Parte A – ELEMENTI DI BIOCHIMICA E MICROBIOLOGIA. Caratteristiche e organizzazione dei sistemi biologici. Cellule procariotiche ed eucariotiche. Virus: struttura e meccanismi di replicazione. Amminoacidi: struttura, proprietà chimico-fisiche e classificazione. Proteine: funzioni biologiche e livelli di organizzazione strutturale. Denaturazione e degradazione delle proteine. Enzimi: classificazione, proprietà e funzioni biologiche. Aspetti molecolari della catalisi enzimatica. Inibitori e attivatori. Nucleotidi: struttura e proprietà chimico-fisiche. DNA e RNA. Codice genetico e sintesi proteica. Ingegneria genetica. Tecniche di ricombinazione genetica. Plasmidi e vettori virali. Produzione di proteine ricombinate geneticamente. Parte B – INGEGNERIA DELLE REAZIONI E DEI PROCESSI ENZIMATICI. Cinetica enzimatica: aspetti fenomenologici ed espressioni cinetiche. Equazione di Michaelis-Menten. Effetto del pH e della temperatura. Denaturazione termica reversibile e irreversibile. Inibizione competitiva e non competitiva. Stima dei parametri cinetici. Enzimi immobilizzati. Tecniche di immobilizzazione. Effetto dell’immobilizzazione sul comportamento enzimatico: modificazioni conformazionali, effetti di partizione e limitazioni diffusionali. Parametri cinetici intrinseci e apparenti. Analisi del comportamento cinetico di particelle solide porose e di microcapsule contenenti enzimi. Bioreattori con enzimi liberi o immobilizzati. Parte C – INGEGNERIA DEI PROCESSI MICROBIOLOGICI. Microrganismi di interesse biotecnologico: caratteristiche generali e classificazione. Aspetti fenomenologici della crescita cellulare. Mezzi di crescita, nutrienti e substrati. Definizione e valutazione della velocità di crescita. Equazione di Monod. Effetto del pH, della temperatura e della presenza di effettori. Consumo di substrato associato alla produzione di biomassa e di energia. Espressioni per la velocità di consumo. Fattori di resa e di mantenimento. Metabolismo endogeno.Bioreattori con biomassa sospesa o adesa. Analisi del comportamento cinetico di bioreattori continui, discontinui e semicontinui. Diluizione e wash-out. Sistemi con ricircolo. Effetto della presenza di popolazioni microbiche interagenti.Consumo e richiesta di ossigeno. Processi di respirazione cellulare: aspetti termodinamici e cinetici. Trasferimento dell’ossigeno nei bioreattori contenenti cellule isolate o aggregati microbici. Coefficiente di trasferimento dell’ossigeno: determinazione sperimentale e stima mediante correlazioni empiriche. Trasferimento di potenza e mescolamento dei fluidi nei bioreattori agitati. Struttura e caratteristiche dei vortici. Turbolenza isotropa. Effetto dei vortici sulle cellule e sugli aggregati cellulari. Parte D – SEMINARI MONOGRAFICI DI APPROFONDIMENTO

Stryer L., Biochimica, Zanichelli, Bologna, 1996 Ratledge C., Kristiansen B., Biotecnologie di base, Zanichelli, Bologna, 2004 Bailey J.E., Ollis D.F., Biochemical Engineering Fundamentals, Mc-Graw Hill, New York, 1986 Materiale didattico distribuito dal docente