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Gianantonio BATTISTUZZI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Chimica bioinorganica
Scienze chimiche (Offerta formativa 2021)
Obiettivi formativi
Fornire agli studenti della Laurea Magistrale in Scienze Chimiche conoscenze sulle proprietà, la distribuzione e il ruolo degli ioni metallici nei sistemi biologici, con particolare riferimento alle metallo-proteine, ai metallo-enzimi, alla funzione di messaggeri degli ioni metallici ed alle loro interazioni con gli acidi nucleici. Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Orario di ricevimento: martedì e giovedì dalle 15 alle 17
Prerequisiti
Conoscenza della reattività degli elementi inorganici. Conoscenze di basa di biochimica
Programma del corso
1 CFU (8 ore): Presentazione del corso. Ruolo dei metalli nei sistemi biologici. Metalloproteine. Interazioni fra metalli e acidi nucleici. Proteine fibrose e globulari. Folding e dinamica delle proteine. Enzimi. Modello di Michaelis-Menten. Meccanismi della catalisi enzimatica. Tecniche cromatografiche ed elettroforetiche.
1 CFU (8 ore): Acidi nucleici. Proprietà strutturali e metallo-leganti di DNA e RNA. Elementi essenziali e loro biodisponibilità. Speciazione degli elementi essenziali nel corso dell’evoluzione. Meccanismi di uptake degli elementi. Fattori che influenzano la termodinamica e la cinetica dell’uptake selettivo dei metalli di transizione. Uptake selettivo di non metalli.
1 CFU (8 ore): Processi di Signalling and Controlling. Correnti ioniche. Reazioni on/off. Equazione di Marcus. Cinetica di trasferimento elettronico nei sistemi biologici. Fattori che determinano il potenziale di riduzione di una coppia redox metallica. Metalli nella catalisi di reazioni redox, radicaliche e acido base. Fosforilazione ossidativa. I metalli nella catena di trasporto elettronico mitocondriale. Ipotesi chemiosmotica. F0F1-ATPasi. Meccanismo della fotosintesi batterica e ossigenica. Proprietà di PSI e PSII.
1 CFU (8 ore): Ruolo biologico di Na+, K+ e Cl-. Gradienti di concentrazione ionica. Potenziale di Donnan. Canali ionici, recettore dell’acetilcolina e canale voltage gated per Na+. Na+-K+-ATPasi. Pompe ioniche e potenziale di membrana. Il potenziale di azione. Il ruolo biologico di Mg. Confronto fra la chimica di Mg e Ca. Ruolo di Mg nella clorofilla e nel metabolismo del fosfato. Cenno ai meccanismi catalitici degli enzimi che richiedono Mg. Legame di Mg a t-RNA. Ruolo biologico di Ca2+. Siti di legame di Ca2+ nelle proteine. Il Ca2+ come messaggero secondario. Proprietà strutturali e funzionamento delle Ca2+-binding proteins. Ruolo di Ca2+ nella esocitosi. Il Ca negli enzimi extracellulari.
1 CFU (8 ore): Proprietà chimiche e ruolo biologico di Zn. Siti legame per lo Zn con funzione catalitica, strutturale e regolatoria. Accenni ai metodi sperimentali per lo studio degli Zn-enzimi. Struttura e meccanismo catalitico dei principali Zn-enzimi. Proteine Zn-finger e aspartato transcarbamilasi. Ruolo biologico del Fe. Siderofori. Proprietà funzionali e strutturali della transferrina. La ferritina. Proprietà strutturali, magnetiche e redox dei cluster FeS. Confronto fra Fd4Fe e HiPIP. Aspetti strutturali e funzionali di proteine contenenti gruppi -oxo-diferro e siti mononucleari.
1 CFU (8 ore): Classificazione delle eme-proteine. Proprietà chimico-fisiche e di coordinative dei gruppi eme. Proprietà strutturali e funzionali dei citocromi c, c3 e b. Proprietà chimiche di O2. Addizione ossidativa. Aspetti funzionali e strutturali di mioglobina e emoglobina. Coordinazione di O2 al gruppo eme. Cooperatività di legame di O2 nell’emoglobina. Aspetti funzionali e strutturali dei principali eme-enzimi. Ruolo biologico del Cu. Aspetti funzionali e strutturali dei siti tipo T1, T2 e T3. Aspetti funzionali e strutturali delle principali proteine contenenti Cu. Ruolo Biologico del Mo. Aspetti funzionali e strutturali delle principali proteine contenenti Mo.
Metodi didattici
Lezioni frontali svolte in presenza con l'ausilio di sistemi multimediali, integrate da discussioni collegiali. Le lezioni del corso e le discussioni sono tenute in lingua inglese. Qualora l’Emergenza Covid lo rendesse necessario, le lezioni verranno svolte a distanza in modo sincrono (streaming) oppure, in caso di difficoltà tecniche, in modo asincrono (registrate). La frequenza alle lezioni frontali non è obbligatoria
Testi di riferimento
Un testo a scelta fra:
• "Inorganic Biochemistry, An Introduction", J. A. Cowan, Wiley-VCH
• "Principles of Bioinorganic Chemistry" S. J. Lippard, J. M. Berg, University Science Books.
Le dispense utilizzate dal docente nel corso delle lezioni frontali sono disponibili sulla pagina del Portale DOLLY relativa all’insegnamento di Chimica Bioinorganica.
Verifica dell'apprendimento
Esame orale costituito da una presentazione relativa ad un argomento trattato durante il corso scelto dallo studente e da due domande aperte poste dal docente. La prova di esame si svolge in lingua inglese e potrà essere svolta in presenza o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19. Il punteggio finale (in trentesimi) viene calcolato applicando i seguenti criteri: livello delle conoscenze chimiche acquisite (35%), capacità di applicare le delle conoscenze chimiche acquisite (35%), capacità di formulare giudizi indipendenti (10%) e capacità di comunicare in modo chiaro e corretto i concetti chimici utilizzando la lingua inglese (20%).
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
- riconoscere e descrivere i ruoli e la distribuzione degli elementi metallici nei sistemi biologici;
- descrivere le interazioni degli elementi metallici con proteine e acidi nucleici;
- descrivere la struttura e il meccanismo di azione di metallo-proteine e metallo-enzimi;
- riconoscere e descrivere il ruolo degli elementi metallici nella respirazione e nella fotosintesi;
- riconoscere e descrivere il ruolo degli elementi metallici nella trasmissione del segnale nervoso e come messaggeri secondari
- conoscere l’utilizzo della lingua inglese nella descrizione di argomenti scientifici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
- discutere e analizzare la relazione esistente fra le proprietà chimiche degli elementi metallici e il loro ruolo nei sistemi biologici;
- discutere e analizzare il ruolo dei processi di natura prettamente inorganica nei processi biologici;
- discutere e analizzare la relazione la relazione esistente fra i meccanismi catalitici dei metallo-enzimi e quelli delle principali reazioni chimiche.
Autonomia di giudizio:
- valutare in autonomia i punti chiave di un argomento;
- valutare in autonomia e criticamente la correttezza dei concetti appresi;
- sostenere una discussione costruttiva sui concetti appresi.
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Abilità comunicative:
- utilizzare efficacemente la lingua inglese in forma orale nell’esposizione di un argomento scientifico, esprimendo i concetti appresi con linguaggio appropriato e sostenendo una discussione in merito agli argomenti trattati.
Capacità di apprendimento:
- utilizzare in autonomia e in modo adeguato le conoscenze e gli strumenti metodologici acquisiti per provvedere autonomamente ad un loro adeguato e continuo aggiornamento