Applicazioni della Spettroscopia Raman a Molecole di Rilevanza Biologica

La spettroscopia Raman può fornire utili informazioni sulla struttura molecolare di campioni biologici senza richiedere complesse preparazioni del campione. Si tratta di una tecnica spettroscopica ottica potenzialmente poco invasiva e non distruttiva. Sfruttando condizioni di risonanza (o quasi risonanza) è possibile ottenere informazioni molecolari dettagliate su specifici siti funzionali attivi di macromolecole organiche, come nel caso del cromoforo retinilidenico della batteriorodopsina. In questo seminario verrà illustrato il legame tra l'attività di pompa protonica della batteriorodopsina e le variazioni di coniugazione del sistema π del cromoforo retinilidenico. Infatti, la spettroscopia Raman è capace di cogliere variazioni di coniugazione attraverso il forte accoppiamento esistente tra specifici moti vibrazionali e gli elettroni π delocalizzati. Specifiche simulazioni da principi primi permettono di interpretare nel dettaglio i risultati delle misure in termini di meccanismi operanti alla scala molecolare. La spettroscopia Raman può essere anche utilizzata per studiare farmaci, come ad esempio l'apomorfina. Lo spettro Raman della molecola di farmaco costituisce una sorta di “firma” che, una volta interpretata, può essere sfruttata per riconoscere la presenza della molecola in fluidi biologici. Da questo punto di vista risulta estremamente interessante per le applicazioni il grande innalzamento di sensibilità apportato dalla tecnica SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) con la quale è possibile rivelare anche basse concentrazioni di analita (fino a 10-9 M). Tuttavia l'utilizzo della tecnica SERS comporta uno sforzo interpretativo aggiuntivo, visto che solitamente lo spettro SERS differisce dalla spettro Raman della stessa molecola. Per questo motivo l'interpretazione chimico-fisica dettagliata dello spettro SERS risulta necessaria per stabilire un legame affidabile tra il dato spettroscopico misurato e la molecola da analizzare. Anche in questo caso l'utilizzo di simulazioni da principi primi è di grande aiuto nell'interpretazione dei dati sperimentali. Il caso della molecola di apomorfina verrà esaminato nel dettaglio, sia dal punto di vista della misura Raman che di quella SERS