Aspetti sintetici nella preparazione di biomolecole e biomolecole applicate allo studio di sistemi biologici

A.A. 2019/2020
8
Crediti massimi
64
Ore totali
SSD
BIO/10 CHIM/06
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso è finalizzato all'apprendimento da parte dello studente di conoscenze integrate di tipo chimico e biochimico delle principali classi di biomolecole naturali e di loro analoghi modificati per applicazioni in campo chimico e biotecnologico.
Nel Modulo 1 particolare attenzione verrà quindi dedicata alla chimica dei peptidi, degli acidi nucleici, dei carboidrati e dei loro analoghi modificati. Verranno introdotte le principali strategie di sintesi e di purificazione, nonché le metodologie di studio degli aspetti conformazionali utilizzando sia l'approccio computazionale sia tecniche spettroscopiche. Saranno presentate le tecniche per lo studio delle interazioni delle macromolecole con i rispettivi target biologici e delle macromolecole tra di loro, a dar luogo ad assemblati supramolecolari.
Il Modulo 2 fornirà una conoscenza dei principi che stanno alla base dell'utilizzo di biomolecole (principalmente biopolimeri, quali acidi nucleici e proteine, e lipidi) nello studio dei sistemi biologici e illustrerà metodi applicati alla predizione delle caratteristiche e delle proprietà delle biomolecole, al fine di comprendere le funzioni di queste nei complessi sistemi biologici e il loro impiego come strumenti in grado di modulare e caratterizzare i network in cui sono coinvolte. Inoltre, il seguente Modulo consentirà di acquisire nozioni relative allo sviluppo di alcune tecnologie che, utilizzando organismi viventi o loro componenti, permettono di ottenere prodotti naturali e modificati terapeuticamente utili.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso gli studenti dovrebbero essere in grado di comprendere in modo più approfondito ed adeguato la struttura e la funzione delle principali molecole biologiche e della loro capacità di coordinarsi tra loro nei sistemi biologici; applicare i principi della chimica sintetica alla preparazione di biomolecole; comprendere i concetti di base dell' assembly supramolecolare. Avranno inoltre acquisito una conoscenza base delle caratteristiche dei nanomateriali a base peptidica, delle applicazioni diagnostiche e terapeutiche degli oligonucleotidi e lipidi sintetici modificati.
Possiederanno la capacità di presentare le proprie conoscenze in modo chiaro e ordinato, con un linguaggio scientifico appropriato e con argomentazioni rigorose.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Prerequisiti
L'insegnamento è rivolto agli studenti iscritti al profilo professionalizzante di Metodologie chimica applicate a biomolecole. Gli studeenti devono possedere competenze nel campo della Chimica organica e della Biochimica in accordo con l'anno di corso frequentato
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste di una prova orale.
- Prova orale: gli studenti sono invitati a individuare un argomento di loro interesse e a svolgere a) una ricerca bibliografica completa; b) una relazione sulla base della bibliografia acquisita; c) una presentazione PPT
Il voto finale viene formulato dal docente valutando complessivamente la capacità dello studente di acquisire informazioni sull'argomento e sulla sua capacità di relazionare in modo conciso, esauriente ed efficace.
Modulo: Aspetti sintetici nella preparazione di biomolecole
Programma
1. Peptidi e proteine

- caratteristiche generali degli aminoacidi e dei peptidi
- gruppi protettori nella sintesi peptidica; metodologie di protezione ortogonale
- formazione del legame peptidico: metodi di attivazione e accoppiamento
- sintesi in soluzione e in fase solida
- studi conformazionali: metodologie CD, NMR, IR per definire la conformazione secondaria del peptide

2. Peptidomimetici

- ruolo e caratteristiche
- conformazione bioattiva del peptide e metodologie di restrizioni conformazionali (legame disolfuro, legame diselenuro, ring closing methatesis, click chemistry)
- sintesi di peptidomimetici mediante l'utilizzo di aminoacidi non naturali e sintesi di foldameri
- progettazione di peptidomimetici mediante studi computazionali: esempi di applicazione biologiche; inibizione delle interazioni proteina-proteina (PPI)

3. Acidi nucleici

- caratteristiche generali: sequenza del DNA/RNA e sua composizione chimica
- oligonucleotidi modificati: PNA, Morpholinos; proprietà ed applicazioni
- stabilità termica delle doppie eliche e fattori che la influenzano: legami a H, effetto idrofobico, stacking, repulsione elettrostatica, studi di interazione RNA/DNA con oligonucleotidi modificati

4. Carboidrati

- caratteristiche generali
- sintesi di carboidrati: gruppi protettori; metodi di sintesi del legame glicosidico
- oligosaccaridi modificati e applicazioni biologiche

5. Assembly supramolecolari

-Nanoparticelle e self assembly: cenni introduttivi.
- Nanomateriali di natura peptidica
Metodi didattici
Il corso si svolge sulla base di lezioni frontali teoriche con numerosi esempi di letteratura relativi agli studi più recenti ed avanzati relativi all'argomento trattato. Sono previsti seminari di esperti e alcune esercitazioni in aula
Materiale di riferimento
Dispense del corso fornite dal docente pubblicate sul sito ARIEL
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
Modulo: Biomolecole applicate allo studio di sistemi biologici
Programma
- Sistema biologico e di biomolecole: il cosmo omico
- L'evoluzione delle proteine: dalla sequenza amminoacidica alla predizione della struttura
- Gli strumenti della Proteomica
- Banche dati: archiviazione e recupero dati
- La ricerca in banche dati per similarità:
· matrici di similarità, matrici di punteggio, FASTA, BLAST, PSI-BLAST;
· allineamento multiplo di sequenze;
· predizione della struttura di una proteina e modelli di omologia.
- Analisi di sequenze genomiche: sequenziamento e ricerca dei geni
- Struttura e funzione delle biomolecole
- Interazione tra biomolecole: aspetti generali e metodologici
- Il mondo degli XNA: gli aptameri e la selezione in vitro
- Replicazione ed evoluzione di PNA e altri polimeri sintetici
- Regolazione dell'espressione genica: oligonucleotidi antisenso, siRNA, anti-miRNA e oligonucleotidi splice-switcing
- Interazione tra nanoparticelle e sistemi biologici
- Nanoparticelle: strategie targeting attiva e passiva
- Aspetto chimico-strutturali dei lipidi
- Analisi lipidomica di membrana: Membrane lipid therapy
Metodi didattici
Le lezioni sono tutte frontali finalizzate a fornire allo studente una conoscenza dei fondamenti delle applicazioni delle biomolecole nello studio dei sistemi biologici e nello sviluppo di tecnologie innovative che utilizzano organismi viventi, o loro componenti, per l'ottenimento di prodotti terapeuticamente utili. Inoltre, il docente induce un intenso interplay con gli studenti, basato anche sull'analisi e discussione di recentissimi lavori scientifici attinenti agli argomenti del programma.
Materiale di riferimento
I testi di riferimento consigliati sono: BIOINFORMATICA, S. Pascarella-A.Paiardini, Zanichelli Editore; I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, D.L. Nelson, M.M. Cox, Zanichelli Editore; BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Bruce Alberts Alexander Johnson Julian Lewis David Morgan Martin Raff Keith Roberts Peter Walter, Zanichelli Editore; FONDAMENTI DI BIOINFORMATICA, Helmer Citterich, Ferrè, Pavesi, Pesole, Romualdi, Zanichelli Editore.
Altro materiale di riferimento: slide delle lezioni e paper scientifici caricati sulla piattaforma Ariel
Moduli o unità didattiche
Modulo: Aspetti sintetici nella preparazione di biomolecole
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 4
Lezioni: 32 ore

Modulo: Biomolecole applicate allo studio di sistemi biologici
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 4
Lezioni: 32 ore

Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
DISFARM Sezione di Chimica Generale e Organica "A. Marchesini" III piano