CdL Biologia - programma di Chimica bio-organica 2014-15

PROGRAMMA DI CHIMICA BIO-ORGANICA

svolto alle lezioni dettate nelle 56 ore (corrispondenti a 7 CFU) del corso 

Programma:

Richiami ad argomenti di base di chimica organica: nomenclatura, gruppi funzionali, stereochimica. Struttura e reattività degli intermedi organici: carbocationi, radicali e carbanioni. Meccanismi di sostituzione, eliminazione ed addizione. Aspetti termidinamici e cinetici delle reazioni.  Centri asimmetrici diversi dal carbonio. Prochiralità. Le biomolecole.

Amminoacidi e Peptidi

Stereochimica e proprietà acido-basiche. Curve di titolazione di amminoacidi acidi e basici. Struttura e reattività di amminoacidi e peptidi bioattivi: ormoni tiroidei, ormoni ipotalamici, ormoni ipofisari, ormoni pancreatici, interferoni, peptidi oppioidi, antibiotici peptidici, tossine peptidiche; penicilline e cefalosporine.

Carboidrati

Classificazione, nomenclatura e stereochimica. Monosaccaridi: strutture cicliche, conformazioni, muta rotazione, effetto anomerico, Zuccheri riducenti: isomerizzazione in ambiente basico. Desossizuccheri. Amminozuccheri. Esteri fosforici. N-glicosidi e C-glicosidi. Disaccaridi: cellobiosio, maltosio, lattosio, saccarosio. Oligosaccaridi. Omopolisaccaridi: amido, cellulosa, chitina, pectine, glicogeno, destrani. Eteropolisaccaridi: glicosamminoglicani, peptidoglicano.

Lipidi

Lipidi idrolizzabili, trigliceridi, fosfolipidi, sfingolipidi e cere. Digestione e trasporto dei trigliceridi. Steroidi. Classificazione dei terpeni. Regola isoprenica. Monoterpeni: oli essenziali, piretrine, valpotriati (valeriana). Sesquiterpeni: partenolidi, bisaboleni (camomilla), artemisinina, acido abscissico. Diterpeni: taxolo, giberelline, gingkolidi (Gingko biloba). Triterpeni: liquirizia. Tetraterpeni: carotenoidi, vitamina A. Saponine steroidee: glicosidi cardioattivi (Digitale). Fitosteroli. Vitamine del gruppo D. Ecdisoni. Acidi biliari. Corticosteroidi. Progestinici. Androgeni. Estrogeni.

Eterocicli aromatici ed acidi nucleici

Eterocicli insaturi a cinque termini: struttura e reattività del pirrolo, tiofene, furano, imidazolo – Piridina: struttura e reattività­ – Sostituzione elettrofila nella piridina – Sostituzione nucleofila nella piridina – Eterocicli ad anelli condensati – Acidi nucleici e nucleotidi – Sintesi degli oligonucleotidi.

Alcaloidi

Nomenclatura e classificazione – Alcaloidi pirrolidinici e tropanici (iosciamina, ioscina ed atropina, cocaina), piridinici (nicotina),derivanti dalla tirosina (mescalina), tetraidroisochinolinici (tubocurarina, morfina), fenetilisochinolinici (colchicina), indolici (reserpina, vinblastina e vincristina, stricnina, brucina), chinolinici (chinina e chinidina, camptotecina), alcaloidi dell’ergot (ergotina ed acido lisergico), alcaloidi purinici (caffeina, teobromina e teofillina).

                      

Metabolismo dei lipidi

Meccanismo di azione della lipasi pancreatica. Risintesi dei triacilgliceroli. Il destino del glicerolo. Acidi grassi: struttura e nomenclatura. Biosintesi degli acidi grassi: ACP. β-Ossidazione degli acidi grassi. Acidi grassi essenziali. Ecosanoidi: prostaglandine, trombossani e leucotrieni. Biosintesi delle prostaglandine. Biosintesi delle prostacicline. Biosintesi dei trombossani. Via biosintetica del mevalonato. Isomerizzazione dell’IPP in DMAPP. Reazione di accoppiamento dell’IPP con il DMAPP. Biosintesi del lanosterolo: ciclizzazione dello squalene, catione proto sterile, lanosterolo e cicloartenolo. Biosintesi del colesterolo.

Metabolismo dei carboidrati

Digestione e idrolisi di carboidrati complessi. Il catabolismo del glucosio: la glicolisi. Le trasformazioni del piruvato, conversione in lattato, in etanolo ed in acetil CoA. Il ciclo dell’acido citrico. Glicolisi. Gluconeogenesi. Ciclo di Krebs. Via del pentoso fosfato.

Metabolismo degli amminoacidi

Reazione di deamminazione: amminotransferasi. Riconversione della piridossamina fosfato in piridossal fosfato. Deamminazione ossidativa del glutammato. Ciclo dell’urea. Biosintesi della fenilalanina e della tirosina: via dell’acido shikimico. Biosintesi del triptofano. Decarbossilazione degli amminoacidi. Metilazione mediante SAM. Catecolammine. Deamminazione mediante PAL. Acidi cinnamici. Alcoli cinnamoilici. Lignani: podofillotossina. Fenilpropani. Acidi benzoici. Cumarine: proprietà farmacologiche del dicumarolo e derivati. Psoraleni. Chinoni terpenoidici: vitamina E e vitamina K.

Metabolomica

Metabolomica. Preparazione del campione, acquisizione e processing degli spettri. Analisi multivariata. Cenni di flussomica .

Metodi spettroscopici

La radiazione elettromagnetica – Interazione energia radiante-materia – Energia atomica e molecolare – Stati fondamentali ed eccitati.

Spettroscopia nell’ultravioletto

Spettri elettronici e di assorbimento – Orbitali molecolari e transizioni permesse e osservabili spettroscopicamente – Legge di Lambert-Beer – Gruppi cromofori e auxocromi – Effetti ipocromici e ipercromici – Effetti batocromici ed ispocromici – Transizioni σ® σ*, π®π*, n®π* - Sistemi coniugati – Fluorescenza.

Spettroscopia nell’Infrarosso

Energia vibrazionale – Vibrazioni molecolari: stretching, bending – Legge di Hooke dell’oscillatore armonico semplice – Gradi di libertà - Fattori che modificano il numero teorico delle vibrazioni fondamentali – Intensità di un assorbimento IR – Fattori che influenzano la frequenza di assorbimento – Regole di selezione – Principali assorbimenti IR.

Spettrometria di massa

Spettrometro di massa – Sorgenti ioniche a ionizzazione elettronica – Ionizzazione chimica – Desorbimento di campo: fast atom bombardment (FAB), secondari ion mass spectrometry (SIMS), plasma desorption (PD), matrix assisted laser desorption ionization (MALDI), electrospray ionization (ESI) – Analizzatori: analizzatori a settori elettrostatico e magnetico, analizzatore a quadrupolo, trappola ionica, risonanza ionica ciclotronica a trasformata di Fourier (ICR), tempo di volo (TOF) – Principali frammentazioni osservate nei composti organici – HPLC-MS – GC-MS – Spettrometria di massa-spettrometria di massa (MS-MS).

Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare

Nuclei attivi all’NMR – Numero quantico di spin – rapporto giromagnetico – Stati di spin in un campo magnetico – Fenomeno della risonanza magnetica nucleare – Rilassamento spin-spin e spin- reticolo – Strumentazione: spettrometro a onda continua – spettrometro a trasformata di Fourier – Spettrometria ¹H-NMR – Chemical shift – Anisotropia diamagnetica – Accoppiamento spin-spin – Costante di accoppiamento: equazione di Karplus-Conroy – Disaccoppiamento – Effetto nucleare Overhauser – Intensità del segnale e integrazione – Protoni su eternatomi – Spettrometria ¹³C-NMR – Costante di accoppiamento – Spettro ¹³C-NMR disaccoppiato - DEPT (Distorsionless Enhancement by Polarization Transfer) – Cenni di NMR bidimensionale: COSY, TOCSY, NOESY, ROESY, HETCOR, HMQC, HMBC.

Testi utilizzati:

1. McMurry-Begley “Chimica bio-organica” Ed. Zanichelli
2. Dewick “Chimica, biosintesi e bioattività delle sostanze naturali” Ed. Piccin
3. McMurry “Chimica organica” Ed. Piccin o un qualsiasi testo universitario di Chimica Organica
4. d’Ischia “Laboratorio di Chimica Organica” Ed. Piccin
5. Sternhell – Kalman “Organic Structures from Spectra”

per approfondimenti:

Carey – Sandberg. “Advanced Organic Chemistry”. 4th Ed. Springer

Smith – March “Advanced Organic Chemistry”

Silverstein– Webster “Identificazione spettroscopica di composti organici” Casa editrice Ambrosiana 

scheda SUA-chimica bioorganica