Anno di corso: 1

Anno di corso: 2

Crediti: 6
Crediti: 6
Crediti: 12
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 11
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 30
Tipo: Altro

CHIMICA BIOINORGANICA

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2018/2019
Anno di corso: 
1
Anno accademico di erogazione: 
2018/2019
Tipo di attività: 
Obbligatorio a scelta
Lingua: 
Inglese
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' didattica: 
48
Prerequisiti: 

Conoscenze di base di biochimica (proteine, DNA e RNA, percorsi metabolici etc) e delle propietà chimico-fisiche degli ioni metallici e dei composti di coordinazione

Moduli

Metodi di valutazione

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Esame orale al termine del corso diviso in due parti:

discussione di un articolo scientifico scelto dallo studente e inerente una delle tematiche trattate nel corso

risposte a domande sugli argomenti del corso

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

L'obiettivo del corso è quello di illustrare proprietà, strutture, reattività, funzioni biologiche e metodi di caratterizzazione dei composti di rilevanza bioinorganica.

Conoscenza e capacità

Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una buona conoscenza:

sul ruolo dei metalli in biochimica e il loro per le diverse funzioni proteiche come ad esempio il trasporto di O2, il trasferimento elettronico, la catalisi e il loro immagazzinamento;

su come la natura ha selezionato e modulato le proprietà dei metalli per ottimizzare le loro applicazioni;

su come gli ioni metallici interagiscono con l'ambiente biologico e come tali interazioni modulano le proprietà dei metalli

su come le informazioni ricavate dallo studio dei sistemi bioinorganici possono essere applicati per il disegno di catalizzatori sintetici, mezzi diagnostici e agenti terapeutici;

sulle principali tecniche sperimentali e teoriche per lo studio e la caratterizzazione dei sistemi bioinorganici.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate

Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:

capire come gli ioni metallici interagiscono con i sistemi biologici e come queste interazioni influenzano le proprietà dei centri metallici;

Applicare I principi della chimica di coordinazione per spiegare come la natura è in grado di modulare le proprietà dei metalli per uno specifico ruolo;

Spiegare il ruolo dell’intorno proteico nell’ottimizzare le proprietà di un centro metallico per una specifica funzione;

Discutere delle tecniche di indagine sperimentali e computazionali più appropriate per studiare le proprietà di un centro metallico in una proteina;

Discutere di come la comprensione delle proprietà stereoelettroniche di un cofattore metallico possa essere usata nella progettazione di sistemi biomimetici;

Essere in grado di capire un articolo scientifico inerente la chimica bioinorganica.

Autonomia di giudizio

Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:

Saper individuare i metodi più appropriati per analizzare le caratteristiche e le proprietà dei sistemi bioinorganici e saper mettere in relazione tali proprietà con la loro funzione;

Saper comprendere il modo in cui il sistema biologico modula le proprietà del centro metallico e saper progettare gli esperimenti adatti per verificare le proprie ipotesi.

Abilità comunicative

Saper descrivere in forma scritta in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni effettuate.

Capacità di apprendere

Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, ed approfondire gli argomenti trattati nella letteratura scientifica usando materiali diversi da quelli proposti.

Contenuti

Introduzione (fondamenti di biochimica, distribuzione, scelta, assorbimento, e utilizzo degli ioni metallici in sistemi biologici)

Metodi fisici e spettroscopici per la caratterizzazione e lo studio di sistemi bioionorganici

Trasposto, detossificazione e attivazione di O2

Fondamenti della teoria del trasferimento elettronico e proteine per il trasferimento elettronico

Attivazione e catalisi di piccole molecole (CO2, CO, H2, N2)

enzimi idrolitici e ruolo dello zinco nella catalisi acido-base

Ruolo dei metalloenzimi nei cicli biogeochimici dei principali elementi (C, N, S, O, S)

Programma esteso

Proprietà dei composti inorganici di rilevanza biologica (cofattori, metallo-proteine, complessi tra metalli e acidi nucleici).

Cicli biogeochimici dei principali elementi implicati nella chimica degli organismi viventi, ruolo delle metalloproteine nei processi cellulari, modulazione delle proprietà termodinamiche e cinetiche dei metalli da parte delle proteine.

Ruolo strutturale e catalitico degli ioni metallici nei sistemi viventi. In particolare, verranno presentate e discusse le proprieta’ stereo elettroniche e la reattività di enzimi e proteine. Ruolo strutturale e catalitico dello ione zinco: Zinc fingers e anidrasi carbonica. I trasportatori dell’ossigeno nei sistemi viventi.

Attivazione e controllo della reattività dell’ossigeno nei sistemi viventi, rilevanza in ambito medico e potenziali applicazioni in ambito biotecnologico e ambientale. Ruolo e attività catalitica dello ione rame nei sistemi viventi. Metalloproteine ed energia: idrogenasi, monossido di carbonio deidrogenasi e formiato deidrogenasi. L’attivazione dell’azoto molecolare: nitrogenasi. La progettazione razionale di catalizzatori biomimetici: strategie sintetiche e reattività.

Verranno inoltre svolte delle esercitazioni che prevedono l’utilizzo di metodi computazionali per studiare le proprietà stereolettroniche e la reattività di composti bioinorganici

Bibliografia consigliata

Libro di testo:

I. Bertini, H.B. Gray, E.I. Stiefel, E.S. valentine "Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity" University Science Books, Sausalito, California

Slides delle lezioni del corso

Articoli scientifici selezionati inerenti le tematiche del corso

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula sugli aspetti teorici degli argomenti del corso (36 ore)

Esercitazioni in aula informatica per studiare le relazioni struttura-proprietà dei metalloenzimi e il ruolo dell'ambiente proteico nel modulare le proprietà catalitiche dei cofattori metallici (12 ore)