08970 - CHIMICA FISICA BIOLOGICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente apprenderà i temi principali della chimica fisica biologica imparando ad applicare le conoscenze di chimica fisica alla misura e alla determinazione delle proprietà dei biopolimeri. Inizialmente gli studenti verranno introdotti alla lettura dei vari livelli della struttura dei biopolimeri, usando specificamente il linguaggio quantitativo della chimica fisica, e discutendo nel dettaglio gli aspetti di simmetria osservati nelle strutture. Quindi verranno analizzate le forze e le interazioni esistenti nella specifica struttura enfatizzando gli aspetti della stabilità anche in funzione del solvente. Quindi lo studente potrà applicare i concetti della termodinamica appresi nel corso di chimica fisica alla misura delle proprietà e funzionalità dei biopolimeri. In particolare verrà trattata in modo approfondito la funzionalità dipendente dalle interazioni di proteine e acidi nucleici con leganti, anche specificandone il grado di cooperatività. Anche le transizioni strutturali più studiate verranno trattate applicando il modello zipper derivato dalla termodinamica statistica. Alcune tecniche sperimentali di separazione e/o caratterizzazione dei biopolimeri, quali la sedimentazione e l'elettroforesi verranno illustrate, specificandone gli scopi e le modalità di applicazione. Si illustrerà il campo di applicazione di alcune tecniche spettroscopiche per la caratterizzazione strutturale dei biopolimeri.

Contenuti

1. Macromolecole biologiche: macromolecole, configurazione e conformazione; interazioni molecolari nelle strutture polimeriche; simmetria e aspetti quantitativi della struttura della proteine, degli acidi nucleici e dei polisaccaridi. Interazioni stabilizzanti nei biopolimeri.
2. Applicazioni biochimiche della termodinamica. Trasferimento di elettroni e reazioni biologiche di ossido-riduzione.
3. Macromolecole in soluzione, termodinamica e equilibrio: il potenziale chimico per soluzioni non ideali; applicazione del potenziale chimico agli equilibri di fase; equilibrio di membrana; equilibrio di sedimentazione; equilibrio di sedimentazione in gradiente di densità; elettroforesi in stato stazionario.
4. Termodinamica dei processi di trasporto: diffusione; trasporto attraverso le membrane, passivo, facilitato, attivo; trasporto di ioni e potenziale di membrana, equazione di Goldman; sedimentazione.
5. Equilibrio chimico che coinvolge biopolimeri: coordinazioni specifiche e aspecifiche di piccoli leganti a proteine o acidi nucleici; grado di cooperatività; equilibri multipli.
6.  Metodi per la separazione e caratterizzazione dei biopolimeri: sedimentazione a strato limite mobile e zonale; elettroforesi e focusing isoelettrico; elettroforesi su gel di acidi nucleici, SDS GE di proteine, elettroforesi capillare, tecniche bidimensionali miste.
7. Modelli della  termodinamica statistica applicati alle transizioni strutturali nei biopolimeri: transizioni gomitolo-elica nei polipeptidi; transizioni strutturali in polinucleotidi e nel DNA.
8. Spettroscopia elettronica di assorbimento applicata all'analisi strutturale di proteine e acidi nucleici; principio di Franck- Condon; polarizzazione delle transizioni elettroniche; effetto eccitonico; effetto solvente.

Testi/Bibliografia

1. K. E. van Holde, W. C. Johnson, P. S. Ho, Principles of Physical Biochemistry , Prentice-Hall, 1998.
2. C. Cantor and P. Schimmel Biophysical Chemistry , Freeman and Company, 1980.

 

Metodi didattici

Il programma del corso verrà esposto dal docente in una serie di lezioni in aula, durante le quali ci si soffermerà, accanto a una parte descrittiva, sugli aspetti quantitativi della materia. Le equazioni utili nella determinazione di grandezze di interesse chimico fisico biologico verranno ricavate e ne verrà specificato il campo di applicazione. Saranno risolti vari esercizi numerici per mostrare le modalità di impiego delle equazioni illustrate. Verranno mostrati i risultati del lavoro sperimentale di ricercatori in questo settore, avendo cura di indicare la fonte bibliografica e gli autori.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame è orale e prevede l'esposizione da parte dello studente di alcune parti del programma del corso svolto a lezione, a scelta del docente. L'esame può prevedere anche la soluzione di esercizi attinenti alla chimica fisica biologica.La prova è superata se lo studente consegue il voto di 18/30, essendo 30/30 il voto massimo.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna luminosa

Link ad altre eventuali informazioni

http://www2.fci.unibo.it/~etabeta/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisabetta Canè