Studio numerico di miscele di proteine

Tirocinio rivolto agli studenti di Laurea magistrale in Fisica.
Proposta da Nicoletta Gnan e Emanuela Zaccarelli
Sede di attività Sapienza
Le particelle patchy sono dette tali in quanto l’interazione tra di esse è anisotropa e ciò è dovuto alla presenza sulla loro superficie di siti attrattivi (patches) attraverso i quali le particelle si legano [1]. Per la loro grande versatilita’ le particelle patchy rappresentano un potente arsenale per descrivere la natura che ci circonda alle scale nanometriche e micrometriche come nel caso dei sistemi colloidali [2-4], le argille [5], ma anche per descrivere l’autoassemblamento del DNA, le proteine [6-8],etc…

Queste ultime possono essere considerate come particelle patchy in quanto l’esposizione al solvente degli aminoacidi crea delle regioni idrofobiche (le patches) sulla superficie della proteina e conseguentemente un’anisotropia nell’interazione tra di esse. Il comportamento di fase di alcune proteine come la proteina dell’occhio (gamma-cristallina) è stato in passato riprodotto accuratamente da modelli di particelle patchy [7].

Molto spesso le proteine vengono modificate chimicamente “etichettandole” con delle molecole fluorescenti per poterle visualizzare. L’utilizzo di tali molecole è molto diffuso perché permette di visualizzare le proteine sia in vitro che in vivo. Recenti studi hanno dimostrato che, data una soluzione di proteine, l’aggiunta di una piccola concentrazione di proteine etichettate genera un aumento dell’attrazione media nella soluzione, innalzando di molto il punto critico (fluido-fluido) della soluzione stessa.
Scopo del progetto è quello di ricreare questo effetto con un opportuno modello di particelle patchy. A partire da un codice numerico a disposizione, il candidato interessato dovrà modificare i parametri della miscela di particelle patchy al fine di comprendere quale meccanismo genera l’innalzamento del punto critico della soluzione di proteine e al fine di ottenere un accordo quantitativo con i dati sperimentali. E’ richiesta la conoscenza del linguaggio C e dell’ambiente di calcolo Mathematica.

[1] E. Bianchi et al. Phys. Chem. Chem. Phys., 13, 6397(2011)
[2] E. Bianchi et al. Phys. Rev. Lett. 97, 168301 (2006)
[3] D.J. Kraft et al., PNAS 109, 10787(2011)
[4] Y. Wang et al., Nature 491, 51 (2012)
[5] B. Ruzicka Nature Materials 10, 56-60 (2011)
[6] K. Nguyen et al, Soft Matter,11, 2934 (2015)
[7] H. Liu et al. J. Chem. Phys., 127, 084902 (2007)
[8] D. Fusco et al. Soft Matter, 10(2), 290 (2014)