COMPOSTI NATURALI PER L'INDUSTRIA FARMACEUTICA E AGROALIMENTARE

Lo studente deve acquisire le conoscenze essenziali sulla biosintesi, proprietà, rilevanza biologica e applicativa dei composti naturali bioattivi, inclusi alcuni esempi di sintesi industriali; dovrà anche acquisire conoscenze di base sulla interazione con recettori ed enzimi, sul metabolismo degli xenobiotici e sul ruolo dei nutraceutici nell’alimentazione. Alla fine del corso gli studenti dovranno acquisire capacità di ragionamento e autonomia di giudizio sugli specifici argomenti dell’insegnamento, ed essere in grado di discutere su ciascun argomento con metodo scientifico e linguaggio appropriato.

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:

Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.

Capacità di razionalizzare le correlazioni proprietà-struttura dei composti naturali e dei loro analoghi sintetici.

Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione delle proprietà dei composti naturali.

Capacità di interpretazione dei fenomeni descritti nel corso

Capacità di prevedere le proprietà di interesse farmaceutico, nutrizionale e agronomico dei composti naturali o di loro analoghi sintetici

Capacità di ragionamento critico.

Capacità di valutare la necessità d’uso di modelli adeguati per descrivere le proprietà dei composti naturali o loro analoghi sintetici.

Capacità di descrivere in modo pertinente le proprietà dei composti naturali o loro analoghi sintetici.

Capacità di descrivere in forma orale, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Lezioni orali, proiezione di diapositive in aula, discussione con gli studenti su specifici argomenti. Le varie metodologie o modalità di insegnamento concorrono all'ottimale perseguimento degli obiettivi formativi.

Conoscenze di base di biochimica. Buone conoscenze sulla struttura e reattività dei composti organici.

Obbligatoria almeno per il 75% delle lezioni.

Chimica dei composti naturali bioattivi (6 CFU)

Introduzione (Lez. 1)

Rilevanza applicativa ed economica dei composti naturali. Metaboliti primari e secondari. I ‘mattoni biosintetici’. La varietà strutturale e le parentele biosintetiche fra vari gruppi di composti naturali. Analoghi e derivati semisintetici dei composti naturali.

Chimica Medica e Drug Discovery (Lez. 2 – 4)

Composti guida, farmaci, medicine. Le origini della ‘Chimica Medica’. Drug discovery e Drug development. Metodi empirici e metodi razionali. Individuazione dei composti-guida. Cromatografia bioguidata. Farmacocinetica e farmacodinamica. Relazioni fra struttura e attività (SAR): oppioidi, paclitaxel. Lipofilicità e log P. Grafica Molecolare.

Recettori, agonisti e antagonisti (Lez. 5 – 8)

Enzimi e malattie. Inibitori enzimatici. Inibitori reversibili e irreversibili. Inibitori competitivi, non competitivi e acompetititvi. Esempi di inibitori reversibili: sulfamidici; ACE-inibitori; statine; inibitori della 5-a-reduttasi steroidica; inibitori della AchE; inibitori della peptidil transferasi ribosomiale. Esempi di inibitori irreversibili: antibiotici b-lattamici; inibitori delle COX.

Inibitori enzimatici (Lez. 9 – 12)

Enzimi e malattie. Inibitori enzimatici. Inibitori reversibili e irreversibili. Inibitori competitivi, non competitivi e acompetititvi. Esempi di inibitori reversibili: sulfamidici; ACE-inibitori; statine; inibitori della 5-a-reduttasi steroidica; inibitori della AchE; inibitori della peptidil transferasi ribosomiale. Esempi di inibitori irreversibili: antibiotici b-lattamici; inibitori delle COX. Agenti che interagiscono con il DNA: intercalanti e minor groove binders; inibitori delle topoisomerasi, inibitori delle DNA ed RNA polimerasi

Metabolismo degli Xenobiotici (Lez. 13 -14)

Xenobiotici. ADME. Enzimi di Fase I e di Fase II. Ossidazioni. Citocromo P450. Ossidrilazione di composti aromatici. Epossidazioni di alcheni. Ossidazione di carboni in a a carboni sp². Aromatizzazione ossidativa. Dealchilazione ossidativa. CYP450 e interazione fra farmaci. Enzimi di fase II. Coniugazione col glutatione. Glucuronidazione. Solfatazione. N-acetilazione. Esterificazione con lipidi. Metilazione. Esempi di metabolismo dei farmaci.

Chemoprevenzione del cancro (Lez. 15)

Danno ossidativo alle macromolecole biologiche. Antiossidanti. Agenti chemopreventivi. Anti-iniziatori. Anti-promotori. Antiproliferativi e induttori dell’apoptosi.

Via biogenetica dell’acetato (Lez. 16 - 21)

Biosintesi degli acidi grassi. Acidi insaturi. Prostaglandine, trombossani e leucotrieni.

Polichetidi aromatici. Biosintesi dei sistemi aromatici e accoppiamento radicalico. Principi attivi di Iperico e Senna. Aflatossine e contaminazione microbica degli alimenti. Acido micofenolico e immunosoppressori. Antibiotici macrolidici e amminoglicosidici. Antracicline. Micotossine.

Via biogenetica del mevalonato (Lez. 22 – 26)

Terpenoidi. Emiterpenoidi. Monoterpeni irregolari: piretrine e insetticidi derivati. Monoterpenoidi: costituenti di olii essenziali e fragranze; sintesi industriali del mentolo. Oleuropeina e idrossitirosolo. Canfora. Sesquiterpenoidi: artemisinina e antimalarici. Gossipolo. Diterpenoidi: vitamina A. Triterpenoidi; nortriterpenoidi. Carotenoidi: sintesi industriale del b-carotene. Steroidi: sintesi del progesterone e dei corticosteroidi. Cardenolidi e farmaci cardiotonici.

La via biogenetica dello shikimato e i polifenoli (27 – 33)

Biosintesi dell’acido shikimico e composti correlati. Acidi fenolici. Biosintesi dei fenilpropanoidi. Costituenti di olii essenziali dalle spezie. Polifenoli negli alimenti. Acido salicilico e aspirina. Oleocantale e proprietà antiinfiammatorie dell’olio d’oliva. Cumarine e dicumarolo.

Accoppiamento ossidativo nella biosintesi di lignani e neolignani. Podofillotossina; sintesi dell’etoposide. Biosintesi di stilbenoidi e flavonoidi. Resveratrolo: proprietà e presenza in alimenti e bevande. Sintesi di stilbenoidi. Flavonoidi; flavanoni (antiossidanti e amaricanti). Flavanoli del tè verde (catechine). Antocianine in cibi e bevande. Biosintesi degli isoflavonoidi. Isoflavonoidi (fitoestrogeni). Tannini idrolizzabili e condensati.

Alcaloidi (34 – 40)

Proprietà medicinali degli alcaloidi. Alcaloidi da acido nicotinico: nicotina, arecolina (stimolanti).

Reazioni di Mannich nella biosintesi di alcaloidi. Alcaloidi da ornitina-fenilalanina: ioscamina (atropina), cocaina e altri alcaloidi tropanici. Sintesi biomimetica della cocaina. A. derivanti da fenilalanina: efedrina e analoghi sintetici (amfetamine); catinone; euforizzanti psicotropi. Antimitotici: colchicina. Alcaloidi derivanti dal triptofano: serotonina e analoghi. Alcaloidi indolici-terpenoidici antitumorali. Alcaloidi derivanti da triptofano: a. pirroloindolici (fisostigmina). Alcaloidi dell’ergot; LSD. Alcaloidi chinolinici: chinina e analoghi (antimalarici). Camptotecina (antitumorali).

Alcaloidi derivanti da tirosina: fenetilammine, catecolammine, mescalina. Alcaloidi dell’oppio e analoghi sintetici. (Narcotici e analgesici). Sintesi del metadone. Alcaloidi da altre vie biosintetiche: taxolo e analoghi. A. purinici: bevande nervine. Antimetaboliti.

Altri composti naturali bioattivi e loro analoghi sintetici (41)

Farmaci antivirali. Ciclopeptidi. Composti solforati in fonti alimentari: aromi, agenti antitrombotici, agenti antitumorali. Glucosinolati. Composti alogenati.

Esercitazioni in laboratorio (Lez. 42 - 47)

Reazioni enzimatiche: Ottenimento del 3,5-diacetilresveratrolo a partire dal 3,5,4ˈ-triacetilresveratrolo in presenza di lipasi da Candida antarctica (CAL).

Attività ipoglicemizzante di polifenoli. Misura dell’attività di inibizione di enzimi. Inibizione dell’alfa-glucosidasi.

1. Paul M. Dewick, Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali, 2^a Ediz.,Piccin

2. Richard B. Silverman, The Organic Chemistry of Drug Discovery and Drug Action, 2^nd edition, Elsevier – Academic Press

3. Richard B. Silverman, Mark W. Holladay, Manuale di Chimica Farmaceutica, Edra SpA 2015

4. Diapositive del corso (vedi: materiale didattico)

I testi base consigliati includono gli argomenti descritti nel programma sopra riportato, facilmente accessibili a uno studente universitario di primo anno magistrale. In alcuni casi il docente ha ritenuto opportuno introdurre alcuni argomenti a completamento di quelli previsti nei testi consigliati, e per eliminare eventuali difficoltà cui dovesse andare incontro anche una minima percentuale degli studenti, il docente rende disponibile su STUDIUM copia delle slides delle lezioni, che di fatto costituiscono anche una guida alla consultazione dei testi.

Prova orale.

Non ci sono domande più frequenti di altre (se non per evento casuale) in quanto tutti i contenuti trattati a lezione sono considerati egualmente importanti per una adeguata preparazione e sono oggetto, a rotazione, di interrogazione all’esame. Gli argomenti trattati a lezione sono riportati nelle diapositive del corso (vedi: materiale didattico).