Conoscenze di base di Chimica Generale ed Inorganica; Chimica Organica; Biochimica, Chimica Fisica (termodinamica e cinetica)

Si presuppone che gli studenti conoscano i 20 ammino acidi e le reazioni biochimiche più importanti (es. glicolisi, ciclo di Krebbs)

Descrizione generale

Il corso intende fornire alcune conoscenze chimiche utili alla comprensione di importanti fenomeni biochimici di rilevanza biotecnologia, e basati sulla reattività, catalisi, e riconoscimento molecolare.

1. Aspetti chimici (meccanismi di catalisi), termodinamici e cinetici delle interazioni tra molecole bio-organiche (binding a proteine, catalisi enzimatica, inibitori).
2. Cenni ai metodi sperimentali per caratterizzare sistemi bio-organici.

Programma delle lezioni

1. Introduzione allo studio dei sistemi biologici come sistemi chimici, cinetica e termodinamica, auto-associazione e auto-organizzazione, catalisi;
2. aspetti chimici del binding e del riconoscimento molecolare, principi di catalisi in chimica ed enzimologia, trasformazioni catalizzate dagli enzimi, esempi di meccanismi di azione, inibizione ed inattivazione di enzimi;
3. esempi dell’impiego di comuni metodi sperimentali per la caratterizzazione di proteine (assorbimento UV-Vis, fluorescenza, cenni di CD).

Ulteriori informazioni (vedi link)

Risultati di apprendimento previsti: Lo studente dovrà essere in grado di interpretare, su scala molecolare, i più importanti fenomeni chimici inerenti al binding (tipicamente, di una piccola molecola a una proteina), agli enzimi come organo-catalizzatori, e al meccanismo d’azione degli inibitori. Ci si aspetta che lo studente sappia riconoscere e valutare le interazioni molecolari non covalenti, il loro ruolo e la loro forza, l’importanza degli aspetti sterici, i principi soggiacenti i fenomeni catalitici. Inoltre, si prevede che lo studente conosca alcune tipiche applicazioni di metodi sperimentali (spettroscopici) di uso comune per lo studio di trasformazioni chimiche (in particolare quelle di interesse biotecnologico).

Lezioni frontali, discussione in aula, lavoro di gruppo in aula

Esame orale

Pagina web della Didattica DiSTeBA, https://www.disteba.unisalento.it/offerta-formativa/calendario-didattico

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ULTIMI AGGIORNAMENTI:

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PROGRAMMA

Composti eterociclici aromatici di importanza biologica (pirrolo, imidazolo, indolo; piridina, pirimidina, purina; le basi azotate degli acidi nucleici)

Chiralità e prochiralità (pro-R e pro-S, faccia Re e faccia Si dei raggruppamenti planari)

Fondamenti di chimica del fosfato (acido fosforico, esteri fosforici, addizione nucleofilica e intermedio pentacoordinato)

Differenze chimiche RNA/DNA (a) effetti del gruppo OH in posizione 2’ sull’idrolisi del legame fosfodiestereo o sul rilascio della base azotata; b) sostituzione dell’uracile con la timina nel DNA

Cenni alla teoria degli orbitali molecolari

Principi molecolari della catalisi Avvicinamento, concentrazione effettiva, orientazione ed effetti stereo-elettronici, reazioni intramolecolari Catalisi acido-base (specifica, generale, pKa, frazione di base libera e protonata, catalisi acido-base concertata, ambiguità nell’assegnazione del tipo di catalisi, gruppi laterali ionizzabili di ammino acidi, catalisi acida specifica e generale) Catalisi covalente (catalisi nucleofilica, biotina, elettrofilica, tiamina pirofosfato, piridossalfosfato, immine, catalisi redox) Distorsione, tensione, cambiamenti conformazionali

Cinetica Enzimatica Equazione di Michaelis e Menten, stato stazionario, Vmax, kcat, KM, plot del decorso della reazione e plot di Michaelis-Menten, plot dei doppi reciproci, efficienza catalitica, limite della diffusione

Binding Equazione del binding, Kd, soluzione esatta (eq.ne di secondo grado), equazioni linearizzate (Lineawer-Burk, Hanes, Scatchard)

Metodi spettroscopici comunemente utilizzati nel laboratorio bio-chimico (anche per lo studio della cinetica enzimatica e del binding) Spettroscopia di assorbimento UV-Vis (in particolare di proteine, cofattori, acidi nucleici e composti di interesse biologico) Spettrofluorimetria (proteine, cofattori) e uso della fluorescenza nella ricerca bio (microscopia a fluorescenza, citofluorimetria, RTPCR, gel imaging, lettore di piastre)

Ulteriori informazioni (vedi link)

Per ulteriori informazioni, visionare la pagina web personale della didattica

E’ necessario far riferimento ad un qualuque testo (esteso) del triennio di Chimica Organica e di Biochimica

P. Y. Bruice - Chimica Organica - EdiSES - 2005 (traduzione della IV edizione inglese) (contiene una buona parte di materiale di bio-organica presentati con un taglio chimico)

McMurry, Begley - Chimica bio-organica - Zanichelli 2007; (meccanismi enzimatici)

Voet, Voet - Biochemistry - Wiley 1995; (un classico testo di biochimica con un buon ‘taglio’ chimico)

Van Vranken, Weiss - Introduction to Bioorganic chemistry and Chemical Biology - Garland Science 2013; (un moderno testo di chemical biology con numerosi spunti)

Copeland - Enzymes - Wiley 2000; (un testo con spiccato taglio didattico sugli enzimi)

Jencks - Catalysis in Chemistry and Enzymology - Dover 1969; (un classico testo di approfondimento sul concetto di catalisi)

Online textbook (si scarica gratuitamente, 2 volumi) Organic Chemistry with Biological Emphasis di Tim Soderberg (Univ. Minnesota)

H. Dugas - Bioorganic Chemistry Springer 1999, 3rd Edition (disponibile in biblioteca)