Obiettivi formativi
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
- Interpretare gli aspetti strutturali e funzionali di sistemi di coordinazione di rilevanza in biologia sulla base dei concetti fondamentali della chimica dei composti di coordinazione.
- Esemplificare tipologie di sistemi bioinorganici e classificarli utilizzando le classi di sistemi studiati
- Confrontare due diversi sistemi bioinorganici (es. due diverse metalloproteine) analizzandone analogie e differenze.
Prerequisiti
Conoscenze di base di Chimica Generale, Chimica Organica, e Biochimica.
Nelle prime lezioni del corso verrà brevemente presentato un ripasso dei seguenti argomenti. Come attività preliminare al corso è possibile rileggere le parti relative a questi argomenti su un testo semplificato di Chimica Generale (es. Manotti – Tiripicchio “Fondamenti di Chimica”) o qualche testo analogo.
- Energia e forme di energia
- Spontaneità di una reazione, energia libera
- Struttura dell’atomo e orbitali
- Elettronegatività e raggio ionico
- Legame ionico
- Legame covalente
- Interazioni intermolecolari
- Legame idrogeno
- Acidi e basi
- pH e costanti di dissociazione acida
- Soluzioni tampone
- Velocità di una reazione e legge cinetica
- Energia di attivazione
- Potenziali elettrochimici
Contenuti dell'insegnamento
Il corso tratterà del ruolo dei metalli nei sistemi biologici e biomolecolari, con riferimenti in particolare al binding di substrati e all'attività catalitica di metalloproteine, e al ruolo dei centri metallici nel trasporto degli elettroni. Durante il corso verranno inoltre presentate le strategie di progettazione e riprogettazione delle proteine (protein design) con particolari riferimenti alle metalloproteine.
Una parte del corso (1 CFU) verrà svolta sotto forma di esercitazioni pratiche sia in laboratorio (principalmente studi di metalloproteine) sia su software per lo studio di sistemi bioinorganici.
Argomenti:
Introduzione agli argomenti del corso
Composti di coordinazione (o complessi) - Teoria generale
Lezioni introduttive e richiami di chimica generale
Rilevanza biologica dei metalli
Composti di coordinazione e teoria del campo dei leganti
Tecniche spettroscopichge di caratterizzazione di proteine e metalloproteine
Trasferimenti di elettroni in biologia
Stabilità dei composti di coordinazione
Velocità delle reazioni
Siti attivi di metalloproteine e metalloenzimi
Protein Design e Metalloprotein Design
Introduzione alle esercitazioni di laboratorio
Esercitazione 1. Utilizzo di PyMol per lo studio e la rappresentazone di metalloproteine
Esercitazione 2. Titolazione spettrofotometrica di Citocromo c
Esercitazione 3. Utilizzo di FoldIt per la progettazione di proteine
Programma esteso
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Bibliografia
Per la parte introduttiva e la parte generale di Composti di Coordinazione:
Peter William Atkins, Tina Overton, Jonathan Rourke, Mark Weller, Fraser Armstron - Chimica inorganica – Zanichelli - 2012
Per le parti di Composti di coordinazione – Rilevanza biologica, Localizzazione e movimentazione dei metalli nei sistemi biologici, Trasferimenti di elettroni , Metalloproteine e metalloenzimi:
Mark Weller, Tina Overton, Jonathan Rourke, Fraser Armstrong – Inorganic Chemistry – Oxford - 2018
Per la parte di Protein Design e Metalloprotein Design:
Review proposte dal docente
Slides delle lezioni fornite dal docente e disponibili in rete
Metodi didattici
Le lezioni saranno principalmente lezioni frontali, durante le quali si cercherà di incentivare la discussione critica da parte degli studenti. Durante alcune lezioni verranno svolte delle esercitazioni guidate, o affrontati dei casi di studio. (5 CFU)
Esercitazioni pratiche di Laboratorio (1 CFU)
Le slides utilizzate dal docente verranno caricate su piattaforma Elly e saranno scaricabili previo accesso con le proprie credenziali.
Le slides saranno utilizzabili come materiale didattico per preparare la prova finale.
Modalità verifica apprendimento
Una prova orale che si svolgerà come segue:
Presentazione della proteina, domande di collegamento con gli argomenti del corso.
Durante la prova lo studente dovrà dimostrare di avere compreso i fondamenti della Chimica di coordinazione, con riferimento particolare ad esempi tratti dai sistemi biologici.
Altre informazioni
E’ prevista una parte di lavoro su PC (Presentazione relativa a una proteina, sezione tratta da Handbook of Metalloproteins)
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
