Acidi nucleici. Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Struttura del DNA. DNA come vettore dell’informazione genetica. Replicazione del DNA e le funzioni delle DNA-polimerasi. Mutazioni. RNA polimerasi e trascrizione. 4 ore Sintesi proteica. Struttura, assemblaggio e funzioni del ribosoma, complesso supramolecolare coinvolto nella sintesi proteica. Decifrazione del codice genetico. Amminoacil t-RNA sintetasi. Ruolo dei fattori proteici nella formazione del complesso d’inizio, nell’allungamento e nel rilascio della catena polipeptidica. Inibizione della sintesi proteica da parte degli antibiotici. 4 ore Elaborazione post-traduzionale delle proteine. Ripiegamento delle catene polipeptidiche. Chaperoni molecolari. Modifiche post-traduzionali covalenti delle catene polipeptidiche. Trasporto delle proteine alle loro destinazioni finali. Biosintesi dell’insulina e del collageno. Proteine terapeutiche. Produzione dell’insulina e dei suoi analoghi. Produzione dell’eritropoietina e dei suoi analoghi. Determinazione del pattern di glicosilazione di una proteina. 4 ore Aggregazione delle proteine associata ad alcune patologie. Esempi scelti includono malattie prioniche: caratteristiche strutturali delle proteine prioniche normali e patologiche. Impiego di “Protein Misfolding Cyclic Amplification” (PMCA) nella ricerca e nella diagnostica. Meccanismi molecolari alla base del morbo di Alzheimer (cenni). Ruolo dello stress ossidativo e del colesterolo nella formazione delle fibrille di peptidi β-amiloidi. 4 ore Ricambio delle proteine cellulari. Degradazione delle proteine mediata dal sistema ubiquitina-proteasoma. Scoperta e caratterizzazione degli enzimi coinvolti nella coniugazione dell’ubiquitina con proteine bersaglio. Struttura e funzione del proteasoma. Proteasoma come bersaglio di farmaci antineoplastici. 4 ore Biochimica del metabolismo secondario. Importanza dei metaboliti secondari per le applicazioni farmaceutiche. Approcci concettuali e metodologici allo studio del metabolismo secondario microbico. Identificazione dei precursori biosintetici, studio dell’enzimologia e delle basi genetiche di una via biosintetica. 2 ore Biosintesi dei polichetidi. Studi strutturali e funzionali dei moduli e domini degli enzimi multimodulari e multifunzionali, polichetide-sintasi. Cluster genico e meccanismo di formazione dell’eritromicina. Produzione degli analoghi strutturali dei polichetidi naturali mediante modificazioni mirate delle polichetide-sintasi. 4 ore Sintesi peptidica nonribosomiale. Organizzazione strutturale delle sintetasi peptidiche in domini, moduli e subunità. Funzioni catalitiche dei singoli domini. Dimostrazione del “Multiple Carrier Model”. Modificazioni conformazionali dei domini di tiolazione. Basi strutturali della specificità di substrato dei domini di adenilazione: codice nonribosomiale. Domini tioesterasici: strategie di macrociclizzazione nella biosintesi di peptidi ciclici naturali e applicazioni alla ciclizzazione dei peptidi sintetici. Riconoscimento molecolare nell’interazione tra domini e subunità delle sintetasi peptidiche. Sintesi enzimatica dell’aspartame mediante l’impiego delle sintetasi peptidiche ricombinanti. Biosintesi combinatoriale nella produzione di nuovi peptidi bioattivi. 6 ore Biotrasformazioni. Impiego di cellule intere, lisati cellulari ed enzimi purificati nelle biotrasformazioni. Immobilizzazione dei biocatalizzatori e caratterizzazione del biocatalizzatore immobilizzato. Esempi di applicazioni industriali delle biotrasformazioni. Impiego degli enzimi nella sintesi organica. Reattività degli enzimi in solventi organici. Specificità di substrato, chemioselettività, regioselettività, stereoselettività e selettività prochirale degli enzimi. Modulazione della selettività enzimatica in funzione della natura del solvente organico. Esempi di applicazioni nelle biotecnologie e in sintesi organica di: lipasi, esterasi, proteasi, amminoacido acilasi, idantoinasi, penicillina acilasi, enzimi piridossal fosfato-dipendenti, glicosidasi, glicosiltransferasi, aldolasi e ossidoriduttasi. Rigenerazione dei cofattori delle glicosiltransferasi e delle deidrogenasi. Produzione di nuovi biocatalizzatori mediante ingegneria proteica: disegno razionale delle mutazioni sito-dirette ed evoluzione diretta. Citocromo P450: strutture e molteplicità delle attività catalitiche. Ruolo nella detossificazione e nelle trasformazioni biosintetiche dei composti steroidei. 10 ore Metodologie biochimiche. Tecniche per la purificazione delle proteine. Impiego degli isotopi radioattivi e stabili nella ricerca biochimica. Anticorpi policlonali e monoclonali. Tecniche immunochimiche: Western blot, ELISA (esempi: identificazione e dosaggio della microcistina e ciguatossina, metaboliti secondari tossici che possono essere presenti nell’ambiente e negli alimenti). Rilevanza della tecnologia del DNA ricombinante ed ingegneria proteica per la ricerca biochimica e per le applicazioni biotecnologiche. 6 ore

Voet, Voet, Pratt, “Fondamenti di Biochimica”; Berg, Tymoczko, Stryer, “Biochimica”; C. Walsh “Antibiotics: actions, origin, resistance”, ASM (2003); “Enzyme Catalysis in Organic Synthesis VCH (1995); “Asymmetric Organic Synthesis with Enzymes” VCH (2008); Rassegne ed articoli forniti dal docente.