CHIMICA BIO-ORGANICA

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
CHIMICA ORGANICA (CHIM/06)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Capacità:
capacità di affrontare criticamente lo studio di letteratura scientifica anche in ambito di ricerca. Capacità di applicare le conoscenze della Chimica Organica di base e delle tecniche strumentali per risolvere problemi a tematiche di interesse biologico in contesti interdisciplinari legati alla Biologia Molecolare.
Capacità di integrare le conoscenze e gestire la complessità, nonché di formulare giudizi su argomenti di ambito biologico-molecolare.
Capacità di comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità le conoscenze acquisite a interlocutori specialisti e non specialisti; sviluppo delle capacità di apprendimento che consentano di continuare a studiare l'ambito molecolare e gli aspetti molecolari della biologia anche autonomamente

Competenze:
conoscenza dettagliata delle proprietà delle principali classi di biomolecole, del loro comportamento chimico, dei metodi di determinazione della struttura, della purificazione e possibili modifiche di tipo sintetico. Capacità di comprendere i principi teorici e i dettagli sperimentali di studi scientifici su lipidi, carboidrati, oligo- e polipeptidi , acidi nucleici e loro analoghi.

Contenuti dell'insegnamento

Metodi in Chimica Bioorganica
Introduzione ai metodi strumentali utilizzabili nello studio delle biomolecole. Metodi spettroscopici, cromatografici, spettrometria di massa; cenni sui metodi diffrattometrici e di risonanza magnetica nucleare.
Chimica Organica delle Biomolecole
Lipidi. Classificazione dei lipidi. Trigliceridi e loro proprietà chimiche. Autoossidazione e fotoossidazione degli acidi grassi. Fosfolipidi e glicolipidi. Micelle e liposomi. Principali classi di lipidi non saponificabili.
Peptidi. Nomenclatura. Isomeria cis-trans del legame peptidico. Acidità e basicità nei peptidi, calcolo del punto isoelettrico. Idrolisi in ambiente acido e in ambiente basico. Esempi di peptidi aventi attività biologica.Sintesi chimica dei peptidi: gruppi protettori e gruppi attivanti, metodi in soluzione, metodi in fase eterogenea, strategie Boc e Fmoc. Peptidi coniugati, peptidi ciclici, peptido-mimetici. Chimica combinatoriale applicata a librerie di peptidi. Analisi dei peptidi.
Carboidrati. I carboidrati come fonte di informazione nelle interazioni intercellulare e intermolecolare: esempi di oligo-, polisaccaridi e glicoconiugati e della loro funzione biologica.
Struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche e reattività dei carboidrati. Formazione del legame glicosidico. Oligo- e polisaccaridi. Concetto di glicosildonatore, glicosilaccettore e gruppi protettori. Attivazione della posizione anomerica. Modifica chimica di monosaccaridi e sintesi chimica di oligosaccaridi.
Interconversione e biosintesi di monosaccaridi nel metabolismo primario e secondario.
Degradazione di polisaccaridi. Gli enzimi depolimerizzanti: glicosidasi, transglicosidasi, fosforilasi, liasi. Meccanismi di depolimerizzazione. Natura delle interazioni tra substrato glicosidico e sito enzimatico.
Utilizzo di glicosidasi per la sintesi del legame glicosidico. Approccio termodinamico e cinetico. Regio- e stereoselettività. Substrati non-naturali.
Effetti di mutazioni puntiformi nelle glicosidasi e utilizzo di glicosidasi ingegnerizzate (glicosintasi) con substrati non naturali.
Biosintesi e interconversione di glicosil-nucleosidi-(di)fosfato.
Biosintesi del legame glicosidico: le glicosiltransferasi. Glicosiltransferasi ripetitive e non-ripetitive, dolicoldifosfato-dipendenti e glicosilnucleotide-dipendenti. Regio- e stereoselettività.
Utilizzo delle glicosiltransferasi e loro combinazione con altri enzimi per la sintesi chemoenzimatica di oligosaccaridi, glicoconiugati e loro mimetici. Dalla sintesi in vitro alla sintesi in vivo.
Modifiche post-sintetiche di oligo- e polisaccaridi. Le sulfotransferasi in azione.
Proteine-recettore di carboidrati prive di attività enzimatica: le lectine. Natura delle interazioni tra substrato glicosidico e recettore. Il concetto della multivalenza e dell’effetto cluster glicosidico. Leganti sintetici multivalenti per l’inibizione di lectine.
Nucleosidi e nucleotidi. Eterocicli purinici e pirimidinici. Basi del DNA .Caratteristiche acido-base, forme tautomeriche, e reattività. Nucleosidi: struttura e proprietà biologiche. Esteri fosforici, pirofosfati e trifosfati. Nucleotidi. Acidi nucleici. Struttura dei polinucleotidi. Stabilità chimica e reazioni principali di DNA e RNA: idrolisi, ossidazione e alchilazione. . Sequenziamento chimico del DNA e suo ambito di utilizzo.
Sintesi chimica del DNA, gruppi protettori, metodo del fosforammidito, dell'H-fosfonato. Sintesi chimica dell'RNA. Analoghi di oligonucleotidi.

Esempi di applicazioni.

Programma esteso

Bibliografia

W.H. Brown, C.S.Foote, B.L.Iverson E.V. Anslyn. Chimica Organica. IV Edizione
EdiSES (2009).Capitoli 13,14, 17, 18, 23, 25, 26, 27, 28.
K. P. Vollhardt, N.E. Schore :Chimica Organica. terza edizione Zanichelli Editore,
2005. Capitoli 19,20,21,24,25,26
P.Y. Bruice Chimica Organica 2nd Edition. Edises, 2011. Capitoli 13, 14, 17, 21, 22, 23, 27, 28.
J. McMurry :Chimica Organica. 7 Edizione. Piccin 2008. Capitoli 12, 13, 20, 21, 24, 25, 26, 27,
28.

Dispense del corso fornite dal docente.
Testi di Approfondimento:
V. Santagada, G. Caliendo :Peptidi e Peptidomimetici. PICCIN Editore, 2003.
S. M: Hecht. Bioorganic Chemistry: Nucleic Acids. Oxford University Press
S. M: Hecht. Bioorganic Chemistry: Peptides and Proteins. Oxford University Press
S. M: Hecht. Bioorganic Chemistry: Carboydrates. Oxford University Press

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni. Durante le lezioni frontali verranno affrontati i principi della chimica, dei metodi di sintesi e delle tecniche di purificazione e caratterizzazione delle principali calssi di molecole biologiche. Nella parte di esercitazioni verranno presentati esempi di casi reali, anche legati a dati di letteratura, e verrano discussi i relativi problemi di comprensione in maniera interattiva con gli studenti.

Modalità verifica apprendimento

Esame Scritto.
Le conoscenze richieste per il superamento dell'esame sono:
Capacità di affrontare criticamente lo studio di letteratura scientifica anche in ambito di ricerca. Capacità di applicare le conoscenze della Chimica Organica di base e delle tecniche strumentali per risolvere problemi a tematiche di interesse biologico in contesti interdisciplinari legati alla Biologia Molecolare.

Capacità di integrare le conoscenze e gestire la complessità, nonché di formulare giudizi su argomenti di ambito biologico-molecolare.

Capacità di comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità le conoscenze acquisite ; dimostrazione di aver acquisito le capacità che consentano di continuare a studiare l'ambito molecolare e gli aspetti molecolari della biologia anche autonomamente.

Conoscenza dettagliata delle proprietà delle principali classi di biomolecole, del loro comportamento chimico, dei metodi di determinazione della struttura, della purificazione e possibili modifiche di tipo sintetico. Capacità di comprendere i principi teorici e i dettagli sperimentali di studi scientifici su lipidi, carboidrati, oligo- e polipeptidi , acidi nucleici e loro analoghi.

L'esame scritto consiste in 10 domande. Si intende superato se 6/10 domande sono svolte correttamente o, in alternativa, se almeno il 60% dei contenuti espressi complessivamente sono corretti e esaustivi.

L'esame scritto può essere integrato da una parte orale qualora lo studente ne faccia richiesta o nei casi n cui il docente ritenga di dover approfondire la valutazione di quanto espresso all'orale.