Effetto della quantità di carica sulle proprietà strutturali e sulla stabilità di quadrieliche di guanosine: analisi mediante diffrazione dei raggi X

Il lavoro di tesi riguarda l’analisi delle proprietà di aggregazione sopramolecolare e lo studio del polimorfismo di sistemi liquido-cristallini liotropici formati da quadrieliche di guanosine. E’ noto che la guanosina ed alcuni suoi derivati danno luogo in acqua ad un peculiare fenomeno di autoassemblaggio che porta alla formazione di tetrameri stabili e, per impilamento dei tetrameri, alla costituzione di aggregati colonnari. I tetrameri di guanosine non sono impilati “in registro”, ma leggermente ruotati uno rispetto all’altro, in modo tale che le strutture a colonna che ne derivano risultano essere delle quadrieliche. E’ stato dimostrato che in funzione della temperatura e della concentrazione di guanosina in acqua, le quadrieliche danno luogo ad un polimorfismo liquido-cristallino di tipo liotropico caratterizzato dall’esistenza di una mesofase esagonale (in cui gli aggregati colonnari sono paralleli e disposti in modo ordinato in un reticolo bidimensionale di tipo esagonale), o di una mesofase colesterica (in cui le colonne si allineano in piani ruotati l’uno rispetto all’altro). Il comportamento polimorfico può essere messo in relazione con la distanza laterale tra le quadrieliche (distanza interassiale) che è ovviamente correlata alla concentrazione d’acqua del campione: all’aumentare dell’idratazione, aumenta la distanza laterale tra gli aggregati colonnari. Quando l’aumento della distanza riduce sufficientemente i vincoli di ingombro sterico, le quadrieliche sono libere di assumere conformazioni più disordinate, attraverso le quali vengono ridotte, per rotazione di una colonna rispetto ad un’altra, le interazioni intermolecolari repulsive, prevalentemente di tipo elettrostatico. Generalmente quindi le quadrieliche di guanosina formano strutture di tipo esagonale a bassa idratazione, mentre la transizione alla fase colesterica è determinata dall’aumento del contenuto d’acqua. Un altro aspetto da considerare è che la formazione delle quadrieliche mostra una forte dipendenza dalla presenza in soluzione di cationi alcalini, indicando una peculiare specificità ionica nella stabilizzazione dei tetrameri. Infatti, ogni catione tende ad occupare la cavità centrale dell’aggregato colonnare attraverso la coordinazione con gli otto atomi di ossigeno di due tetrameri successivi. I sistemi formati dalle quadrieliche di guanosine sono oggetto di un forte interesse biologico, dato che la formazione di tali strutture è stata messa in relazione con certe proprietà biofisiche della cromatina e dei telomeri, con il meccanismo d'azione di alcuni farmaci antitumorali, e addirittura con l'origine prebiotica della molecola di DNA. E quindi, allo scopo di ottenere informazioni ulteriori sulle proprietà strutturali, sull’autoassemblaggio, sulla stabilità e sulle interazioni tra gli aggregati colonnari, in questa tesi vengono analizzate le proprietà strutturali e le interazioni in quadrieliche modello con la particolare intenzione di valutare quale influenza abbia sulle proprietà strutturali e sul comportamento liotropico di tali sistemi, la quantità di carica negativa netta distribuita lungo gli aggregati cilindrici. L’idea è stata quella di poter variare la densità di carica negativa esposta superficialmente dagli aggregati colonnari, e cioè il numero di cariche per unità di lunghezza, modificando, nella preparazione dei campioni, il rapporto molare tra la guanosina 5’-monofosfato e la guanosina. Infatti la guanosina 5’-monofosfato è un derivato della guanosina che tende ad esistere in soluzione acquosa, a pH normale, come anione per la presenza del fosfato carico negativamente, mentre la guanosina è elettricamente neutra. Esperimenti di diffrazione dei raggi X sono stati condotti su soluzioni acquose a differente percentuale in peso della sola GMP-NH4+ ed inoltre si sono investigati i sistemi costituiti da quadriplessi derivati da miscele della guanosina 5’-monofosfato (GMP), nella forma di sale di ammonio, con la guanosina (G).