NOME GRUPPO CHIMICA TEORICA E COMPUTAZIONALE
RESPONSABILE SCIENTIFICO Prof. Fabio Ramondo, DSFC - Università L'Aquila
SITO WEB  
SETTORI ERC PE4_1, PE4_11, PE4_13
Componenti (personale strutturato) Daidone I., Guidoni L., Aschi M.
Presentazione Il gruppo svolge attività di ricerca in diversi ambiti della Chimica Fisica, della Chimica dei Sistemi Biologici e della Chimica dei Materiali utilizzando un ampio spettro di metodi teorici e tecniche computazionali che comprendono sia la Chimica Quantistica che la Meccanica Molecolare. L’utilizzo di queste tecniche permette di comprendere su scala atomica le proprietà strutturali, elettroniche, spettroscopiche e catalitiche dei sistemi studiati al fine di aiutare la comprensione e l’interpretazione dei dati sperimentali. Membri del gruppo sono inoltre coordinatori di due progetti europei FP7: Il progetto multidisciplinare finanziato dall’ERC “MultiscaleChemBio” (2009-2015) ed il progetto “Fortissimo” (2014-2016).

Argomenti trattati

Il gruppo svolge la sua attività nei seguenti ambiti di ricerca:

- Chimica computazionale dei Sistemi Biologici
Un filone di ricerca riguarda lo studio di processi di “folding”-”misfolding” e della dinamica conformazionale di peptidi e proteine attraverso l'utilizzo di metodi computazionali, in particolare simulazioni di dinamica molecolare classica, e in alcuni casi con il supporto di tecniche sperimentali, quali la spettroscopia di fluorescenza tempo-risolta e lo scattering di neutroni. Un’altra tematica affrontata recentemente riguarda il campo della fotosintesi al fine di comprendere su base atomica i meccanismi di funzionamento della reazioni che regolano la trasformazione dell’energia solare in energia chimica. In particolare è in corso lo studio delle proprietà catalitiche ed elettroniche del complesso proteine-cofattori denominato Fotosistema II, responsabile della reazione di ossidazione dell’acqua indotta dalla luce solare. Attraverso un utilizzo combinato di tecniche quantistiche, classiche e miste quanto/classiche è inoltre oggetto di studio il meccanismo di trasferimento elettronico in biomolecole ed in sistemi modello. Alcuni esempi sono la riproduzione teorica di spettri UV-visibile ed IR di proteine in soluzione o lo studio di meccanismi di trasferimento elettronico (ET) in piccole molecole bioinorganiche. L’utilizzo delle simulazioni permette inoltre di calcolare in silico proprietà spettroscopiche (spettro UV-vis, IR, Raman) al fine di aiutare a comprendere ed interpretare dati sperimentali di spettroscopia.

- Chimica computazionale dei Materiali
Ispirata a processi della fotosintesi naturale, la fotosintesi artificiale ha l’obiettivo di sviluppare materiali e dispositivi che possano servire per la (foto)produzione di idrogeno a partire dall’acqua. In quest’ambito, in collaborazione con il CNR e la Freie Universitaet di Berlino si stanno studiando con dinamica da principi primi modelli di promettenti materiali inorganici nanostrutturati di recente scoperta per la costruzione delle cosiddette “foglie artificiali”. Tali studi sono finalizzati a identificare le analogie e le differenze tra le strategie catalitiche dei diversi materiali. In parallelo con lo studio delle analoghe reazioni svolte dal Fotosistema II potrebbero in futuro suggerire possibili strategie per sviluppare catalizzatori efficienti ed a basso impatto ambientale.

- Chimica computazionale dei liquidi e delle soluzioni
Studio delle relazioni tra la natura delle interazioni intermolecolari e le proprietà chimico fisiche di liquidi puri e soluzioni. Geometrie molecolari ed effetto dell’intorno chimico. Importanti aspetti strutturali di liquidi molecolari e liquidi ionici quali l’eterogeneità dinamica, la nanosegregazione spaziale e la complessità delle interazioni, da modelli di meccanica classica e meccanica quantistica.

- Strumenti e Metodologie
Per meglio studiare sistemi biologici nei quali le proprietà chimico-spettroscopiche d’interesse sono circoscritte ad una specifica regione di un sito attivo, sono state sviluppate ed utilizzate tecniche miste Quanto / Classiche come il metodo PMM e la dinamica da principi primi QM/MM. Recentemente, grazie al progetto europeo “MultiscaleChemBio” queste metodologie saranno estese anche a metodi di struttura elettronica che includono una trattazione di alto livello della correlazione elettronica come il Monte Carlo Quantistico.

 

Apparecchiature importanti  Il gruppo si avvale dell’utilizzo di Infrastrutture Europee di Supercalcolo attraverso programmi PRACE e del Cluster CALIBAN presso il Dipartimento di Ingegneria e Scienze dell’Informazione e Matematica dell’Università dell’Aquila.

 

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