Nuove frontiere nella biocatalisi (2020/2021)

Codice insegnamento
4S008292
Docente
Salvatore Fusco
Coordinatore
Salvatore Fusco
crediti
6
Settore disciplinare
BIO/10 - BIOCHIMICA
Lingua di erogazione
Italiano
Sede
VERONA
Periodo
II semestre dal 1-mar-2021 al 11-giu-2021.

Orario lezioni

Vai all'orario delle lezioni

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base e avanzate della biocatalisi applicata in ambito industriale, terapeutico e diagnostico. In particolare, gli obiettivi principali del corso riguardano la comprensione: 1) dei principi alla base della catalisi enzimatica; 2) delle nuove frontiere applicative degli enzimi; 3) delle metodiche molecolari per ottimizzare la reattività degli enzimi e 4) degli approcci innovativi per lo sviluppo di enzimi artificiali che mostrano reattività non naturali.

Programma

Il programma dettagliato del corso è attualmente in via di definizione. Gli argomenti di seguito riportati sono solo indicativi dei contenuti didattici del corso e possono essere soggetti a modifiche da parte del docente:

- Introduzione al corso e generalità sulla biocatalisi;

- Ingegneria proteica per l’ottimizzazione di biocatalizzatori: modifiche chimica, mutagenesi sito-diretta (Rrational design), mutagenesi random (evoluzione guidata), approcci di mutagenesi semi-razionale, metodi di selezione e screening, casi studio (miglioramento della stabilità: termica e al pH, efficienza catalitica, regio/stereo selettività, etc.);

- Enzimi in mezzi non convenzionali (medium engineering); reazioni enzimatiche in solventi organici; sistemi bifasici, co-solventi e solventi organici puri; altri mezzi non convenzionali (liquidi ionici, fluidi supercritici e miscele eutettiche);

- Catalisi enzimatica omogenea: Sistemi multienzimatici (cascate enzimatiche lineari, parallele, ortogonali e cicliche); Esempi pratici di cascate enzimatiche (produzione di amminoacidi non naturali, precursori plastici, pirrolidina di-sostituite, derivati della D-fenilalanina, etc.);

- Catalisi enzimatica eterogena (immobilizzazione): Vantaggi e svantaggi dell’immobilizzazione; Supporti per l’immobilizzazione; Strategie d’immobilizzazione (covalente, adsorbimento, intrappolamento e incapsulamento); Immobilizzazione senza supporto (CLECs and CLEAs); Nuove frontiere dell’immobilizzazione enzimatica: supporti virali e nanoreattori;

-Biocatalisi applicata alle plastiche: Proprietà chimico-fisiche che influenzano la degradabilità delle plastiche; Enzimi che idrolizzano polimeri plastici (PET hydrolytic enzymes (PHEs)); Ingegneria proteinica per l’ottimizzare dei PHEs; Ideonella sakaiensis quale modello di batterio che metabolizza la plastica PET; Enzimi specifici per l’idrolisi del PET (PETasi);

- Il sistema CRISPR-Cas principi e applicazioni: Loci CRISPR e geni cas; Meccanismo di funzionamento del sistema CRISPR-Cas; I tre tipi principali di sistemi CRISPR/Cas; Approfondimenti sul sstema CRISPR/Cas9; Applicazione del sistema CRISPR/Cas9 per il genome editing e l’ingegneria proteica; Varianti dell’endonucleasi Cas9 e loro applicazioni; il sistema CRISPR/Cas9 come strumento di screening di library di mutanti generate mediante directed evolution.

-Citocromi P450, una famiglia di catalizzatori promiscui: Caratteristiche dei citocromi P450; L’importanza della promiscuità catalitica per l’evoluzione di nuovi enzimi; Tipi di reazioni catalizzare dai citocromi P450; Vantaggi e svantaggi dell’utilizzo dei citocromi P450; Principali classi di citocromi P450; Il ciclo catalitico dei citocromi P450; Reazioni di disaccoppiamento; Ingegnerizzazione del citocromo P450BM3 per l’idrossilazione di alcani; Sviluppo di reattività non naturale per la ciclo-propanazione di alcheni; L’importanza del ligando assiale nei citocromi P450 per lo sviluppo di reattività non naturali.

Materiale didattico:
-Diapositive del corso (fornite al termine di ogni lezione)
-Articoli scientifici (referenze citate durante le lezioni)

Modalità d'esame

L'esame finale mira a verificare il raggiungimento degli "Obiettivi formativi" relativi agli argomenti riportati nel "Programma dell’insegnamento".
La modalità di verifica dell’apprendimento prevede una prova orale volta ad accertare sia l’acquisizione delle conoscenze definite nel programma d'insegnamento sia la capacità di eseguire i necessari collegamenti logico-deduttivi. In particolare, il grado di completezza della risposta, il livello di integrazione tra i vari contenuti del corso e l'appropriatezza scientifica del linguaggio saranno tutti elementi oggetto di valutazione.
Inoltre, il raggiungimento da parte del/della candidato/a di una visione organica dei temi affrontati a lezione, congiunta alla loro utilizzazione critica, la capacità di fare collegamenti, la dimostrazione del possesso di una padronanza espositiva e di linguaggio specifico saranno valutati con voti di eccellenza.
La modalità d'esame è la stessa sia per i candidati frequentanti sia non frequentanti.