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Giulia DI ROCCO
Ricercatore Universitario
Dipartimento di Scienze della Vita sede ex Chimica V.Campi 103
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Insegnamento: Metodi di analisi di macromolecole biologiche
Biotecnologie industriali (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Il corso permette allo studente di acquisire conoscenze approfondite sulle moderne tecniche di analisi e caratterizzazione di macromolecole biologiche, con particolare riferimento alle tecniche cromatografiche, alle varie spettroscopie in soluzione e di superficie e alla proteomica. Al termine del corso lo studente sarà in grado di pianificare un disegno sperimentale, valutando quali siano le metodiche più adatte alla produzione e all'indagine di una specifica macromolecola. L’obiettivo è quello di favorire la comprensione della macromolecola, dei parametri che ne determinano la struttura e che influenzano il decorso della sua reazione in termini quantitativi, energetici e temporali.
Lo studente acquisirà familiarità con la strumentazione di un laboratorio di Protein Chemistry e di Spettrofotometria nel dettaglio della purificazione e della conduzione e interpretazione di reazioni enzimatiche .
Il corso viene tenuto considerando le esigenze concettuali e metodologiche legate alla specificità delle macromolecole.
Prerequisiti
Concetti di base di spettroscopia, chimica generale, biologia molecolare
Programma del corso
Il corso prevede una parte teorica di 5CFU corrispondenti a 40 h di lezioni frontali così organizzate:
1) 1CFU, 8 ore: INTRODUZIONE ALLE MACRONOLECOLE
Reazioni delle macromolecole; Macromolecole per uso industriale ed esercitazioni su enzimi scelti dagli studenti.
2)1,5 CFU, 12 ore: PROTEINS. Trattamento del campione; Principi di cromatografia: FPLC e HPLC; Purificazione di proteine su piccola e grande scala.
3) 1CFU, 8 ore: PROTEOMICS. Proteomica e Principi di Spettrometria; Spettrometria di massa Tandem (sequenziamento proteico e analisi di modificazioni post-traduzionali)
3)1,5 CFU, 12 ore: CARATTERIZZAZIONE SPETTROSCOPICA. IR, FT-IR Raman, Raman Risonante e SEIRA e SERRS applicate alle macromolecole
1CFU, 8 ore: Esercitazioni di laboratorio.
-Purificazione proteica
-Saggio di attività enzimatica
-Analisi spettroscopica in ATR FT-IR
Questi laboratori si svolgono a rotazione con gruppi di 3-4 studenti.
Metodi didattici
Il corso si tiene in lingua italiana e si articola in 40 ore (5 CFU) di lezioni frontali e 8 ore (1 CFU) di esercitazioni di laboratorio, per un totale di 48 ore. Le 40 ore di lezioni frontali vengono tenute in lingua italiana e svolte in aula con l’ausilio di tecniche di videoproiezione per la visualizzazione di strutture molecolari, grafici e figure varie. Vengono fatte salve situazioni contingenti di emergenza sanitaria, nel qual caso le lezioni potranno essere seguite a distanza in modalità sincrona, cioè in diretta streaming, su opportuna piattaforma web comunicata dal docente. Di queste 40 ore, 32-34 ore sono dedicate all’esposizione degli aspetti teorici e concettuali della materia, mentre 6-8 ore sono dedicate alle applicazioni delle tecniche analizzando articoli di letteratura recente oppure con l'ausilio delle banche dati informatiche. La frequenza alle lezioni non è obbligatoria.
Esercitazioni di laboratorio (8h) per approfondire la conoscenza delle tecniche di purificazione e caratterizzazione di proteine.
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria.
Testi di riferimento
Alcuni capitoli dei seguenti volumi e materiale fornito dal docente
1) “Protein purification: principles and practice”, Robert K. Scopes
2) "Proteins Biochemistry And Biotechnology", Walsh G.,ISBN: 9780471899075
3) "Enzymes: Biochemistry, Biotechnology, Clinical Chemistry" Palmer, T. ISBN: 9781904275275
4) “Proteomics in practice”, Westermeier R., Naven T., Wiley-VCH Ambrosiana.
5) "Handbook of Spectroscopy" G Gauglitz and T Vo-Dinh
WILEY-VCH, ISBN 3-527-29782-0
6)"Mass Spectrometry:Principles and Applications"E de Hoffmann and V Stroobant , WILEY-VCH
7) Jurgen H Gross “Spettrometria di massa” Edises
Verifica dell'apprendimento
L’esame si articola in due parti;
una parte applicativa (25% del voto), durante la quale allo studente viene proposta una macromolecola o un'applicazione specifica e lo studente dovrà essere in grado di proporre una strategia di produzione, purificazione, analisi o caratterizzazione della stessa anche avvalendosi degli ausili informatici.
Una parte teorica (75%) in cui allo studente vengono fatte almeno 2 domande sulla teoria legata alle singole tecniche.
Risultati attesi
A. Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite lezioni in aula, letture guidate e discussioni collegiali lo studente approfondisce le conoscenze riguardanti le macromolecole e i principi alla base delle tecniche di produzione a partire dall’ingegneria genetica per la produzione di macromolecole industriali e fino alla caratterizzazione in termini di analisi di elementi strutturali fondamentali per le interazioni intermolecolari, la cooperatività e il riconoscimento biomolecolare nonché saranno affrontate le loro applicazioni. Inoltre saranno trattate le tecniche di catalisi enzimatica
B. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Tramite la risoluzione di problemi proposti a lezione, lo studente è in grado di individuare autonomamente gli approcci metodologici più idonei ed efficaci per il raggiungimento degli obiettivi e di comprendere i risultati provenienti dall'uso di metodologie biofisiche analizzate. In generale, lo studente sarà in grado di proporre metodi analitici di laboratorio per il monitoraggio dei prodotti biotecnologici e metodi predittivi di proprietà/struttura di biomolecole per la ricerca biotecnologica industriale.
C. Autonomia di giudizio: Lo studente è in grado di comprendere e discutere criticamente le tecniche e delle procedure sperimentali appropriate per la caratterizzazione di biomolecole e biosistemi. Acquisirà capacità di valutazione e d’interpretazione dei dati sperimentali, conseguirà sicurezza in laboratorio sviluppando una consapevolezza nei confronti delle problematiche sperimentali.
D. Abilità comunicative: Lo studente affina la propria capacità espositiva in lingua italiana, esercitando la capacità di selezionare il linguaggio più appropriato e in modo efficace e conciso.
E. Capacità di apprendimento: Le attività̀ descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici per sviluppare ulteriormente le proprie conoscenze, tramite percorsi formativi ulteriori o autoapprendimento.
Possiede capacità di applicare le conoscenza acquisite e di analizzare i problemi posti dall'attività di ricerca, individuando autonomamente gli approcci metodologici più idonei ed efficaci per il raggiungimento degli obiettivi. Acquisisce gli strumenti metodologici per provvedere autonomamente al proprio aggiornamento mediante lettura di pubblicazioni recenti.