Catalogo dei Corsi di studio

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).

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. Selezione, assorbimento e organizzazione di unità contenenti metalli in biologia. 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. Un esempio di metallo tossico, il mercurio. Generazione ed uso di gradienti di concentrazioni di ioni metallici. Potenziale di membrana. Pompe e canali ionici.
Recettore dell’acetilcolina. Canale del sodio. Attivazione di substrati tramite meccanismi nonredox.
Carbossipeptidasi A e Termolisina. Meccanismo d’azione della fosfatasi alcalina. Esempio di liasi : anidrasi carbonica. Esempio di ossidoreduttasi : alcool deidrogenasi. Trasporto dell’ossigeno : emoglobina e mioglobina. Reazioni di trasferimento di atomo di ossigeno. Monoossigenasi. Cytochrome P-450. Tirosinasi. Metanossigenasi. Sistemi modello. Metallo enzimi protettivi: Cu-Zn superossido dismutasi. Catalisi. Perossidasi. Meccanismi di immagazzinamento del ferro. Ferritina ed emosiderina. cis-Platino; complessi bimetallici Platino-Rodio; complessi di Platino (IV). Le Cobalamine : complessi organometallici che incapsulano il Cobalto. Tecniche spettrometriche di massa avanzate per lo studio di specie bioinorganiche. Ioni metallici nei radiofarmaci: selezione e produzione di radionuclidi per applicazioni in diagnostica e terapia. Agenti terapeutici contenenti oro.

Testi adottati

1) W. Kaim, B. Schwederski, A. Klein. "Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life
Second edition, Wiley
2) I. Bertini, H. G. Gray, E. I. Stiefel, J. S. Valentine. "Biological Inorganic Chemistry. Structure and Reactivity"
University Science Books

Bibliografia di riferimento

1) O. W. L. Carter, Y. Xu, P. J. Sadler "Minerals in Biology and Medicine" RSC Adv. 2021, 11, 1939. 2) S. K. Nandanwar, H. J. Kim "Anticancer and Antibacterial Activity of Transition Metal Complexes" ChemistrySelect 2019, 4, 1706.

Prerequisiti

Lo studente deve possedere le conoscenze di base apprese nei corsi di Chimica generale ed inorganica, Chimica organica, Biologia e Biochimica. Non sono previste propedeuticità.

Modalità di svolgimento

Lo svolgimento del corso comprende lezioni relative agli argomenti riportati nel programma; analisi e discussione di pubblicazioni scientifiche recenti su temi di Chimica Bioinorganica proposte dal docente; approfondimento di tecniche strumentali "state of art" per lo studio della Chimica Bioinorganica. Il materiale didattico delle lezioni (slide ed articoli scientifici discussi in classe) è disponibile alla pagina elearning del corso: https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=905 A questo indirizzo sono pubblicati anche: il programma ed i libri di testo consigliati, l'orario di ricevimento, l'orario di lezione, i link su piattaforma Meet per la lezione del lunedì (meet.google.com/zfd-mrme-weq) e quella del mercoledì (meet.google.com/cux-sjtg-nmc).

Modalità di frequenza

La frequenza al corso è consigliata.

Modalità di valutazione

La prova finale consiste nella preparazione, presentazione ppt e discussione di una tesina su un argomento a scelta dello studente tratto dalla letteratura scientifica recente.

Data inizio prenotazione	Data fine prenotazione	Data appello
08/01/2023	07/02/2023	10/02/2023
01/03/2022	02/04/2023	04/04/2023
15/05/2023	13/06/2023	15/06/2023
01/06/2023	02/07/2023	04/07/2023
05/08/2023	05/09/2023	07/09/2023
02/10/2023	03/11/2023	05/11/2023
15/12/2023	16/01/2024	18/01/2024

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. Selezione, assorbimento e organizzazione di unità contenenti metalli in biologia. 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. Un esempio di metallo tossico, il mercurio. Generazione ed uso di gradienti di concentrazioni di ioni metallici. Potenziale di membrana. Pompe e canali ionici.
Recettore dell’acetilcolina. Canale del sodio. Attivazione di substrati tramite meccanismi nonredox.
Carbossipeptidasi A e Termolisina. Meccanismo d’azione della fosfatasi alcalina. Esempio di liasi : anidrasi carbonica. Esempio di ossidoreduttasi : alcool deidrogenasi. Trasporto dell’ossigeno : emoglobina e mioglobina. Reazioni di trasferimento di atomo di ossigeno. Monoossigenasi. Cytochrome P-450. Tirosinasi. Metanossigenasi. Sistemi modello. Metallo enzimi protettivi: Cu-Zn superossido dismutasi. Catalisi. Perossidasi. Meccanismi di immagazzinamento del ferro. Ferritina ed emosiderina. cis-Platino; complessi bimetallici Platino-Rodio; complessi di Platino (IV). Le Cobalamine : complessi organometallici che incapsulano il Cobalto. Tecniche spettrometriche di massa avanzate per lo studio di specie bioinorganiche. Ioni metallici nei radiofarmaci: selezione e produzione di radionuclidi per applicazioni in diagnostica e terapia. Agenti terapeutici contenenti oro.

Testi adottati

1) W. Kaim, B. Schwederski, A. Klein. "Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life
Second edition, Wiley
2) I. Bertini, H. G. Gray, E. I. Stiefel, J. S. Valentine. "Biological Inorganic Chemistry. Structure and Reactivity"
University Science Books

Prerequisiti

Lo studente deve possedere le conoscenze di base apprese nei corsi di chimica generale ed inorganica, chimica organica, biologia e biochimica. Non sono previste propedeuticità.

Modalità di svolgimento

Lo svolgimento del corso comprende lezioni relative agli argomenti riportati nel programma; analisi e discussione di pubblicazioni scientifiche recenti su temi di Chimica Bioinorganica proposte dal docente; approfondimento di tecniche strumentali "state of art" per lo studio della Chimica Bioinorganica. Il materiale didattico delle lezioni (slide ed articoli scientifici discussi in classe) è disponibile alla pagina elearning del corso: https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=905 A questo indirizzo sono pubblicati anche: il programma ed i libri di testo consigliati, l'orario di ricevimento, l'orario di lezione, i link su piattaforma Meet per le lezioni.

Modalità di frequenza

La frequenza al corso è consigliata.

Modalità di valutazione

La prova finale consiste nella preparazione, presentazione ppt e discussione di una tesina su un argomento a scelta dello studente tratto dalla letteratura scientifica recente.