L’attività di ricerca riguarda studi nell’ambito della Chimica Fisica Biologica prevalentemente attraverso l’applicazione della tecnica EPR a Multifrequenza allo studio delle relazioni struttura-attività di enzimi ossidasi ed ossigenasi, caratterizzazione di specie radicaliche  transienti in proteine, di sistemi supramolecolari contenenti porfirine, complessi di rame con aminoacidi ed oligopeptidi, ed applicazioni in proteomica strutturale tramite l’impiego della tecnica SDSL-EPR (Site Directed Spin Labeling-EPR).

RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITA' IN ENZIMI OSSIDANTI 
Possibilità di innovazione tecnologica sono oggi presenti  nella utilizzazione di microorganismi non soltanto per la produzione di materiali utili (antibiotici, alcoli, etc.) ma anche per la biodegradazione di composti tossici quali i residui organici di cicli produttivi industriali Esempi di sostanze biologiche in grado di realizzare tali reazioni sono gli  enzimi prodotti dai funghi marcescenti bianchi (Laccasi e Perossidasi Versatili) , Laccasi  e Diossigenasi batteriche.
La spettroscopia EPR è un potente mezzo di indagine spettroscopica per evidenziare le numerose specie radicaliche transienti che si formano nella biocatalisi enzimatica.
Sono stati effettuati e sono in itinere studi spettroscopici riguardanti perossidasi versatili del genere  Bjerkandera, e Pleurotus come pure studi su Laccasi fungine e Diossigenasi batteriche. Questi enzimi hanno importanti applicazioni biotecnologiche per quanto riguarda  la degradazione di composti tossici inquinanti   e difficilmente degradabili e nella sintesi di coloranti.   

In collaborazione con Prof. Wolfgang Lubitz - Università di Mülheim, Germania, Prof. Friedhelm Lendzian - Università di Berlino, Germania, Prof. Rafael Vazques-Duhalt - Università U.N.S.M., Città del Messico, Messico, Prof. Angel T. Martinez - Università di Madrid, Prof. Giovanni Scozzafava - Università di Firenze, Prof. Giovanni Sannia - Università di Napoli

STUDI STRUTTURALE E DINAMICI DI COMPLESSI DI CU(II) CON AMINOACIDI E OLIGOPEPTIDI
L’attività di ricerca in questo settore ha riguardato prevalentemente lo studio strutturale e dinamico di complessi di rame di interesse biologico. Alcuni complessi sono stati utilizzati  come sistemi modello per lo sviluppo di programmi di simulazione EPR nelle condizioni di moto lento in soluzione. Lo sviluppo di questo sistema di analisi, unito alla spettroscopia EPR a multifrequenza,  permette  di ottenere parametri magnetici e dinamici  di complessi contenenti rame di peso molecolare elevato o presenti in sistemi ad alta viscosità.  Questo tipo di approccio è stato utilizzato per lo studio di complessi metallici con peptidi coinvolti in malattie neurodegenerative.

SVILUPPO DI PROGRAMMI DI SIMULAZIONE DI SPETTRI EPR A MULTIFREQUENZA DI BIOMOLECOLE CONTENENTI CU(II) IN SOLUZIONE

Lo studio di complessi di rame legati ad azoti in soluzione presenta interessanti stimoli allo sviluppo di programmi di calcolo in grado di simulare spettri EPR direttamente in fase liquida. La motivazione principale di questo tipo di analisi è quella di ottenere informazioni direttamente a temperatura ambiente senza che si verifichino modificazioni nello stato fisico del complesso in esame.Tale aspetto risulta molto importante ogni qual volta è necessario caratterizzare un complesso di rame con attività biologica. Lo scopo della presente ricerca ha come principale obiettivo la realizzazione di una serie di procedure computazionali per la simulazione e l’analisi al computer di spettri di Risonanza Magnetica di Spin Elettronico (EPR - Electron Paramagnetic Resonance) per complessi contenenti rame in fase liquida e in un ampio intervallo di condizioni dinamiche. Lo scopo principale è quello di definire una metodologia di indagine che permette di estrarre informazioni chimico-fisiche dagli spettri sperimentali registrati in un vasto intervallo di temperature e quindi di condizioni dinamiche e soprattutto in condizioni di moto lento dove gli effetti dell’anisotropia di un legante EPR attivo sono particolarmente evidenti.
In collaborazione con il Prof. James Hyde - Medical College of Wisconsin, USA

APPLICAZIONE DELLA TECNICA SDSL-EPR (SITE DIRECTED SPIN LABELING-EPR) IN PROTEOMICA STRUTTURALE
La tecnica denominata SDSL-EPR utilizza la combinazione della spettroscopia EPR   e della biologia molecolare per ottenere informazioni strutturali e dinamiche su sistemi proteici.
Lo spin labeling è solitamente accompagnato dalla  sostituzione, tramite mutagenesi sito diretta, di un aminoacido nativo con una cisteina, seguita dalla reazione con un reagente specifico per i gruppi tiolici. La Risonanza Paramagnetica Elettronica (EPR) di una catena laterale nitrossido inserita nella struttura di una proteina fornisce informazioni strutturali e dinamiche sull’intorno in esame. Dall’analisi di alcuni parametri dello spettro EPR dello spin label legato è possibile ottenere informazioni inerenti la struttura secondaria  e terziaria della proteina, il tipo di ambiente idrofobico e/o idrofilico ed infine, introducendo un secondo centro paramagnetico, è possibile ottenere informazioni riguardanti le distanze tra i due spins.    
In collaborazione conil Prof. Wayne Hubbell - University of Calinfornia, Los Angeles, USA 

 M. PEZZATO, G. DELLA LUNGA, M. C. BARATTO, A. SINICROPI, R. POGNI, R. BASOSI “The cis/trans isomerisation of Cu(II)-bis-(glycinato) complex in solution: a computer aided Multifrequency EPR and DFT/PCM calculations study”, Magnetic Resonance in Chemistry, 45, 846-849, ISSN: 0749-1581, 2007

R. POGNI, C. TEUTLOFF, F. LENDZIAN, R. BASOSI “Tryptophan Radicals as reaction intermediates in versatile peroxidases: multifrequency EPR, ENDOR and Density Functional Theory Studies”, Applied Magnetic Resonance, 31, 509-526, (2007)

R. POGNI, B. BROGIONI, M.C. BARATTO, A. SINICROPI, P. GIARDINA, C. PEZZELLA. G. SANNIA, R. BASOSI “Evidence for a Radical Mechanism in Biocatalytic degradation of synthetic dyes by Fungal Laccases mediated by violuric acid”, Biocatalysis and Biotransformation, 25, 2-4, 269-275, (2007)

R. POGNI, M. C. BARATTO, C. TEUTLOFF, S. GIANSANTI, F. J. RUIZ-DUENAS, T. CHOINOWSKI, K. PIONTEK, A. T. MARTINEZ, F. LENDZIAN, R. BASOSI, “A Tryptophan Neutral Radical in the Oxidized State of Versatile Peroxidase from Plerotus eryngii: a combined multi-frequency EPR and DFT Study, Journal Biological Chemistry, 281, 14, 9517-9526 (2006)

J. VERDIN, R. POGNI, A. BAEZA, M. C. BARATTO, R. BASOSI, R. VAZQUEZ-DUHALT, “Mechanism of versatile peroxidase inactivation by calcium depletion”, Biophysical Chemistry, 121, 163-170, (2006)

S. PISTOLESI, E. FERRO, A. SANTUCCI, R. BASOSI, L. TRABALZINI, R. POGNI, “Molecular motion of spin labeled side chains in che C- terminal domain of RGL2 protein: a SDSL – EPR and MD study”, Biophys. Chem., 123, 49-57, (2006)