Catalogo dei Corsi di studio

Obiettivi in fase di definizione.

Programma

Da un punto di vista temporale, il programma può essere suddiviso in due fasi: la prima di queste comprende gli argomenti elencati nelle sezioni da A a B, e si svolge nel primo mese di lezione; la seconda è incentrata sugli argomenti elencati nelle sezioni da C a D, fino alla fine di tutte le lezioni.
A - Introduzione:
Forme di metabolismo messe in atto negli organismi viventi - distinzione tra metabolismo primario e secondario; argomenti di studio della Biochimica e della Chimica delle Sostanze Organiche Naturali; via del carbonio; mattoni biosintetici: frammenti C1, C2, C5, C6C3 (C6C2, C6C1), C6C2N, C4N, C5N; origine dei mattoni biosintetici.
B - Tipici meccanismi di costruzione implicati nelle vie metaboliche e analogie riscontrate rispetto alla chimica organica di laboratorio. Reazioni: 1) di alchilazione; 2) di trasposizione; 3) tipo aldolica e Claisen; 4) retro-aldoliche e retro-Claisen; 5) di carbossilazione; 6) di decarbossilazione; 7) di transaminazione; 8) di ossidoriduzione enzimatiche (ossidazioni tramite deidrogenasi, ossidasi, mono-ossigenasi, diossigenasi, ammino-ossidasi); 9) di ossidazione tipo Bayer-Villiger; 10) di accoppiamento ossidativo di fenoli; 11) di glicosilazione.
C - Classi di sostanze naturali (metraboliti secondari) e loro biosintesi.
C1 - Via dell’acetato.
Biosintesi di acidi grassi: saturi (meccanismo d’azione dell’enzima acido grasso sintetasi e classi di composto nelle quali questi sono incorporati); insaturi, con doppi legami (in posizione 2,3 e configurazione trans; in posizione 3,4 e configurazione cis; insaturazioni introdotte da desaturasi: formazione di acido oleico, linoleico, gamma- e alfa-linolenico, acido arachidonico, acido eicosapentaenoico, acido docosapentaenoico, acido docosaesanoico, acido ricinoleico, acido vernolico); insaturi, con tripli legami (acidi grassi acetilenici, p.e. acido deidromatricaria); a catena ramificata.
Biosintesi di: prostaglandine PGGx, PGHx, PGEx, PGDx, PGFx, PGAx, PGBx, PGCx, PGI2/3, x=serie 1, 2 e 3; trombossani TXAx, TXBx, x=serie 1, 2 e 3; leucotrieni LTA4, LTB4, LTC4, LTD4, LTE4.
Meccanismo d’azione iterativo e non iterativo dell’enzima polichetide sintetasi.
Biosintesi di polichetidi aromatici: acido orsellinico; floracetofenone; alternariolo; acido 6-metilsalicilico; acido lecanorico; antrachinoni; sennosidi; antroni; ipericina; patulina; stilbeni; calconi; flavonoidi; catechine; antocianidine; cannabinoidi; aflatossine; tetracicline; antracicline; uruscioli; alcaliodi chinolinici (4-idrossi-2-chinolone) e acridinici (1,3-diidrossi-N-metilacridone).
Biosintesi di polichetidi macrolidici: eritromicine; spiramicine; macrolidi polienici (amfotericine); macrolidi ansa (ansamicine); polichetidi lineari; polieteri; statine.
C2 - Via dello shikimato.
Biosintesi di acido shikimico, corismico e prefenico.
Biosintesi di acidi benzoici a partire da acido 3-deidroshikimico: acido gallico (gallotannini); acido protocatechico; acido salicilico; acido 4-idrossibenzoico.
Biosintesi degli amminoacidi L-triptofano, L-fenilalanina, L-tirosina.
Biosintesi di catecolammine; melanine; acidi cinnamici; lignani, neolignani e lignina; flavonoidi, isoflavonoidi e stilbeni (naringenina, cianidina, afzalechina, epicatechina e tannini, genisteina, cumestrolo, resveratrolo); fenilpropanoidi (cinnamaldeide, anetolo, eugenolo, miristicina); acidi benzoici; cumarine (cumarina, umbeliferone, scopolina, dicumarolo, psoraleni).
C3 - Via del mevalonato.
Biosintesi di acido mevalonico, isopentenil pirofosfato e dimetilallil pirofosfato.
Generazione di: emiterpeni (isoprene e 2-metil-3-buten-2-olo); monoterpeni lineari (geranil, linalil e neril pirofosfato e loro diretti derivati) e ciclici (alfa-terpineolo, limonene, cineolo, car-3-ene, alfa- e beta-pinene, fencolo, fencone, borneolo, canfora e canfene); iridoidi (nepetalattone, valtrato); sesquiterpeni (farnesil pirofosfato e suoi derivati generati per ciclizzazione dei cationi di configurazione (E,E) e (E,Z) formati per perdita dell’anione pirofosfato); diterpeni (geranilgeranil pirofosfato e suoi derivati , formati per sua ciclizzazione gestita dall’enzima: tassolo, forbolo, steviosidi, acido abietico, gibberelline); sesterterpeni (geranilfarnesil pirofosfato e i suoi derivati ofiobolina A e scalarina); triterpeni (squalene, i suoi derivati lanosterolo e cicloartenolo generati dal catione protosterile, e gli ulteriori derivati lupeolo, eufolo e alfa e beta amirina, generati dal catione dammerenile; strutture stereoidee generate per progressiva modificazione della molecola di lanosterolo, saponine stereoidee, glicosidi cardioattivi, fitosteroli, stanolesteri, ecdisoni, acidi biliari, corticosteroidi, estrogeni, androgeni); tetraterpeni (Z-fitene, licopene, carotenoidi).
D - Alcaloidi.
Classificazione, basata su: a) famiglia di appartenenza della pianta da cui sono estratti; b) amminoacido di provenienza; c) tipo di struttura eterociclica presente nella molecola.
Approfondimenti riguardanti alcuni esempi di rilievo. Biosintesi di: nicotina; piperina; atropina e cocaina; efedrina e mescalina; papaverina e morfina; stricnina, caffeina e teobromina.

Testi adottati

Dewick, P. M.: Chimica, biosintesi e bioattività delle sostanze naturali, Piccin Nuova Libraria SpA, Padova, 2012. ISBN: 882992234X.
in alternativa,
Hanson, J. R.: Natural products, the secondary metabolites, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2003. ISBN 0-85404-490-6.

Prerequisiti

Come prerequisito, lo studente deve possedere nozioni e competenze acquisite con la frequentazione del corso di Chimica Organica, ed in particolare, un'adeguata conoscenza: a) delle specifiche proprietà reattive possedute dalle varie tipologie di sostanze organiche, ad esse conferite dalla presenza di particolari gruppi funzionali nella relativa struttura; b) dei meccanismi implicati dalle principali tipologie di reazioni polari e radicaliche.

Modalità di svolgimento

Le lezioni vengono svolte associando sempre ai contenuti di carattere teorico il ricorso alla scrittura sulla lavagna dei meccanismi che risultano coinvolti nel processo di biosintesi analizzato. Per tale motivo, la prima parte del corso prevede una sistematica analisi meccanicistica di quelle reazioni governate da enzimi che, di volta in volta connesse una con l'altra in diversa successione, saranno in grado di giustificare la loro appartenenza alla particolare via biosintetica nella quale vengono riportate. Una ulteriore razionalizzazione degli argomenti affrontati nel corso delle lezioni è poi ottenuta associando la biosintesi di ogni particolare classe di sostanze naturali analizzata ad una delle tre ben note vie biosintetiche dell'acetato, dello shickimato e del mevalonato. Come stimolo per favorire una partecipazione attiva alla lezione, gli studenti vengono frequentemente invitati a proporre il singolo passaggio biosintetico, comprensivo del relativo meccanismo, che possa correttamente interpretare un particolare step reattivo volutamente proposto come mancante dal docente.

Modalità di frequenza

Frequenza obbligatoria

Modalità di valutazione

La valutazione del grado di preparazione dello studente è effettuata richiedendo la discussione alla lavagna dei passaggi biosintetici che governano la formazione di una sostanza naturale sorteggiata tra quelle discusse nel corso delle lezioni.
Il sorteggio è effettuato quattro giorni prima della data prevista per l'esame. Nel corso della presentazione lo studente sarà anche invitato a spiegare le caratteristiche meccanicistiche con cui si compiono alcuni dei passaggi esposti, e altre domande di approfondimento che siano razionalmente collegate alla biosintesi oggetto dell'esame.

Data inizio prenotazione	Data fine prenotazione	Data appello
15/01/2023	22/01/2023	24/01/2023
10/02/2023	19/02/2023	21/02/2023
05/03/2023	14/03/2023	16/03/2023
29/03/2023	04/04/2023	06/04/2023
01/05/2023	09/05/2023	11/05/2023
05/06/2023	13/06/2023	15/06/2023
05/07/2023	11/07/2023	13/07/2023
10/09/2023	19/09/2023	21/09/2023
05/11/2023	14/11/2023	15/11/2023