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Le proteine transmembrana (TMPs) sono una tipologia di proteine che mette in comunicazione l'ambiente extracellulare e quello intracellulare con la funzione di regolare processi e trasdurre segnali per indurre una risposta da parte della cellula. L'attivazione avviene attraverso stimoli esterni (luce, differenza di pH, potenziale elettro-chimico locale) che causano un cambio strutturale e conformazionale della proteina che le permette di esplicare la sua funzione. In questa classe di proteine, rientrano le rodopsine fotoattive, ovvero TMPs la cui attività di canale ionico o pompa protonica è attivata dall'assorbimento di luce visibile. Nell'ultimo decennio ha suscitato particolare interesse lo studio della Channelrodopsina (ChR), un canale ionico che trova applicazione nel campo delle neuroscienze chiamato optogenetica, permettendo il lancio controllato di impulsi neuronali attraverso l'utilizzo di luce visibile.
La spettroscopia infrarossa (IR) ed è un valido strumento che permette di studiare i cambi conformazionali delle proteine funzionali alla loro attività. In questo contesto, il progetto si prefigge lo scopo di realizzare misure di spettroscopia infrarossa su singole membrane contenenti ChR portando le capacità della spettroscopia IR alla nanoscala. Ciò sarà possibile grazie all'utilizzo di un innovativo approccio di nano-spettroscopia infrarossa in campo vicino basata su un microscopio a forza atomica (AFM) per rivelare l'espansione termica su scala nanometrica indotta dalla radiazione emessa nel medio infrarosso da un laser a cascata quantica (QCL). Misure risolte in tempo e sotto condizioni elettrostatiche controllate permetteranno di far luce sul meccanismo di apertura del canale ionico della ChR sondando le variazioni strutturali di poche centinaia di molecole proteiche al livello della singola membrana cellulare.