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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

PROGRAMMA DI RICERCA 2005

italiano - english
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • CHEMISTRY; METALLURGY
    • BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
      • MICRO-ORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF (biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, containing micro-organisms, viruses, microbial fungi, enzymes, fermentates or substances produced by or extracted from micro-organisms or animal material A01N63/00; food compositions A21, A23; medicinal preparations A61K; chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings, absorbent pads or surgical articles A61L; fertilisers C05); PROPAGATING, PRESERVING OR MAINTAINING MICRO-ORGANISMS (preservation of living parts of humans or animals A01N1/02); MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA (micro-biological testing media C12Q)
Classificazione geografica
Bibliografia
[1] Berry E.A., Guergova-Kuras M., Li-Share Huang, Crofts A., Structure and function of Cytochrome bc complexes. Annu. Rev. Biochem. 69: 1005-1075,2000.
[2] Iwata S., Ostermeier C., Ludwig B., Michel H. Structure at 2.8 A resolution of cytochrome c oxidase from Paracoccus denitrificans. Nature 376: 660-669,1995.
[3] Tsukiara T., Aoyama H., Yamashita E., Tomizaki T., Yamaguchi H., Shinazawa-Itoh K., Nakashima R., Yoshikawa S. The whole structure of the 13-subunit oxidized cytochrome c oxidase at 2.8 A. Science 272: 1136-1144, 1996.
[4] Ferguson-Miller S., Babcock GT. Heme/Copper Terminal Oxidases. Chem Rev. 96: 2889-2908, 1996.
[5] Zannoni D. Respiration in Archaea and Bacteria, Advances in Photosynthesis and respiration. Vol. 15, Kluwer Academic Publishers. Anno?
[6] Palese L.L., Gaballo A., Technikova-Dobrova Z., Labonia N., Abbrescia A., Scacco S., Micelli L., Papa S. Characterization of plasma membrane respiratory chain and ATPase in the actinomycete Nonomuraea sp. ATCC 39727. FEMS Microbiol Lett. 228: 233-9, 2003.
[7] Schneider, D.A., Gourse, R.L. Relationship between growth rate and ATP concentration in Escherichia coli: a bioassay for available cellular ATP. J. Biol. Chem. 279: 8262-8268, 2004.
[8] Francia F., Dezi M., Rebecchi A., Mallardi A., Palazzo G., Melandri B.A., Venturoli G. Light-harvesting complex 1 stabilizes P+QB- charge separation in reaction centers of Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry 43: 14199-210, 2004.
[9] Papa S, Capitanio N, Capitanio G, Palese LL. Protonmotive cooperativity in cytochrome c oxidase. Biochimica et Biophysica Acta 1658: 95-105, 2004.
[10] Papa S., Capitanio N., Villani G., Capitanio G., Bizzoca A., Palese L.L., Carlino V., De Nitto E. Cooperative coupling and role of heme a in the proton pump of heme-copper oxidases. Biochimie 80: 821-36, 1998.
[11] Papa S. Role of cooperative H+/e- linkage (redox Bohr effect) at heme a/CuA and heme a3/CuB in the proton pump of cytochrome c oxidase. BIOCHEMISTRY (Moscow) 70: 178-186, 2005.
[12] Babcock, G.T. and Wikstrom, M. Oxygen activation and the conservation of energy in cell respiration. Nature 356: 301-309, 1992.
[13] Abramson J., Riistama S., Larsson G., Jasaitis A., Svensson-Ek M., Laakkonen L., Puustinen A., Iwata S., Wikstrom M. The structure of the ubiquinol oxidase from Escherichia coli and its ubiquinone binding site. Nat Struct Biol 7: 910-7, 2000.
[14] Moncada, S. and Erusalimsky, J.D. Does nitric oxide modulate mitochondrial energy generation and apoptosis? Nat Rev Mol Cell Biol 3: 214-220, 2002.
[15] Sarti, P., Giuffrè, A., Barone, M.C., Forte, E., Mastronicola, D. and Brunori, M. Nitric oxide and cytochrome oxidase: reaction mechanisms from the enzyme to the cell. Free Radic. Biol. Med. 34: 509-520, 2003.
[16] Friedrich T., Bottcher B. The gross structure of the respiratory complex I: a Lego System. Biochim. Biophys. Acta. 1608: 1-9, 2004.
[17] Hirst J., Carroll J., Fearnley I.M., Shannon R.J., Walker J.E. The nuclear encoded subunits of complex I from bovine heart mitochondria. Biochim Biophys Acta. 1604: 135-50, 2003.
[18] Yagi, T. and Matsuno-Yagi, A. The proton-translocating NADH-quinone oxidoreductase in the respiratory chain: the secret unlocked. Biochemistry 42, 2266-2274, 2003.
[19] Papa S., Sardanelli A.M., Scacco S., Technikova-Dobrova Z. cAMP-dependent protein kinase and phosphoproteins in mammalian mitochondria. An extension of the cAMP-mediated intracellular signal transduction. FEBS Lett. 444: 245-9, 1999.
[20] Antonicka H., Ogilvie I., Taivassalo T., Anitori R.P., Haller R.G., Vissing J., Kennaway N.G., Shoubridge E.A. Identification and characterization of a common set of complex I assembly intermediates in mitochondria from patients with complex I deficiency. J Biol Chem. 278: 43081-8, 2003.
[21] Schagger H. Respiratory chain supercomplexes of mitochondria and bacteria. Biochim. Biophys. Acta 1555: 154-159, 2002.
[22] Abrahams J. P., Leslie A.G.W., Lutter R., and Walker J. E. Structure at 2.8 A resolution of F1-ATPase from bovine heart mitochondria. Nature 370: 621-628, 1994.
[23] Menz R.I., Walker J.E., Leslie A.G. Structure of bovine mitochondrial F(1)-ATPase with nucleotide bound to all three catalytic sites: implications for the mechanism of rotary catalysis. Cell. 106: 331-341, 2001.
[24] Zanotti F., Raho G., Gaballo A., and Papa S. Inhibitory and anchoring domains in the ATPase inhibitor protein IF1 of bovine heart mitochondrial ATP synthase. J Bioenerg. Biomembr. 36: 447-457, 2004.
[25] Moser T.L., Kenan D.J., Ashley T.A., Roy J.A., Goodman M.D., Misra U.K., Cheek D.J., and Pizzo S.V. Endothelial cell surface F1-F0 ATP synthase is active in ATP synthesis and is inhibited by angiostatin. Proc Natl Acad Sci USA. 98: 6656-6661, 2001.
[26] Kroemer G, and Reed J.C. Mitochondrial control of cell death. Nat Med 6: 513-519, 2000.
[27] Turrens J.F, and. Boveris A. Generation of superoxide anion by the NADH dehydrogenase of bovine heart mitochondria. Biochem J 191: 421-427, 1980.
[28] Di Paola M., Cocco T., Lorusso M. Ceramide interaction with the respiratory chain of heart mitochondria. Biochemistry. 39: 6660-8, 2000.
[29] Slater A.F., Nobel C.S., and Orrenius S. The role of intracellular oxidants in apoptosis. Biochim Biophys Acta 1271:59-62, 1995.
[30] Paradies G., Petrosillo G., Pistolese M., Di Venosa N., Federici A., Ruggiero F.M. Decrease in mitocondrial complex I activity in ischemic/perfused rat heart: involvement of reactive oxygen species and cardiolipin. Circ. Res. 9: 53-59, 2004.
[31] Di Paola M., Zaccagnino P., Montedoro G., Cocco T., Lorusso M. Ceramide induces release of pro-apoptotic proteins from mitochondria by either a Ca2+ -dependent or a Ca2+ -independent mechanism. J. Bioenerg Biomembr. 36:165-70, 2004.
[32] Huber S.C., Hardin S.C. Numerous posttranslational modifications provide opportunities for the intricate regulation of metabolic enzymes at multiple levels. Curr Opin Plant Biol 7: 318-322, 2004.
[33] Turner R.J. Rec. Res. Dev. Microbiol. 5: 69-77, 2001.
[34] Palmieri F. The mitochondrial transporter family (SLC25): physiological and pathological implications. Pflugers Arch. 447: 689-709, 2004.
[35] Palmieri F., Indiveri C., Bisaccia F., Krämer R. Functional properties of purified and reconstituted mitochondrial metabolite carriers.
J. Bioenerg. Biomembr. 25: 525-535, 1993.
[36] Walker JE Curr. opin. Struct. Biol. 2: 519-526, 1992.
[37] Carafoli, E., Santella, L. Branca, D. & Brini, M. Generation, Control and Processing Of Cellular Calcium Signals. Crit. Rev. Biochem. Mol. 36: 107-260, 2001.
[38] Carafoli, E., Brini, M. Calcium Pumps. Structural Basis For And Mechanism Of Current Opinion In Chem. Biol. 4: 152-161, 2000.
[39] Strehler, E.E., Zacharias, D.A. Role of alternative splicing in generating isofrom diversity among plasma membrane calcium pumps. Physiol. Rev. 81: 21-50, 2001.
[40] Schaefer A.M., Taylor R.W., Turnbull D.M., Chinnery P.F. The epidemiology of mitochondrial disorders- past, present and future. Biochim. Biophys. Acta. 1659: 115-120, 2004.
[41] Petruzzella V., Papa S. Mutations in human nuclear genes encoding for subunits of mitochondrial respiratory complex I: the NDUFS4 gene. Gene 286: 149-54, 2002.
[42] Scacco S., Petruzzella V., Budde S., Vergari R., Tamborra R., Panelli D., van den Heuvel L.P., Smeitink J.A., Papa S. Pathological mutations of the human NDUFS4 gene of the 18-kDa (AQDQ) subunit of complex I affect the expression of the protein and the assembly and function of the complex. J Biol Chem. 278: 44161-7, 2003
[43] Rosenberg M.J., Agarwala R., Bouffard G., Davis J., Fiermonte G., Hilliard M.S., Koch T., Kalikin L.M., Makalowska I., Morton D.H., Petty E.M., Weber J.L., Palmieri F., Kelley R.I., Schaffer A.A., Biesecker L.G. Nat Genet. 32: 175-9, 2002.
[44] Molinari F., Raas-Rothschild A., Rio M., Fiermonte G., Encha-Razavi F., Palmieri L., Palmieri F., Ben-Neriah Z., Kadhom N., Vekemans M., Attie-Bitach T., Munnich A., Rustin P., Colleaux L. Am J Hum Genet. 76: 334-339, 2005.
Parole Chiave
ENZIMI REDOX; ATP SINTASI; CALCIO-ATPASI; UNITA' FOTOSINTETICA BATTERICA; CARRIERS MITOCONDRIALI; APOPTOSI; DISORDINI GENETICI MITOCONDRIALI; TRASDUZIONE DEI SEGNALI

Meccanismi molecolari e aspetti fisiopatologici dei sistemi bioenergetici di membrana.

Università degli Studi di Bari
Abstract
Le cinque unità proponenti che hanno una consolidata esperienza in bioenergetica e contribuito ad essa con significativi risultati, svilupperanno uno studio multidisciplinare dei sistemi bioenergetici di membrana dagli aspetti di base a quelli applicativi in campo medico ed industriale. I sistemi bioenergetici studiati comprendono: i complessi redox della catena respiratoria, l'unità fotosintetica batterica, l'F0F1 ATP sintasi, la pompa Ca-ATPasi della membrana plasmatica e carriers mitocondriali per i substrati del metabolismo energetico e nucleotidi. Queste ricerche condotte con approcci di genomica strutturale e funzionale, proteomica, biochimica cellulare, analisi spettrometriche (spettrofotofluorimetria , CD, EPR, spettroscopia Raman, infrarorsso) e radioisotopiche di processi redox, traslocazione di ioni (H+ e Ca2+) e substrati, si svilupperanno secondo le seguenti linee:
1. Analisi biochimica, biofisica e mutazionale dei meccanismi molecolari del trasferimento di elettroni in sistemi redox di membrana: ossidasi terminali a eme e rame, NADH deidrogenasi di membrana plasmatica batterica e mitocondriale. Meccanismo del pompaggio di protoni nelle ossidasi terminali a eme e rame.
2.Dinamica conformazionale e ruolo di lipidi nell'unità fotosintetica batterica.
3.Geni strutturali del complesso I (NADH-ubichinone ossidoreduttasi) della catena respiratoria mitocondriale. Analisi della trascrizione, traduzione, splicing, controllo di qualità dei prodotti >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Sergio PAPA Università degli Studi di BARI
Obiettivo del Programma di Ricerca
Il presente programma di ricerca ha come obiettivo lo studio di sistemi bioenergetici di membrana, dalle caratteristiche di base strutturali e funzionali alla fisiologia e patologia umana e aspetti biotecnologici-industriali. Le cinque unità che concorrono al programma hanno una consolidata esperienza in bioenergetica, da tempo conducono collaborazioni scientifiche tra di loro e con qualificati gruppi in Italia e all'estero. I risultati scientifici già prodotti dalle cinque unità offrono una solida base per una produttiva conduzione delle attività previste che, per il prossimo biennio, perseguiranno i seguenti obiettivi:
Ossidasi terminali.
- Chiarimento dei meccanismi di trasferimento di elettroni e di pompaggio dei protoni nelle ossidasi a eme e rame eucariotiche e procariotiche. Interazione dell'ossido nitrico con la citocromo c ossidasi. Individuazione dei siti di binding dello Zn2+ nella citocromo c ossidasi e analisi dell'effetto dello Zn2+ sulla traslocazione protonica.
- Individuazione e caratterizzazione genetica e funzionale di ossidasi terminali (citocromo c ossidasi, ossidasi di tipo bd) in batteri patogeni ed in batteri di interesse biotecnologico-industriale.
- Complesso I della catena respiratoria mitocondriale. Trascrizione dei geni strutturali nucleari e mitocondriali nell'uomo, ruolo delle subunità nell'assemblaggio e funzione. Interazione e ruolo della cardiolipina.
- Interazioni strutturali/funzionali delle proteine >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
La ricerca in bioenergetica riscontra oggi in campo internazionale un interesse sempre più generale e un rapido sviluppo in due direzioni. Una riguarda l'analisi a livello molecolare/atomico dei meccanismi di trasduzione di energia in sistemi proteici di membrana quali i complessi respiratori, i centri di reazione fotosintetici, l'ATPsintasi, ATPasi di trasporto, carriers mitocondriali di metaboliti. A ciò contribuiscono il continuo progresso nell'analisi strutturale ad alta risoluzione a raggi X di queste proteine di membrana e la disponibilità di avanzate metodiche di analisi spettroscopica (spettrofotofluorimetria statica ed in cinetica rapida, CD, spettroscopia Raman, infrarossi etc.).
L'altra linea di grande sviluppo e interesse, sia di base che applicativo, riguarda il ruolo critico dei sistemi bioenergetici nei processi di crescita, differenziamento, morte cellulare e malattie genetiche umane. Altri aspetti in via di sviluppo riguardano la bioenergetica di microorganismi di interesse ecologico o biotecnologico/industriale.
Negli ultimi anni sono stati compiuti importanti progressi nell'analisi strutturale cristallografica a raggi X dei complessi della catena respiratoria (1-3), nell'analisi spettroscopica/funzionale degli enzimi redox eucariotici e procariotici (4) e nell'analisi mutazionale in particolare degli ultimi (4). Con la individuazione e caratterizzazione strutturale/funzionale di nuovi enzimi redox batterici si amplia l'analisi comparativa di >>>