q B porta alla formazione di D + Q A Q - B. In assenza di un riducente l elettrone, giunto fino a Q A o Q B, ritorna al donatore D mediante un processo noto come ricombinazione di carica. L'alterazione dello stato redox dei cofattori del RC comporta inoltre profonde alterazioni nel suo spettro d'assorbimento. Ciò fa sì che la fotolisi, un particolare tipo di spettroscopia UV-Vis-NIR risolta nel tempo, sia la tecnica d elezione per valutare l evoluzione delle reazioni fotochimiche nel RC. In essa due raggi non interferenti di intensità diverse sono focalizzati sul campione: uno ha la funzione di innescare le reazioni di trasferimento elettronico (raggio d'eccitazione), l'altro quella di monitorare le variazioni di assorbanza indotte dall eccitazione (raggio di misura). Se il primo provoca una perturbazione istantanea degli stati elettronici dei cofattori (pochi ns nel nostro caso), il secondo, di intensità ben più modesta, induce una perturbazione continua, i cui effetti sono di norma trascurati. Il lavoro da noi presentato esamina gli effetti che l'intensità del raggio di misura induce sulla ricombinazione di carica in soluzione, a partire dagli stati D + Q A Q - B e D + Q - A, in quest ultimo caso attinenti RC privi di chinone al sito Q B od in cui il trasferimento elettronico da Q - A a Q B è bloccato da inibitori (erbicidi). Il principale risultato è una formulazione dei parametri cinetici della ricombinazione che per la prima volta in letteratura tiene conto dell intensità della luce di misura. 21

32 HEAVY METAL BINDING PROPERTIES OF PHOTOSYNTHETIC BIOFILMS STUDIED BY ATR- FTIR DIFFERENCE SPECTROSCOPY D. Mastrogiacomo 1 L. Giotta 2, L. Valli 1, F. Italiano 3, F. Milano 3 and M. Trotta 3 1 Dipartimento di Ingegneria dell Innovazione, University of Salento, S.P. per Monteroni, Lecce, Italy. 2 Dipartimento di Scienza dei Materiali, University of Salento, S.P. per Monteroni, Lecce, Italy. 3 Istituto per i Processi Chimico Fisici CNR Bari via Orabona 4, Bari, Italy Bioadsorption of heavy metal ions on phototrophic cells represents an interesting issue due to promising applications in bioremediation. In several cases the ability of microorganisms to adsorb and remove toxic ions is mainly ascribable to metabolism-independent interaction of heavy metals with cell-surface components. Moreover heavy metal cation binding properties of bacterial surfaces are often associated to the proton uptake ability of cell envelopes, due to the involvement of a number of acidic moieties, such as carboxylates or phosphonates, in metal binding processes. We have developed a new method for the identification and characterization of functional groups lying on the surface of bacterial cells, involved in both proton and metal cation uptake. Our approach is based on the infrared absorption analysis of bacterial biofilms deposited onto the internal reflection element (IRE) of an Attenuated Total Reflection (ATR) device. By means of a flow cell, attached microorganisms are exposed cyclically to bathing media differing for ph and metal concentration. Reversible binding processes are revealed by the appearance of characteristic signals in the resulting difference spectra. The assignment of infrared difference bands allows eventually the identification of chemical moieties involved in the reversible binding processes under investigation. The technique has been applied successfully 1,2 to the purple bacterium Rhodobacter sphaeroides enlightening the key role played by outer membrane carboxylates in the immobilization of Ni 2+ ions. 1 Buccolieri, A.; Italiano, F.; Dell'Atti, A.; Buccolieri, G.; Giotta, L.; Agostiano, A.; Milano, F.; Trotta,M., Annali Di Chimica 2006, 96, (3-4), F. Italiano; A. Buccolieri; L. Giotta; A. Agostiano; L. Valli; F. Milano and M. Trotta (International Biodeterioration & Biodegradation accepted for publication) 22

33 STUDIO TEORICO-SPERIMENTALE DELLE CINETICHE DI RICOMBINAZIONE DI CARICA IN LIPOSOMI A COMPOSIZIONE VARIABILE. Altamura E. 1, Mavelli F. 1, Milano F. 2, Trotta M. 2 1 Dipartimento di Chimica, Università di Bari; 2 Istituto per i Processi Chimico Fisici, CNR Bari Vescicole di molecole lipidiche vengono utilizzate come modelli cellulari per lo studio di reazioni enzimatiche che possono avvenire sia nel pool acquoso che nella membrana. In anni recenti, vescicole formate da fosfolipidi quali fosfatidilcolina, fosfatidilglicerolo e cardiolipina sono state utilizzate per studiare il processo di ricombinazione di carica (CR) del centro di reazione (RC) fotosintetico [1]. I dati ottenuti in presenza di un pool variabile di ubichinone-10 (UQ 10 ) sono stati confrontati con la soluzione di un sistema di equazioni differenziali e i parametri cinetici ricavati mediante minimizzazione degli scarti quadratici medi fra dati sperimentali e curve calcolate [2]. Il limite dell approccio cinetico classico è che studia l andamento temporale medio di una vescicola senza considerare né le differenze dimensionali dei diversi aggregati presenti in soluzione, né il loro diverso riempimento molecolare. Per superare questo limite, abbiamo utilizzato un programma, sviluppato nel nostro gruppo di ricerca[3], per la simulazione stocastica di sistemi reagenti compartimentalizzati. Abbiamo così potuto studiare la cinetica del processo di CR tenendo conto del differente stato iniziale delle singole vescicole per mettere in evidenza come le distribuzioni molecolari dei soluti influenzino l andamento macroscopico del sistema, in particolare a basse concentrazioni di chinone esogeno. Tale approccio è stato anche utilizzato nel caso di vescicole contenenti RC e chinone, perturbate mediante l addizione di materiale lipidico aggiuntivo sotto forma di micelle, che, rapidamente assorbite dai liposomi, fanno diminuire la concentrazione locale di proteina e ligando, accelerando la cinetica di CR. Infine, liposomi contenenti RC privati del chinone secondario sono state mescolati con liposomi contenenti UQ 10 portando ad un rallentamento della cinetica di CR per effetto dello scambio del chinone fra le vescicole. In questo tipo di esperimenti la reazione di CR è stata utilizzata per monitorare, in maniera indiretta, la dinamica delle vescicole lipidiche. [1] Nagy L, Milano F, Dorogi M, Agostiano A, Laczko G, Szebenyi K, Varo G, Trotta M and Maroti P, Biochemistry: 43, (2004) [2] Milano F, Agostiano A, Mavelli F and Trotta M, Eur J Biochem: 270, (2003) [3] F. Mavelli, K. Ruiz-Mirazo, Phil. Trans. R. Soc. London B: 362, (2007)