Questo insegnamento è presente nel seguente gruppo opzionale

Obiettivi

Obiettivi generali
Obiettivo del corso di Chimica Bioinorganica è insegnare il ruolo degli elementi inorganici nei processi di rilevanza biologica, ambientale e farmaceutica. Tale disciplina si avvale di strumenti ed approfondisce concetti mutuati da aree di pertinenza chimica, fisica, biologica e medica.

Obiettivi specifici
1. Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente verrà a conoscenza delle modalità di scelta, accumulo, trasporto e deposito di elementi inorganici negli organismi, in particolare degli ioni metallici ed apprenderà i meccanismi di reazione, descritti a livello molecolare, a cui essi partecipano in numerosi processi fisio-patologici. In particolare vengono descritti e discussi concetti relativi a: principi di chimica di coordinazione; selezione, assorbimento e organizzazione di unità contenenti metalli in biologia; effetti benefici e tossici di elementi inorganici, inclusi Mercurio, Cromo, Arsenico, Piombo; struttura e funzioni dell’unità eme; proprietà di Ferro e Rame nelle proteine trasportatrici di ossigeno molecolare; ruolo dello Zinco in enzimi idrolitici, liasi e alcool deidrogenasi; reazioni di trasferimento di atomo e di elettrone; elementi inorganici nei radiofarmaci; antitumorali contenenti Platino, Oro, Rutenio; potenziale tossico e terapeutico di piccole molecole (NO; CO; H2S).

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine del corso lo studente conoscerà i principali ruoli svolti dai elementi inorganici e metalli in biologia ed in medicina, in particolare la loro funzione catalitica negli enzimi redox ed idrolitici; di trasporto e scambio di piccole molecole nei principali gruppi prostetici; nella comunicazione tra cellule e tessuti; nel controllo della conformazione e della stabilità di polimeri quali proteine e DNA; nelle reazioni di detossificazione di xenobiotici; nel trattamento e nella diagnosi di varie patologie.

3. Autonomia di giudizio
Le lezioni saranno interattive con domande e spunti volti a stimolare l’attenzione, a fare collegamenti e considerazioni critiche basandosi su concetti e strumenti già acquisiti, a rielaborare in modo sintetico e chiaro le nozioni apprese nonché il materiale ricavato da ricerca bibliografica su riviste internazionali e testi specialistici.

4. Abilità comunicative
A tal fine il corso prevede lo sviluppo di un tema monografico da parte di ciascuno studente e della relativa presentazione orale alla presenza dei colleghi e di eventuali altre persone interessate.

5. Capacità di apprendimento
Lo studente potrà studiare ed approfondire gli argomenti trattati a lezione utilizzando il materiale messo a disposizione dal docente sulla piattaforma e-learning (slide; articoli scientifici e review) e consultando i libri di testo consigliati (alcune copie sono presenti nella biblioteca del Dipartimento).

Canali

NESSUNA CANALIZZAZIONE

MARIA ELISA CRESTONI MARIA ELISA CRESTONI   Scheda docente

Programma

Introduzione alla Chimica Bioinorganica. Presenza, disponibilità e funzioni di elementi inorganici negli organismi viventi. Elementi essenziali nell’uomo. Diagramma dose-risposta.
Principi di chimica di coordinazione. Aspetti termodinamici. Teoria degli acidi e basi hard e soft. Effetto di chelazione. Serie di Irvin-Williams. pKa di leganti coordinati a metalli. Teoria del campo di leganti.
Aspetti cinetici. Velocità di scambio di leganti. Reazioni di trasferimento di elettrone.
Leganti biologici per ioni metallici. Geometrie di coordinazione e struttura elettronica di complessi bio-inorganiche.
Stato entatico nella catalisi enzimatica. Leganti tetrapirrolici e macrociclici.Ionofori.
Nucleobasi, nucleotidi, acidi nucleici e proteine come leganti.
Selezione, assorbimento e organizzazione di unità contenenti metalli in biologia. (12 h)

Associazione spontanea di cluster metallici. Siderofori naturali e sintetici.
Strategie di arricchimento. Controllo ed utilizzo di concentrazioni di ioni metallici nelle cellule. Effetti benefici e tossici di ioni metallici. Regolazione di un metallo benefico, il ferro. Transferrina.
Effetti benefici e tossici di ioni metallici. Regolazione di un metallo benefico, il ferro. Transferrina.
Un esempio di metallo tossico, il mercurio. Azione genotossica dello ione cromato. (6h)

Generazione ed uso di gradienti di concentrazioni di ioni metallici. Potenziale di membrana. Pompe e canali ionicii.
Recettore dell’acetilcolina. Canale del sodio.
Funzioni del metallo in metallo-proteine.
Funzioni di metalloenzimi. Attivazione di substrati tramite meccanismi nonredox.
Carbossipeptidasi A e Termolisina.
Meccanismo d’azione della fosfatasi alcalina.
Esempio di liasi : anaidrasi carbonica.
Esempio di ossidoreduttasi : alcool deidrogenasi.
Chimica di trasferimento di atomo e di gruppo. (10h)

Trasporto dell’ossigeno : emoglobina e mioglobina. Emeritrina ed emocianina. Composti modello.
Reazioni di trasferimento di atomo di ossigeno. Monoossigenasi. Citocromo P-450.
Tirosinasi. Metanoosigenasi. Sistemi modello.
Enzimi contenenti molibdeno.
Metallo enzimi protettivi: Cu-Zn superossido dismutasi.
Catalasi. Perossidasi. (14h)

Interazioni eme-farmaci antifungini.
Meccanismi di immagazzinamento del ferro. Ferritina ed emosiderina.
Disordini metabolici del rame e dello zinco.
Proteine di trasferimento elettronico. Proteine ferro-zolfo. (8h)

Tecniche spettrometriche di massa avanzate per lo studio di specie bioinorganiche.(4h)

cis-Platino; complessi bimetallici Platino-Rodio; complessi di Platino (IV)
Funzioni biologiche di elementi inorganici non metallici.
Metalli in medicina.
Le Cobalamine : complessi organometallici che incapsulano il Cobalto. (8h)

Ioni metallici nei radiofarmaci: selezione e produzione di radionuclidi per applicazioni in diagnostica e terapia.
Boro e Gadolinio nella terapia a cattura neutronica.
Agenti terapeutici contenenti oro. (6h)







Testi adottati

S. J. Lippard, J. M. Berg, "Principles of Bioinorganic Chemistry" University Science Books (disponibile nella biblioteca di Dipartimento G. Giacomello in varie copie)
W. Kaim, B. Schwederski,"Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life", John Wiley and Sons
E. Alessio, "Bioinorganic Medicinal Chemistry", Wiley-VCH
I. Bertini, H. B. Gray, E. I. Stiefel, J. S. Valentine, "Biological Inorganic Chemistry- Structure and Reactivity" University Science Books

Prerequisiti

Per un adeguato apprendimento è importante possedere le seguenti conoscenze preliminari: le nozioni fondamentali di chimica generale ed inorganica, chimica organica, biochimica.

Modalità di svolgimento

Il corso viene svolto mediante lezioni frontali in aula. Le lezioni sono interattive con il docente che stimola gli studenti alla discussione attraverso domande e collegamenti tra richiami a concetti acquisiti nei corsi precedenti e nuove tematiche e prospettive affrontate nell'insegnamento di Chimica Bioinorganica. Lo studente potrà trovare sulla piattaforma e-learning le slide e il materiale didattico (programma d’esame, testi consigliati) utili per la preparazione dell’esame. Lo studente può chiedere spiegazioni aggiungitive tramite appuntamento.

Modalità di valutazione

La modalità di valutazione del corso è mediante esame orale. Su richiesta degli studenti, il docente è disponibile ad accordare un eventuale posticipo dopo 15 giorni rispetto alla data già fissata sul sito Infostud. La durata della prova orale è di circa un'ora per studente. Ciascuno studente provvederà a sviluppare un tema monografico scelto di concerto con il docente e ad elaborare in modo chiaro, sintetico e critico il materiale ricavato dal corso, incluse le slide del corso, testi specialistici, articoli e review scientifiche messe a disposizione dal docente su elearning) e da ricerca bibliografica effettuata tramite il sistema bibliotecario del Dipartimento e di Ateneo. La relativa presentazione orale avverrà alla presenza dei colleghi e di eventuali altre persone interessate. I principali elementi oggetto di valutazione sono: 1) la padronanza degli argomenti trattati a lezione; 2) l'acquisizione di un linguaggio tecnico che si avvalga delle nuove conoscenze e di quelle già acquisite negli insegnamenti degli anni precedenti, data la notevole interdisciplinarietà della Chimica Bioinorganica; 3) la capacità di analisi delle fonti bibliografiche aggiornate da utilizzare per la presentazione orale; 4) la capacità di sintesi del materiale selezionato. Si ritiene che un punto fondamentale di tale modalità di esame sia l'acquisizione di strumenti utili ad una corretta analisi bibliografica, utile per la successiva esperienza di preparazione della tesi di laurea.
Una preparazione sufficiente nei quattro punti elencati assicura la votazione minima di 18/30 ma di norma gli studenti mostrano una adeguata/ottima preparazione che li può portare a raggiungere la votazione massima di 30/30 con lode.

Data inizio prenotazione Data fine prenotazione Data appello
10/01/2020 10/02/2020 11/02/2020
15/05/2020 15/06/2020 16/06/2020
18/06/2020 07/07/2020 08/07/2020
20/08/2020 14/09/2020 15/09/2020
02/01/2021 19/01/2021 20/01/2021
Scheda insegnamento
  • Anno accademico: 2019/2020
  • Curriculum: Curriculum unico
  • Anno: Quarto anno
  • Semestre: Secondo semestre
  • SSD: CHIM/03
  • CFU: 8
Caratteristiche
  • Attività formative affini ed integrative
  • Ambito disciplinare: Attività formative affini o integrative
  • Ore Aula: 64
  • CFU: 8
  • SSD: CHIM/03