29907 - BIOCATALISI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce i meccanismi enzimatici, le tecniche di immobilizzazione e le loro applicazioni in reattori a membrana, e gli aspetti stereochimici della biocatalisi; sa inoltre applicare tali competenze alla soluzione di problemi biotecnologici e alla progettazione e sintesi stereoselettive di nuove molecole. In particolare, i) è in grado di scegliere i biocatalizzatori per le suddette sintesi sulla base di economicità, sostenibilità, turnover e convenienza globale del processo, ii) è in grado di individuare eventuali criticità del processo enzimatico e proporre soluzioni, iii) è in grado di valutare la convenienza nella sostituzione di metodi biocatalitici a tecnologie tradizionali sulla base dei principi di riqualificazione dei processi industriali. Tali competenze sono applicabili a settori differenti, che vanno dalla produzione su macroscala di prodotti da biomasse, alla produzione di energia, alla produzione di prodotti per l'industria farmaceutica, alimentare, tessile e infine alla progettazione di strumenti diagnostici.

Contenuti

1. Concetti di base in biocatalisi

   1.1 Risoluzione cinetica di miscele racemiche

   1.2 Risoluzione cinetica dinamica di miscele racemiche

   1.3 Desimmetrizzazione di composti meso

   1.4 Trasformazioni asimmetriche di substrati prochirali

2. Classificazione di enzimi

   2.1 Reattività enzimatica semplice: Idrolasi

   2.2 Enzimi che necessitano di cofattori: Transaminasi 

   2.3 Enzimi che seguono cinetiche particolari: Fosfatasi

   2.4 Reazioni enzimatiche accoppiate per la rigenerazione di cofattori: Ossidoreduttasi

3.  Immobilizzazione di enzimi

   3.1 Immobilizzazione su carrier

   3.2 Immobilizzazione per cross linking

   3.3 Immobilizzazione per entrapment

   3.4 Reattori a membrana e hollow fiber

4. Reaction design

   4.1Ottimizzazione del reattore

   4.2 Ottimizzazione dei parametri e delle condizioni di reazione

   4.3 Scale-up di processo

   4.4 Recupero dei prodotti

5. Processi biocatalici sostenibili

   5.1 Parametri della “green chemistry”

   5.2 Combinazione di reazioni chimiche ed enzimatiche in acqua

   5.3 Combinazione di reazioni chimiche ed enzimatiche in solventi alternativi

   5.4 Riduzione di reflui e recupero catalizzatori

6. Applicazioni biocatalitiche industriali e molecolari

   6.1 Trasformazione di biomasse

   6.2 Biocatalisi nella sintesi di farmaci

   6.3 Biocatalisi in scienza dei materiali

   6.4 Nanobiotecnologie: enzimi su acidi nucleici per sviluppo di biosensori 

Testi/Bibliografia

A. S. Bommarius, B. R. Riebel “Biocatalysis – Fundamentals and applications'” Wiley VCH editor.

K. Faber, “Biotransformations in Organic Chemistry” Springer editor.

R. Patel “Green Biocatalysis”, Wiley VCh Editor

J. A. Tao, R. Kazlauskas, “Biocatalysis For Green Chemistry And Chemical Process Development” John Wiley & Sons, Editor.

K. Drauz, H. Grger, O. May “Enzyme Catalysis in Organic Synthesis”, Wiley VCH editor.

Metodi didattici

Lezioni frontali con presentazioni PowerPoint (40 ore nel periodo ottobre-dicembre)

Per l'anno accademico 2021/2022, le lezioni si terranno secondo la modalità (in remoto/in presenza) imposta dalla situazione contingente dall'emergenza COVID-19.

Esercitazioni in laboratorio presso il Laboratori di Chimica organica del Dipartimento di Chimica “G.Ciamician” (5 pomeriggi nel mese di gennaio). Gli studenti eseguiranno esperimenti di biocatalisi, lavorando a gruppi di due. La frequenza al laboratorio verrà verificata tramite firma. 

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova d'Esame si svolge in modalità scritta. In particolare, allo Studente sono rivolte 25 domande a risposta multipla, ad ognuna delle quali è associato un valore di 1 punto, ed una domanda aperta a cui è associato il valore di 8 punti. L'esito della prova è valutato mediante la valutazione del livello di comprensione, di analisi critica e di approfondimento della materia che lo Studente è stato in grado di compiere.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni Power point delle lezioni resi disponibili tramite il portale Insegnamenti OnLine

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandra Tolomelli