Brigida BOCHICCHIO | CHIMICA ORGANICA DEI SISTEMI E DEI PROCESSI BIOLOGICI

Italiano

comprensione dei meccanismi di azione dei principali enzimi;
comprensione del meccanismo di azione di farmaci ad attività antivirale ed antibiotica;
visualizzazione al calcolatore della struttura I, II, III e IV nonché del sito attivo dell’enzima mediante programma informatico Pymol presso Aula Informatica. E’ prevista una postazione per ciascuno studente.

È necessario avere acquisito ed assimilato le conoscenze fornite dai corsi di Chimica Organica I e II.

CONTENUTI DEL CORSO
Alfa amminoacidi e proteine;
Enzimi: efficienza, specificità, stereoselettività.
Meccanismo d'azione di alfa-chimotripsina, lisozima, ribonucleasi A; carbossipeptidasi.
Composti chimici come antidoti ai veleni: Lewisite ed anti-Lewisite.
Virus e Batteri
Farmaci ad azione antibatterica ed antivirali;
Canapa: principi attivi di interesse farmacologico;
Utilizzo di programmi per la visualizzazione 3D del sito attivo di enzimi.

CONTENUTI DEL CORSO
Lezione di Introduzione al corso (illustrazione della modalità di esame, struttura e durata del corso, programma di massima, modalità di interazione con il docente); proiezione di un video su un processo biologico di interesse per la  chimica bioorganica: ad esempio il ruolo degli enzimi nel morbo di Alzheimer (2h).
Gli enzimi: catalizzatori biologici. Introduzione ai meccanismi d' azione degli enzimi: assistenza anchimerica. Esempi: Idrolisi dell’o-carbossi-fenil-beta-D-glicoside, solvolisi di acetati, idrolisi del 4-imidazoil-butanoato p-nitro-fenile (2h).
Forze elettrostatiche e forze idrofobiche nelle proteine (1h).
Le proteine. Caratteristiche chimiche degli alfa-amminoacidi e chiralità. I 22 alfa-amminoacidi(2h).
Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria di proteine. Principali strutture secondarie; definizione degli angoli diedri nelle proteine e principali angoli diedri, mappa di Ramachandran (4h).
Principali tecniche utilizzate nello studio delle strutture secondarie di proteine e complementarità: FTIR, Dicroism Circolarew, cenni di cristallografia ed NMR , Dinamica Molecolare (4h).
Analogie tra la sintesi chimica di peptidi in fase solida e la sintesi proteica in-vivo: gruppi protettori e gruppi attivanti (4h).
Meccanismi di detossificazione naturali, cicli biochimici  e ruolo di ATP come attivatore del gruppo -COOH di un alfa-amminoacido: meccanismo di formazione della N-benzoil-glicina o acido ippurico; RNA transfer e formazione dell'amminoacil-RNA tranfer, S-Adenosil Metionina (SAM) ed acido folico (2h).
Sintesi di peptidi in fase solida. Protezione Ortogonale. Direzione di sintesi. Cenni alla purificazione di peptidi mediante HPLC. Attivazione del gruppo carbossilico. Concetto di gruppo protettore e schema di sintesi. Principali gruppi protettori: Boc, CBz (4h). 
Analogie tra reazioni di chimica organica e processi biochimici: la sintesi di peptidi in fase solida e la sintesi di proteine “in vivo (1h).
Virus:caratteristiche generali, struttura, funzione. Morfologia: virus icosaedrici, sferici, elicoidali, capsomeri: pentoni ed esoni. Cenni di Nomenclatura. Genoma dei Virus: DNA, RNA, ds, ss, positivo, negativo, ambisenso. Meccanismo di replicazione litico e lisogenico (4h).
Batteri:  Struttura della parete cellulare dei batteri Gram(+) e Gram (-). Antibiotici: classificazione in base al meccanismo d'azione. Penicillina: perché funge da antibiotico e meccanismo d'azione.  Gli ionofori: Gramicidina S, Valinomicina, Antanamide, Nigerina (4h).
Azione antibiotica della Gramicidina S: sintesi batterica non ribosomiale (1h).
L'enzima alfa-chimotripsina. Meccanismo d’azione dell’enzima alfa-chimotripsina (1h). Prove a sostegno del meccanismo di azione (1h). Gli intermedi tetraedrici: modello di Rogers e Bruice (1h).
Meccanismi d’azione di metallo enzimi: metalli “buoni” e “cattivi”: Lewisite e BAL; anidrasi carbonica; carbossipeptidasi. Meccanismo nucleofilo e meccanismo base-generale della carbossipeptidasi per substrati esterei e peptidici. Prove a sostegno: metanolisi. Modelli bioorganici di Breslow (2h).
I gruppi bioisosterici nella chimica farmaceutica (acetilcolina, carbacolo, muscarina). Concetto di adattamento molecolare come strategia di sintesi di farmaci (agonisti, antagonisti, antimetaboliti) e nomenclatura di nucleosidi e nucleotidi (1h). 5-Fluorocitosina e Citosina, timidina ed 1-beta-D-2'-desossiribofuranosil-5-iodo-uracile, Adenosina arabinoside ed adenosina, Acyclovir (1h).
Gli acidi nucleici: DNA ed RNA. Le basi azotate del DNA e dell’RNA. Chimica del gruppo fosfato. Reazione di idrolisi dei fosfodiesteri. Stabilità del DNA e dell’RNA all’idrolisi del legame fosfodiestero (2h).
La pseudorotazione e le “cinque regole di preferenza” (1h).
Meccanismo di azione dell’RNAsi. Meccanismo “in line” e meccanismo “adiacente”. Meccanismo di azione dell’RNAsi secondo il modello di Breslow e Labelle (2h).
Meccanismo d’azione dell’enzima lisozima. Il meccanismo d’azione del lisozima e prove a sostegno (2h).
Visualizzazione del sito attivo degli enzimi studiati al calcolatore in Aula Informatica (2h)

METODI DIDATTICI

Il corso prevede 48 ore totali in lezioni frontali sugli argomenti indicati nella sezione CONTENUTI DEL CORSO. E’ previsto l'utilizzo di videoproiettore nella lezione introduttiva poiché utile alla visione di brevi documentar sull’argomento; è previsto l’utilizzo della lavagna luminosa per visualizzare tabelle nonché di lezioni al calcolatore in Aula Informatica. Sono anche previste visite guidate ad aziende chimiche e farmaceutiche (qualora possibile) e lezioni impartite da esperti esterni anche stranieri (qualora possibile).

La prova finale consisterà in una discussione iniziale su un argomento a scelta dello studente. Successivamente il docente interrogherà su argomenti trattati a lezione. Criteri di valutazione della prova: il voto finale sarà espresso in trentesimi. Saranno particolarmente apprezzati il raggiungimento da parte dello studente di una visione organica dei temi affrontati a lezione e la capacità dello studente di affrontare, utilizzando gli strumenti acquisiti durante il corso, argomenti specifici di interesse con proprietà di linguaggio. Sarà valutata la capacità di collegare e confrontare aspetti diversi trattati durante il corso.

TESTI DI RIFERIMENTO E DI APPROFONDIMENTO, MATERIALE DIDATTICO ON-LINE
o Hermann Dugas, Bioorganic Chemistry, Springer.
o A. Liljas, L. Liljas, J. Piskur, G. Lindblom, P. Nissen, M. Kieldgaard. Textbook on structural biology. World Scientific.
o Articoli scientifici originali ed articoli divulgativi e di attualità.
o Compendio del Corso scritto dalla Docente.

METODI E MODALITÀ DI GESTIONE DEI RAPPORTI CON GLI STUDENTI
All’inizio del corso, dopo aver descritto obiettivi, programma e metodi di verifica, il docente mette a disposizione degli studenti il materiale didattico (piattaforma E-Learning, etc). Da questo anno accademico é disponibile in modalità gratuita un Compendio delle Lezioni redatto dal docente che sarà distribuito agli studenti frequentanti. Il Docente metterà altresì a disposizione articoli divulgativi di attualità e di interesse per gli studenti anche dietro loro richiesta su argomenti specifici.
Contestualmente, si raccoglie l’elenco degli studenti che intendono iscriversi al corso, corredato di nome, cognome, matricola ed email.
Orario di ricevimento: il mercoledì ed il venerdì dalle 15:00 alle 17:00 presso lo studio 3A135 ubicato al I piano Edificio
3ASud
Oltre all’orario di ricevimento settimanale, il docente è disponibile in ogni momento per un contatto con gli studenti, attraverso la propria e-mail.

DATE DI ESAME PREVISTE
5/02/2021; 5/03/2021; 11/06/2021; 2/07/2020; 10/09/2021; 8/10/2021; 3/12/2021;

Sono previsti seminari da parte di docenti anche stranieri sia nell'ambito dell'Erasmus Teaching Staff Mobility e sia in modalità telematica su piattaforma Meet di Google.

Visite in  Aziende Chimiche/Farmaceutiche del territorio al termine del corso.