Codice insegnamento

4S003661

Docenti

Michael Assfalg, Francesca Munari

Coordinatore

Michael Assfalg

Crediti

6

Lingua di erogazione

Inglese

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA

Periodo

I semestre dal 2 ott 2023 al 26 gen 2024.

Corsi Singoli

Autorizzato

Orario Lezioni Moodle Seminari 0

Obiettivi di apprendimento

Il corso si occupa dei fondamenti della chimica supramolecolare, il dominio della chimica al di là delle molecole, in contesti biologici. La disciplina si concentra sui sistemi chimici costituiti da un numero discreto di subunità o componenti molecolari assemblate. Concetti importanti che sono stati dimostrati dalla chimica supramolecolare includono l'autoassemblaggio molecolare, il ripiegamento biomolecolare, il riconoscimento molecolare, la chimica recettore-ospite, e le architetture molecolari. Gli studenti sviluppano una comprensione delle forze motrici delle associazioni supramolecolari e di come sfruttarle per applicazioni nel campo delle biotecnologie e della biomedicina.

Prerequisiti e nozioni di base

Non vi sono prerequisiti specifici differenti da quelli richiesti per l’accesso al corso di laurea.

Programma

INTERAZIONI SUPRAMOLECOLARI FONDAMENTALI. Forza del legame. Legame ionico. Ione-dipolo. Dipolo-dipolo. Van der Waals. Polarizzazione e forze di London. Legame a idrogeno. Interazioni pi-greco. Effetto idrofobico. Legame alogeno. Legame di coordinazione. Legame covalente reversibile.
PRINCIPI DI CHIMICA RECETTORE-OSPITE. Dal legame al riconoscimento. Preorganizzazione. Compensazione entropia-entalpia. Complementarietà. Modello chiave-lucchetto. Adattabilità indotta. Selezione conformazionale. Allosteria. Effetto chelato. Effetto macrociclico. Selettività della forma. Effetto criptato.
RICONOSCIMENTO CATIONICO. I cationi in biologia. Leganti a catena aperti. Eteri corona. Podands. Criptands. Spherands. Corands. Calixareni. Siderofori.
RICONOSCIMENTO ANIONICO. Caratteristiche anioniche dell'ospite. Forze di legame. Recettori biologici. Forchetta di arginina. Nidi peptidici. Legame CH-alogenuro. Selettività della forma. Recettori a base di guanidinio, amidici. Recettori neutri. Recettori acidi di Lewis. Legame alogeno.
RICONOSCIMENTO MOLECOLE NEUTRE. Cavitandi. Calixareni. Carcerand. Cucurbiturili. Ciclodestrine.
AUTOASSEMBLAGGIO. Concetti. Classificazione. Ripiegamento proteico e foldameri. Autoassemblaggio biochimico: virus elicoidali, DNA. Autoassemblaggio sintetico: metal-templating; strutture ad H; G-quartets; contenitori molecolari; sistemi covalenti dinamici.
SUPERSTRUTTURE PROTEINA-LIGANDO. Energia del legame. Legame ai carboidrati. Proteine che legano i lipidi. Cooperazione e preorganizzazione.
SUPERSTRUTTURE PROTEINA-PROTEINA/DNA. Strutture quaternarie. Complessi non obbligatori. Dimensioni, topologia, composizione delle interfacce. Il modello core-rim. Omodimeri. Simmetria. Interfacce di impaccamento in cristallo. Dinamica. Hot spots. Riconoscimento dell'acido proteico-nucleico.
CHIMICA BIOLOGICA SUPRAMOLECOLARE. Riconoscimento biomolecolare da parte di recettori sintetici. Modulatori delle interazioni proteina-proteina. Peptidi conformazionalmente vincolati. Stabilizzazione delle interazioni proteina-proteina.
TERAPIE SUPRAMOLECOLARI. Progettazione razionale di farmaci inibitori enzimatici. Inibitori delle interazioni proteina-proteina. Antibiotici supramolecolari. Inibitori della formazione di fibrille. Materiali medicinali su nanoscala.
METODI ANALITICI - FLUORIMETRIA. Basi fisiche della fluorescenza. Durata e resa quantica. Fluorofori intrinseci ed estrinseci. Effetti ambientali. Anisotropia di fluorescenza. FRET. Applicazione ai sistemi supramolecolari.
METODI ANALITICI - CALORIMETRIA. Calore ed energia. Calorimetria isotermica di titolazione. Formazione di complessi biomolecolari, interazioni proteina-membrana, formazione di vescicole, formazione di fibrille. Calorimetria differenziale a scansione. Stabilità e denaturazione delle macromolecole. Transizioni di fase lipidica.
SPETTROSCOPIA NMR. Base fisica. Osservabili NMR. L'esperimento 1D NMR. Esperimenti 2D. HSQC e interazioni. Mappatura degli spostamenti chimici.
ASSEMBLATI LIPIDICI. Caratteristiche fosfolipidiche. Biomembrane. Vescicole lipidiche: metodi di preparazione, composizione chimica controllata, proprietà chimico-fisiche. Vescicole e protocellule di acidi grassi. Compartimentazione.
INTERAZIONI PROTEINE-NANOPARTICELLE. Riconoscimento molecolare con materiali nanostrutturati. Corona proteica.
NANOPARTICELLE SUPRAMOLECOLARI. Nanoparticelle supramolecolari host-guest based: nanocarriers drug/gene delivery, micelle, vescicole. Capsule stabilizzate con nanoparticelle. Liposomi.

Bibliografia

Modalità didattiche

I docenti utilizzeranno lezioni frontali.
In casi particolari, previsti dalle linee guida di Ateneo, e su richiesta dei singoli studenti, potranno essere messe a disposizione lezioni registrate.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Attraverso un esame scritto viene verificato che lo studente abbia appreso le basi chimiche delle interazioni supramolecolari, ovvero i principi che guidano i meccanismi di riconoscimento molecolare. Lo studente dovrà inoltre mostrare di essere in grado di saper discutere in maniera approfondita i sistemi biologici supramolecolari principali, tra cui in particolare i complessi biomolecolari, le superstrutture, gli aggregati, ed i sistemi vescicolari. Sarà richiesta la conoscenza di esempi di applicazioni della chimica supramolecolare in ambito biomedico.
La modalità d’esame non è differenziata fra frequentanti e non frequentanti e/o per studenti Erasmus e il corso non prevede prove intermedie.

Criteri di valutazione

Capacità di organizzare la conoscenza
Capacità di ragionamento critico sui temi proposti
Qualità dell’esposizione

Criteri di composizione del voto finale

La valutazione dell'esame corrisponde al voto finale.

Lingua dell'esame

English

Sustainable Development Goals - SDGs

Questa iniziativa contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.
Maggiori informazioni su www.univr.it/sostenibilita