66364 - NANOBIOTECNOLOGIE E APPLICAZIONI BIOCATALITICHE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha competenze su svariate tecniche di caratterizzazione nanobiotecnologica di macromolecole biologiche ed è a conoscenza di varie modalità per ottenere, pianificare e verificare l'auto-assemblaggio di nano-strutture ottenute con biomolecole. Conosce esempi sulle possibili o future applicazioni delle nano-strutture (ad esempio per la diagnostica, la terapia, il calcolo molecolare). Lo studente possiede inoltre conoscenze riguardo alla struttura ed al comportamento degli acidi nucleici nella nano-scala, in fenomeni quali la curvatura del DNA, la flessibilità del DNA, l'interazione tra DNA e superfici. E' in grado di scegliere tra varie tecniche di caratterizzazione nano-tecnologica quella ottimale per ottenere informazioni sul sistema biologico di interesse. Lo studente conosce i meccanismi enzimatici e sa applicare tali competenze alla soluzione di problemi biotecnologici e alla progettazione e sintesi enantioselettiva di nuove molecole organiche, anche in ambito industriale. Conosce inoltre la classificazione di enzimi e meccanismi di azione delle sei classi di enzimi noti e di alcune sottoclassi; gli aspetti stereochimici della biocatalisi; l'uso di enzimi nelle biotrasformazioni in sintesi organica. In particolare, è in grado di pianificare progetti di sintesi alternativi di una molecola organica utilizzando enzimi come biocatalizzatori. Ha competenze su proprietà e metodi di sintesi di prodotti di chimica fine, con riferimento a molecole particolarmente importanti dal punto di vista commerciale come quelle chirali otticamente pure e i polimeri. E' in grado di pianificare progetti di sintesi di molecole chirali otticamente pure; valutare l'importanza dei materiali di partenza per le suddette sintesi sulla base di economicità, sostenibilità e disponibilità della fonte e convenienza globale del processo; valutare la convenienza nell'utilizzo di metodi di sintesi 'classici' rispetto a quelli 'biologici'; valutare l'opportunità di usare metodi di risoluzione di miscele racemiche al posto di sintesi stereoselettive; nel caso dei polimeri, pianificare le sintesi delle principali classi di macromolecole e valutare le loro proprietà chimico-fisiche e la conseguente lavorabilità, biodegradabilità.

Contenuti

Introduzione alla biocatalisi: struttura degli enzimi e loro classificazione

Struttura, attività catalitica e selettività delle principali classi di enzimi

Immobilizzazione di enzimi tramite legame covalente o entrapment

Applicazioni nanobiotecnologiche di enzimi immobilizzati

Struttura degli acidi nucleici

Enzimi che agiscono sugli acidi nucleici: endonucleasi, esonucleasi, ligasi, isomerasi, elicasi, polimerasi

Nanobiotecnologie che utilizzano gli acidi nucleici

Tecniche di analisi in nanobiotecnologie

Le proprietà degli acidi nucleici nella nanoscala

Nanobiotecnologie e proteine

Metodi di sintesi di composti otticamente attivi.

Applicazioni alla produzione industriale di molecole ad uso farmaceutico ed alimentare

Polimerizzazioni a stadi e a catena: principali reazioni di poliaddizione (radicaliche e ioniche) e di policondensazione (per esterificazione e sostituzione nucleofila o elettrofila).

Polimeri biodegradabili e biocompatibili commerciali o in fase di studio.

Testi/Bibliografia

Biocatalysis – ‘Fundamentals and applications' Wiley VCH editor.

K. Faber, ‘Biotransformations in Organic Chemistry'Springer editor.

W. Gerhartz, ‘Enzymes in Industry', VCH editor

Goodsell,  ‘BioNanotechnology'

Bloomfield, Crothers, Tinoco, 'Nucleic Acids, Structure, Properties, and Function'

Gazit 'Plenty of room at the bottom - an introduction to nanobiotechnology'

N. Collins, G. N. Sheldrake, J. Crosby (Eds.), ‘Chirality in Industry (Part I and II)', Wiley, Chichester Ed.Metodi didattici

Metodi didattici

Lezioni frontali

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto e orale

Strumenti a supporto della didattica

Durante le lezioni verrà fornito materiale didattico (dispense, articoli, etc.) e verranno rese disponibili in rete le diapositive proiettate a lezione.

Link ad altre eventuali informazioni

http://nanobionano.unibo.it/nanobio.html

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giampaolo Zuccheri

Consulta il sito web di Alessandra Tolomelli