Il corso si propone di fornire conoscenze di base sul ruolo dei metalli nei sistemi biologici, sul trasporto di molecole e di ioni attraverso le membrane cellulari, sul funzionamento di importanti metallo-proteine e metallo-enzimi presenti negli organismi viventi, sulle interazioni di composti metallici con gli acidi nucleici, e su farmaci di natura inorganica.
Prerequisiti
Lo studente deve avere conoscenza di base di chimica inorganica e di biochimica
Testi
Appunti e diapositive di lezione. Per ulteriori approfondimenti: - J. C. Kotz, P. M. Treichel, J. R. Townsend “Chimica”, Edises. - Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg “Principles of Bioinorganic Chemistry”, University Science Books, Mill Valley, California. - Wolfang Maret, Anthony Wedd “Binding, Transport and Storage of Metal Ions in Biological Cells”, The Royal Society of Chemistry, 2014. - Robert Crichton “Biological Inorganic Chemistry”, Elsevier, 2019. - J. A. Cowan “Inorganic Biochemistry: An Introduction” (2nd edition), Wiley‑VCH.
Contenuti
- Ruolo dei metalli nei sistemi biologici; - Trasporto di piccole molecole e di ioni metallici attraverso la membrana cellulare; - Ruolo dei metalli alcalini ed alcalino-terrosi nei sistemi biologici; - Acidi nucleici e loro interazioni con specie inorganiche; - Composti inorganici con caratteristiche farmacologiche; - Ruolo dei metalli di transizione nei sistemi biologici; - Metalli pesanti e loro tossicità; - Ruolo dei metalli su folding e misfolding di proteine e malattie neurodegerative.
- Ruolo dei metalli nei sistemi biologici. - Trasporto di piccole molecole e di ioni metallici attraverso la membrana cellulare: trasporto passivo (diffusione semplice e diffusione facilitata, trasporto mediato da carrier, canali ionici); trasporto attivo primario (pompe ioniche ATPasiche, Na+/K+ ATPasi e Ca2+ ATPasi) e trasporto attivo secondario (cotrasporti). - Ruolo biologico di sodio e potassio. Ionofori artificiali: podandi, eteri corona, eteri lariati, criptandi, sferandi. Omeostasi e regolazione delle concentrazioni plasmatiche di ioni calcio e fosfato. Ione calcio e suo ruolo nei sistemi biologici: comunicazione cellulare, contrazione muscolare, coagulazione del sangue, mineralizzazione dell’osso. - Importanza delle interazioni tra specie inorganiche ed acidi nucleici. Interazioni reversibili: interazione elettrostatica, legame nel solco, aggregazione ordinata attorno all’elica, intercalazione. Esempi di molecole che intercalano nel DNA. Studio degli effetti del processo intercalativo e delle altre interazioni non covalenti. Possibili applicazioni di composti inorganici che interagiscono reversibilmente con gli acidi nucleici: sintesi di nuovi farmaci, sonde specifiche per il riconoscimento degli acidi nucleici, nucleasi sintetiche. Interazioni non reversibili con gli acidi nucleici: cisplatino e sua attività citotossica su alcune forme tumorali. - Composti antitumorali di platino di 2a, di 3a e di nuova generazione. Utilizzo di composti di rutenio e di rodio come antitumorali. Utilizzo di composti di oro(III) come antitumorali e di oro(I) come antiartritici. Composti di renio utilizzati in radioterapia. Composti di boro usati nella terapia per cattura neutronica. Terapia fotodinamica e composti di rutenio(II) e di platino(IV) fotoattivabili. Composti di tecnezio utilizzati in radiodiagnostica. - Ruolo del ferro nei sistemi biologici, suo immagazzinamento e trasporto (siderofori; transferrina e ferritina). Proteine di ferro trasportatrici di ossigeno: mioglobina, emoglobina, emeritrina. Reazioni di trasferimento elettronico a lunga distanza per le biomolecole. Proteine di trasferimento elettronico contenenti ferro: citocromi e cluster ferro-zolfo. Ciclo catalitico del citocromo P450. Ruolo del rame nei sistemi biologici, suo immagazzinamento e trasporto. Proteine di rame di tipo I: proteine blu di rame. Proteine di rame di tipo II. Proteine di rame di tipo III: emocianina. ROS e stress ossidativo. Ruolo dei metalli nell’azione degli enzimi protettori: MnSOD, CuZnSOD, catalisi. Ruolo dello zinco. Enzimi idrolitici di zinco: carbossipeptidasi, anidrasi carbonica ed alcool deidrogenasi. - Effetti tossici di cadmio, mercurio e piombo. Terapia chelante. - Ruolo dei metalli su folding e misfolding di proteine e malattie neurodegerative. Ruolo di rame, zinco e ferro nel morbo di Alzheimer. Ruolo dei metalli nella sclerosi laterale amiotrofica di tipo familiare (SLA familiare).