Sistemi multivalenti e cooperativi per la catalisi biomimetica

The exceptionally efficient molecular recognition and catalysis events observed in Nature result from a highly cooperative interplay between functional groups. Both the processes of recognition and catalysis rely on two key issues: · Multivalency. The presence of multiple functional groups enhances the binding affinity because of the exerted cooperativity. A similar cooperativity is generally observed in the catalytic site of enzymes. · Functional group diversity. Intrinsically, proteins are heterofunctional structures exploiting a wide variety of functional groups for target recognition or for substrate conversion. Based on these concepts, this research project aims at developing artificial systems with competitive performances. Starting point for this project are recent results obtained in our group which are: · The development of a synthetic protocol for the functionalization of multivalent (3) scaffold molecules on solid support. · The observation of strong catalytic cooperativity between functional groups (Zn-complexes) attached to the periphery of dendrimers or self-assembled on the surface of Au-nanoparticles. The initial aim will be to apply the synthetic protocol for the functionalization of dendrimers of various generations. The ability to functionalize dendrimers on solid support is highly interesting by itself, because it greatly facilitates compound purification, which is the main obstacle in dendrimer synthesis. In the next phase, dendrimers will be modified with appropriate functional groups. Functional group diversity can be introduced by doping the dendrimer with mixtures of functionalities. With the same objectives, but using a different synthetic strategy, the functionalization and application of Au-nanoparticles will be an alternative.

La grande efficienza che si può osservare in natura nel riconoscimento molecolare e nella catalisi è il risultato dell’interazione cooperativa tra gruppi funzionali. Sia il processo di riconoscimento sia quello di catalisi si basano su due caratteristiche fondamentali: - Multivalenza. La presenza di numerosi gruppi funzionali aumenta l’affinità di legame per effetto cooperativo. Questo si osserva anche nel sito catalitico degli enzimi. - Diversità di gruppi funzionali. Le proteine sono strutture eterofunzionali che presentano una larga varietà di gruppi funzionali per il riconoscimento di un target o per la conversione di un substrato. Il progetto di ricerca riguarda quindi lo sviluppo di sistemi artificiali basati su queste caratteristiche. Il punto di partenza sono per il progetto sono alcuni risultati ottenuti dal nostro gruppo di ricerca: - Lo sviluppo di un protocollo sintetico per la funzionalizzazione di piattaforme molecolari multivalenti su un supporto solido. - L’osservazione di un forte effetto cooperativo in catalisi tra gruppi funzionali (complessi di zinco) legati alla periferia di dendrimeri o auto-assemblati sulla superficie di nanoparticelle di oro L’obiettivo iniziale sarà l’applicazione di un protocollo sintetico per la funzionalizzazione di dendrimeri di varie generazioni. La possibilità di funzionalizzare dendrimeri su un supporto solido risulta di per sè molto interessante, in quanto faciliterebbe notevolmente la purificazione dei composti, che è la difficoltà maggiore nella sintesi dei dendrimeri. Nella fase successiva i dendrimeri saranno modificati con appropriati gruppi funzionali. La diversità di gruppi funzionali sarà ottenuta introducendo sui dendrimeri miscele di funzionalità. Considerando le loro dimensioni, l’idea è quella di utilizzare questi dendrimeri nel riconoscimento di grandi strutture, come la superficie di proteine. Per gli stessi scopi, ma usando una differente strategia sintetica, la funzionalizzazione e l’applicazione di nanoparticelle d’oro sarà un’alternativa.