C9521 - METABOLITI SECONDARI: STRATEGIE BIOSINTETICHE

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente acquisisce conoscenze approfondite sui meccanismi di biosintesi dei metaboliti secondari, integrate dalla conoscenza dei processi fermentativi e dei complessi enzimatici responsabili della produzione di metaboliti secondari bioattivi. Al termine del corso lo studente possiede approfondite conoscenze chimiche delle varie classi di metaboliti secondari, con particolare riferimento ai composti di origine vegetale. Lo studente acquisisce inoltre le nozioni sulla biosintesi dei principali metaboliti secondari, utili per poter riconoscere la/e vie biosintetiche coinvolte nell’ottenimento dei principali metaboliti secondari. Lo studente è in grado di riconoscere gli elementi costitutivi (building blocks) che rappresentano i costituenti delle strutture dei metaboliti secondari. Lo studente acquisisce, in seguito ad esercitazioni di laboratorio, conoscenze sui metodi di estrazione da matrici complesse e sui metodi di caratterizzazione dei metaboliti, oltre a progettare alcuni semplici passaggi di sintesi a partire da building block.

Contenuti

Distinzione tra metaboliti primari e secondari

Definizione caratteristiche e funzioni dei metaboliti secondari:

Definizione dei principali buiding blocks utilizzati nella biosintesi dei prodotti naturali secondari

Individuazione dei principali mattoni biosintetici: in particolare C1, C2, C5, C6C3, C6C2N, C4N, C5N, Indolo C2N

Descrizione delle reazioni attraverso cui gli elementi costitutivi si assemblano in natura, suddivisi in base al meccanismo chimico, includendo reazioni di alchilazione, riarrangiamenti di Wagner-Meerwein, condensazione aldolica, condensazione di Claisen, condensazione di Dieckmann, condensazione di Claisen incrociata, Idrolisi e decarbossilazione di beta-cheto esteri, formazione di basi di Schiff e reazioni di Mannich, transaminazioni, decarbossilazioni, reazioni di ossidazione e riduzione, accoppiamento ossidativo fenolico e glicosilazioni

Descrizioni delle principali reazioni enzimatiche coinvolte nel metabolismo secondario

Descrizione dettagliate di:

Via del mevalonato: caratteristiche, terpeni lineari e terpeni ciclici, terpenoidi e steroidi, glicosidi cardioattivi, fitosteroli, ormoni. Biosintesi a partire da DMAPP e IPP dei principali composti

Via dell'acetato: biosintesi di acidi grassi saturi e insaturi, trigliceridi, fosfolipidi, poli-acetileni, prostaglandine, trombossani, leucotrieni, polichetidi aromatici, derivati fenolici, naftalenici e antrachinonici, antroni diantroni e sennosidi, aflatossine e cannabinoidi, antibiotici macrolidici, tetracicline.

Via dello shikimato: acido shikimico e suoi derivati, metaboliti a partire dall'acido corismico, dell'acido antralico, fenilalanina, tirosina, triptofano, acidi cinnamici, lignani e lignina, fenilpropani, cumarine, furanocumarine, 

flavonoidi, calconi e stilbeni, cloramfenicolo.

Alcaloidi: note generali. Alcaloidi dall'ornitina, dalla lisina, dall'acido nicotinico, dalla tirosina, dal triptofano, dall'acido antralico, dall'istidina.

Descrizione di consolidati processi semisintetici per ottenimento di metaboliti bioattiv di interesse per industria farmaceutica, alimentare e cosmetica.

Esercitazioni di laboratorio sulle tecniche estrattive da matrici complesse, caratterizzazione mediante tecniche strumentali di base. Semplici passaggi sintetici per migliorare caratteristiche chimiche dei metaboliti secondari.

Formazione salute e sicurezza per attività in laboratorio biologico, chimico, meccanico e similariIn considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento da parte della comunità studentesca (compresi gli studenti e le studentesse internazionali incoming, es. ERASMUS) del corso di formazione generale (Modulo 1) e del corso di formazione rischio alto (Modulo 3) in modalità e-learning disponibili nella seguente pagina:https://site.unibo.it/tutela-promozione-salute-sicurezza/it/corsi-di-formazione/formazione-obbligatoria-su-sicurezza-e-salute-per-svolgimento-di-tirocinio-tesi-laboratorio

Testi/Bibliografia

Per facilitare lo studio, gli studenti avranno accesso a tutte le presentazioni mostrate durante le lezioni e ad altro materiale di supporto tramite la piattaforma virtuale.

Vengono suggeriti alcuni libri di testo:

W.H. Brown, "Chimica Organica", Edises, III ed, 2005 (o successive)

P. M. Dewick, "Chimica, Biosintesi e Bioattivita' delle Sostanze Naturali", Piccin

A. Bruni (a cura di), "Biologia Farmaceutica", Pearson, 2014

Altri possibili testi verranno suggeriti a lezione.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula

Attività di gruppo e restituzione in aula mediante presentazione

Esercitazioni di laboratorio

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’apprendimento verrà verificato tramite una prova orale caratterizzata da tre parti:

- aspetti generali riguardanti i metaboliti secondari, aspetti legati ai processi biosintetici, approfondimento della stereochimica e delle principali reazioni coinvolte nei processi biosintetici, descrizione di pocessi di semisintesi

- descrizione dei passaggi biosintetici a partire dai building block per l’ottenimento di un metabolita secondario descritto durante il corso

- restituzione di un lavoro di gruppo (2/3 persone) mediante presentazione di una scheda riguardante un metabolita secondario (una decina di molecole vengono indicate come spunto dei lavori di gruppo) inquadrato dal punto di visto della fonte da cui si ottiene, eventuale impiego terapeutico/alimentare/cosmetico, eventuale tossicità, progettazione della sua biosintesi ed infine letteratura recente di cui è oggetto

- valutazione della relazione di laboratorio

Per Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’Ufficio di Ateneo competente ([https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it]). Sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con almeno 15 giorni di anticipo, all’approvazione del/della docente, il/la quale ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell’insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni si svolgono mediante videoproiezione di diapositive, condivisione di articoli recenti.

Il materiale (presentazioni e articoli) verrà messo a disposizione per il download da Virtuale.

Le esercitazioni di laboratorio si svolgono in laboratori attrezzati a posto singolo.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Susanna Guernelli