Insegnamento BIOTECNOLOGIE DELLE PROTEINE
| Nome del corso | Biotecnologie molecolari e industriali |
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| Codice insegnamento | A003308 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Lorena Urbanelli |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2024 |
| Erogato | Erogato nel 2024/25 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Discipline biologiche |
| Settore | BIO/10 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | I livelli strutturali delle proteine e il ripiegamento delle proteine. La funzione catalitica delle proteine: cinetica, meccanismi, inibizione, regolazione. La produzione di proteine ricombinanti in procarioti, eucarioti semplici (lieviti) e mammiferi. La produzione e l’ottimizzazione di proteine ricombinanti nel settore medico e industriale. |
| Testi di riferimento | Petsko-Ringe Struttura e funzione delle proteine, Zanichelli |
| Obiettivi formativi | L'obiettivo principale dell'insegnamento è quello di fornire agli studenti una buona conoscenza delle caratteristiche strutturali e funzionali delle proteine, delle loro modalità di produzione, purificazione e ottimizzazione, nonché delle loro potenziali applicazioni nei vari settori biotecnologici. Le conoscenze acquisite dovranno consentire allo studente di comprendere le diverse modalità di azione e valutare in modo critico i parametri che possono influenzarne l’attività al fine di saper prevedere le possibili applicazioni nei diversi settori biotecnologici, con particolare riguardo al settore industriale. Le esercitazioni pratiche dovranno fornire allo studente gli strumenti necessari per applicare le conoscenze teoriche acquisite al fine di risolvere problemi e progettare esperimenti. |
| Prerequisiti | Al fine di poter comprendere e frequentare proficuamente il corso è utile che lo studente possegga una discreta conoscenza di elementi di base di chimica generale ed inorganica, di chimica organica e di biochimica |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato come segue: - lezioni frontali in aula inerenti agli argomenti previsti dal programma. Le lezioni saranno svolte con l'ausilio di proiezioni di diapositive e filmati; - seminario finale di ciascuno studente con l’esposizione di un caso di studio della produzione di una proteina; - esercitazioni pratiche in laboratorio. Gli studenti saranno divisi in gruppi di 3-4 ragazzi per gruppo ed effettueranno personalmente le analisi previste dal programma del corso. La parte pratica sarà preceduta da una introduzione in aula. Durante le esercitazioni gli studenti saranno affiancati da personale di laboratorio esperto e qualificato. |
| Altre informazioni | Per Il calendario delle attività didattiche e le date di inizio e termine delle lezioni consultare il sito del corso di laurea: http://biotecnologie.unipg.it |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L’esame prevede una prova seminariale della durata di 15 minuti che consiste nella esposizione di un caso di studio della produzione di una proteina e di una prova orale che consiste in una discussione relativa agli argomenti trattati durante il corso. La durata dell’esame può variare a seconda dell’andamento della prova stessa, con una durata media di circa 30-40 minuti totali. La prova orale ha lo scopo di valutare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunti dallo studente in merito agli argomenti trattati. Inoltre, tale colloquio consentirà di verificare la capacità dell’allievo di comunicare con proprietà di linguaggio e chiarezza di esposizione quanto appreso |
| Programma esteso | Parte 1. Dalla sequenza alla struttura e alla funzione delle proteine. Gli aminoacidi: classificazione e legame peptidico, gli angoli di rotazione phi e psi. I legami deboli. La famiglia delle strutture ad elica (alfa-elica, collagene, la poliprolina), il foglietto beta, il ripiegamento beta. L’isomerizzazione cis-trans della prolina. Il paradosso di Levinthal e il folding funnel. Il concetto di dominio e motivo. L'interazione tra interfacce e la struttura quaternaria. Le informazioni funzionali e strutturali della struttura primaria. Il modeling per omologia e Alphafold. Le modifiche post-traduzionali reversibili e irreversibili. Le proteine di membrana: integrali, periferiche e anfipatiche. La sintesi delle proteine di membrana: il sistema SRP e il ruolo del RE. La glicosilazione in N e in O. Parte 2. La funzione catalitica delle proteine. Reazioni catalizzate e non catalizzate. Energia di attivazione, stato di transizione, energia di legame. La cinetica di Michaelis e Menten. Il significato di Vmax e Km: l'esempio degli isoenzimi. Enzimi che non rispettano la cinetica di Michaelis e Menten: le reazioni bimolecolari ordinate, random, a ping-pong. Il concetto di Kcat. La dipendenza della velocità di reazione da temperatura e dal pH. Saggi enzimatici. La classificazione degli enzimi. I meccanismi catalitici: catalisi acido-base, covalente, da ioni metallici. L'esempio della chimotripsina. Gli inibitori irreversibili: reagenti gruppo specifici, analoghi del substrato e dello stato di transizione, inibitori suicidi. Gli inibitori reversibili: competitivi, incompetitivi, misti e loro riconoscimento dal grafico di Lineweaver-Burk. La costante di inibizione, IC50 e EC50. I meccanismi reversibili di regolazione dell'attività enzimatica. Parte 3. La produzione di proteine ricombinanti La produzione di proteine mediante tecnologia del DNA ricombinante: la scelta dell'ospite. Vantaggi e svantaggi della produzione di proteine in batteri. I vettori plasmidici e la cassetta di espressione. Le proteine di fusione: vantaggi e svantaggi. Le strategie di ottimizzazione In E.coli. I lieviti: vettori plasmidi, replicativi e integranti. I vettori di espressione plasmidici in cellule di mammifero e l'ingresso del DNA nella cellula: il concetto di non viral gene delivery. Viral gene delivery: retrovirus e le linee packaging. I vettori lentivirali di prima, seconda e terza generazione. I vettori adenovirali di prima, seconda e terza generazione (gutless). Le strategie di ottimizzazione: rational design, evoluzione guidata, design ex-novo. Mutagenesi sito-specifica e casuale. Parte 4. La produzione di proteine ricombinanti nel settore medico e industriale. L'ottimizzazione dell'insulina, del vaccino per l'epatite B in lievito, dell'attivatore tissutale del plasminogeno. Proteine ottimizzate in ambito industriale: amilasi, pectinasi, cellulasi, laccasi e lipasi. Parte 5. Attività seminariale individuale riguardante la produzione e/o l’ottimizzazione di una proteina di interesse nel settore biomedico o industriale Parte 6. Attività pratiche in laboratorio consistenti nella purificazione di un enzima |
| Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile | Il corso fornisce competenze per affrontare la ricerca, sviluppo e produzione di prodotti biotecnologici nel campo della salute e dei processi produttivi industriali |