Programma del Corso di Biochimica II

CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN CHIMICA Programma del Corso di Biochimica II Anno acc.: 2015-­‐‑2016 Prof.ssa Ingeborg Grgurina PROGRAMMA Acidi nucleici. Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Struttura del DNA. DNA come vettore dell’informazione genetica. Replicazione del DNA e le funzioni delle DNA-­‐‑polimerasi. Mutazioni. RNA polimerasi e trascrizione. Sintesi proteica. Struttura, assemblaggio e funzioni del ribosoma, complesso supramolecolare coinvolto nella sintesi proteica. Decifrazione del codice genetico. Ruolo dei fattori proteici nella formazione del complesso d’inizio, nell’allungamento e nel rilascio della catena polipeptidica. Amminoacil t-­‐‑RNA sintetasi. Inibizione della sintesi proteica da parte degli antibiotici. Elaborazione post-­‐‑traduzionale delle proteine. Ripiegamento delle catene polipeptidiche. Chaperoni molecolari. Modifiche post-­‐‑traduzionali covalenti delle catene polipeptidiche. Trasporto delle proteine alle loro destinazioni finali. Biosintesi dell’insulina e del collageno. Proteine terapeutiche. Produzione dell’insulina e dei suoi analoghi. Produzione dell’eritropoietina e dei suoi analoghi. Aggregazione delle proteine associata ad alcune patologie. Esempi scelti includono malattie prioniche: caratteristiche strutturali delle proteine prioniche normali e patologiche. Impiego di “Protein Misfolding Cyclic Amplification” (PMCA) nella ricerca e nella diagnostica. Meccanismi molecolari alla base del morbo di Alzheimer (cenni). Ruolo dello stress ossidativo e del colesterolo nella formazione delle fibrille di peptidi β-­‐‑amiloidi. Ricambio delle proteine cellulari. Degradazione delle proteine mediata dal sistema ubiquitina-­‐‑
proteasoma. Scoperta e caratterizzazione degli enzimi coinvolti nella coniugazione dell’ubiquitina con proteine bersaglio. Struttura e funzione del proteasoma. Proteasoma come bersaglio di farmaci antineoplastici. Biochimica del metabolismo secondario. Importanza dei metaboliti secondari per le applicazioni farmaceutiche. Approcci concettuali e metodologici allo studio del metabolismo secondario microbico. Identificazione dei precursori biosintetici, studio dell’enzimologia e delle basi genetiche di una via biosintetica. Biosintesi dei polichetidi. Studi strutturali e funzionali dei moduli e domini degli enzimi multimodulari e multifunzionali, polichetide-­‐‑sintasi. Cluster genico e meccanismo di formazione dell’eritromicina. Produzione degli analoghi strutturali dei polichetidi naturali mediante modificazioni mirate delle polichetide-­‐‑sintasi. Sintesi peptidica nonribosomiale. Organizzazione strutturale delle sintetasi peptidiche in domini, moduli e subunità. Funzioni catalitiche dei singoli domini. Dimostrazione del “Multiple Carrier Model”. Modificazioni conformazionali dei domini di tiolazione. Basi strutturali della specificità di substrato dei domini di adenilazione: codice nonribosomiale. Domini tioesterasici: strategie di macrociclizzazione nella biosintesi di peptidi ciclici naturali e applicazioni alla ciclizzazione dei peptidi sintetici. Riconoscimento molecolare nell’interazione tra domini e subunità delle sintetasi peptidiche. Sintesi enzimatica dell’aspartame mediante l’impiego delle sintetasi peptidiche ricombinanti. Biosintesi combinatoriale nella produzione di nuovi peptidi bioattivi. Biotrasformazioni. Impiego di cellule intere, lisati cellulari ed enzimi purificati nelle biotrasformazioni. Immobilizzazione dei biocatalizzatori e caratterizzazione del biocatalizzatore immobilizzato. Esempi di applicazioni industriali delle biotrasformazioni. Impiego degli enzimi nella sintesi organica. Reattività degli enzimi in solventi organici. Specificità di substrato, chemioselettività, regioselettività, stereoselettività e selettività prochirale degli enzimi. Modulazione della selettività enzimatica in funzione della natura del solvente organico. Esempi di applicazioni nelle biotecnologie e in sintesi organica di: lipasi, esterasi, proteasi, amminoacido acilasi, idantoinasi, penicillina acilasi, enzimi piridossal fosfato-­‐‑dipendenti, glicosidasi, glicosiltransferasi, aldolasi e ossidoriduttasi. Rigenerazione dei cofattori delle glicosiltransferasi e delle deidrogenasi. Produzione di nuovi biocatalizzatori mediante ingegneria proteica: disegno razionale delle mutazioni sito-­‐‑dirette ed evoluzione diretta. Citocromo P450: strutture e molteplicità delle attività catalitiche. Ruolo nella detossificazione e nelle trasformazioni biosintetiche dei composti steroidei. Metodologie biochimiche. Tecniche per la purificazione delle proteine. Impiego degli isotopi radioattivi e stabili nella ricerca biochimica. Anticorpi policlonali e monoclonali. Tecniche immunochimiche: Western blot, ELISA (esempi: identificazione e dosaggio della microcistina e ciguatossina, metaboliti secondari tossici che possono essere presenti nell’ambiente e negli alimenti). Rilevanza della tecnologia del DNA ricombinante ed ingegneria proteica per la ricerca biochimica e per le applicazioni biotecnologiche. Voet, Voet, Pratt, “Fondamenti di Biochimica”; Berg, Tymoczko, Stryer, “Biochimica”; C. Walsh “Antibiotics: actions, origin, resistance”, ASM (2003); “Enzyme Catalysis in Organic Synthesis VCH (1995); “Asymmetric Organic Synthesis with Enzymes” VCH (2008); Rassegne ed articoli forniti dal docente.