CHIMICA BIOORGANICA CON ELEMENTI DI PROTEOMICA
Anno accademico 2021/2022 - 2° anno - Curriculum Chimica Organica e BioorganicaCrediti: 6
SSD: CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 108 di studio individuale, 42 di lezione frontale
Semestre: 1°
Obiettivi formativi
Il Corso si prefigge di completare le conoscenze di Chimica Organica per una migliore conoscenza della Chimica dei processi biologici. In particolare, agli studenti che abbiano già acquisito le conoscenze di base di chimica organica, il corso ha lo scopo di fornire gli strumenti fondamentali per studiare, attraverso un approccio chimico, alcune delle reazioni che avvengono nei sistemi viventi, e comprendere che esse seguono le stesse regole di reattività e decorrono con gli stessi meccanismi delle reazioni che avvengono in laboratorio.
Il corso intende inoltre fornire agli studenti, che abbiano già acquisito le conoscenze di cromatografia e di spettrometria di massa, le basi per affrontare la caratterizzazione di complesse miscele proteiche mediante l’utilizzo combinato di metodi proteomici quali, tecniche di separazione elettroforetica e cromatografica, reazioni di digestione in-gel, analisi mediante spettrometria di massa e strumenti bioinformatici.
In riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, i risultati di apprendimento del corso sono:
D1 - Conoscenza e capacità di comprensione - Lo studente dovrà mostrare padronanza delle conoscenze di base relative alla chimica organica correlandole con le principali reazioni trattate durante il corso e che avvengono nei sistemi viventi.
D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Lo studente dovrà essere capace di applicare in modo appropriato e flessibile le conoscenze acquisite al fine di elaborare, adottando la simbologia chimica, le reazioni di sintesi trattate durante il corso di molecole organiche coinvolte nei sistemi viventi.
D3 - Autonomia di giudizio - Lo studente dovrà dimostrare capacità di ragionamento critico e, attraverso le conoscenze acquisite durante il corso, dovrà in modo schematico ed appropriato individuare le soluzioni più adeguate per la caratterizzazione di sistemi proteici complessi.
D4 - Abilità comunicative- Lo studente dovrà essere in grado di comunicare chiaramente e con un linguaggio chimico adeguato e rigoroso le nozioni acquisite durante il corso.
D5 - Capacità di apprendimento- Lo studente dovrà dimostrare di aver sviluppato buone capacità di apprendimento ed approfondimento dei temi del corso per affrontare agevolmente i successivi percorsi di studio.
Queste abilità, per quanto possibile, verranno stimolate dal docente proponendo approfondimenti e svolgendo esercizi in aula durante il corso.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali in aula ed Esercitazioni guidate in laboratorio. In particolare, l'insegnamento consiste di 42 ore di lezioni frontali in aula (6 CFU), per le quali il docente si avvale di slides che saranno rese disponibili agli studenti tramite la piattaforma STUDIUM.
Due lezioni (corrispondenti a 4 ore totali) infine saranno dedicate ad esercitazioni guidate in laboratorio sull'utilizzo di uno spettrometro di massa e dei software bio-informatici per la caratterizzazione di miscele proteiche e peptidiche.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Orario di Ricevimento: Lunedì dalle 09:00 alle 11:00 ; Venerdì dalle 09:00 alle 11:00. A causa della possibile sovrapposizione con impegni istituzionali e non, si consiglia sempre di inviare una mail di preavviso.
Prerequisiti richiesti
Conoscenze di base di chimica organica (indispensabili)
Conoscenza dei concetti di base della cromatografia liquida (indispensabili)
Conoscenza dei concetti di base della spettrometria di massa (indispensabili)
Frequenza lezioni
La frequenza al corso è obbligatoria, dovendo lo studente frequentare almeno il 70% del monte ore del corso
Contenuti del corso
I Parte
Richiami sui principali gruppi funzionali e sulle reazioni organiche più comuni nel mondo biologico.
Il gruppo fosfato e le reazioni di trasferimento dei gruppi fosfato negli esseri viventi. L'adenosina trifosfato (ATP). Fosforilazione dei gruppi alcolici. Enzimi chinasi. Reazioni enzimatiche di fosforilazione e di defosforilazione.
Reazione di addizione al carbonile nel mondo biologico. Semiacetali e acetali. Formazione dei legami glicosidici nei carboidrati. Legami N-glicosidici. Le glicosiltransferasi. Idrolisi dei legami glicosidici.
Reazione di sostituzione nucleofila acilica nel mondo biologico. Esteri e tioesteri. L’acetil-coenzima A. Esterificazione, tioesterificazione e transesterificazione. Formazione di ammidi e biosintesi della glutammina e dell’asparagina.
Le reazioni di idrolisi di esteri, tioesteri e ammidi negli esseri viventi. Proteasi e idrolisi del legame peptidico. Le proteasi a serina: chimotripsina e tripsina.
Le reazioni redox nel mondo biologico: NAD(P)+ e NADH(P); FAD e FADH2
II Parte
La Spettrometria di massa applicata allo studio di peptidi e proteine. La Spettrometria di massa tandem (MS/MS) per la caratterizzazione della sequenza di un peptide.
Come studiare le proteine mediante la spettrometria di massa. Caratterizzazione della sequenza amminoacidica di una proteina mediante spettrometria di massa; dalle singole proteine ai sistemi proteici complessi: l’era della proteomica;
Caratterizzazione di sistemi proteici complessi. Identificazione delle proteine mediante approcci top-down e bottom-up; approcci gel-based e approcci gel-free. Interpretazione dei dati MS/MS: il de novo Sequencing; identificazione proteica per omologia mediante BLAST. Ricerca nei database proteici mediante dati di spettrometria di massa: software Mascot e software PEAKS. Proteomica Quantitativa: approcci SILAC, ICAT e iTRAQ e approcci label-free. Esempi e applicazioni pratiche.
Cenni di Bioinformatica. Le banche dati biologiche; struttura delle banche dati; metodi di allineamento di sequenze biologiche; le Dot Matrix e le Matrici di Sostituzione; ricerca di similarità in banche dati mediante algoritmi euristici: FASTA e BLAST; allineamento multiplo di sequenze: Il software ClustalW.
Testi di riferimento
Chimica e Propedeutica Biochimica – Bettelheim; Brown etc. – EDISES
Chimica Organica – W.H. Brown; C.S. Foote; EDISES
Computational Methods for Mass Spectrometry Proteomics – I. Eidhammer; K. Flikka; L. Martens; S.O. Mikalsen; WILEY
Proteomics in Practice: A Laboratory Manual of Proteome Analysis – R. Westermeier; T. Naven; WILEY
Appunti, dispense e slides di lezione reperibili tramite il portale STUDIUM di UNICT.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Tutti gli argomenti del corso sono ritenuti essenziali per il superamento dell’esame | Tutti i testi riportati |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
La prova orale è mirata alla verifica delle conoscenze e abilità acquisite da parte dello studente, alle sue capacità di collegare i vari argomenti trattati con le problematiche attuali e alle sue capacità di utilizzare un linguaggio appropriato nell’esporre gli argomenti proposti.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
DATE DEGLI APPELLI
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Reperibili tramite la piattaforma STUDIUM di UNICT