Metodi di analisi strutturale

 

Methods for structural analysis of biomolecules B

 

Anno accademico 2018/2019

Codice attività didattica
INT0718
Docenti
Simonetta Geninatti Crich (Titolare del corso)
Prof. Silvio AIME (Titolare del corso)
Prof. Giuseppe Spoto (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Triennale in Biotecnologie
Anno
3° anno
Periodo didattico
Primo semestre
Tipologia
A scelta dello studente
Crediti/Valenza
3
SSD attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Conoscenze di base Chimica Inorganica, Chimica Organica, Chimica Fisica, Biochimica
 
 

Obiettivi formativi

Il corso è strutturato in due parti, la prima dedicata alla spettroscopia NMR, la seconda alla spettroscopia IR ed a quella elettronica (assorbimento ed emisisone).

Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze necessarie per la determinazione della struttura di biomolecole (metaboliti, piccole molecole di sintesi, peptidi, oligonucleotidi, oligosaccaridi, proteine) dall'analisi delle proprietà spettroscopiche.  In particolare si introdurranno le seguenti tecniche: spettroscopia UV, Dicroismo Circolare, IR, NMR, e verranno forniti gli strumenti per l'individuazione di quale/i metodologia/e impiegare a seconda delle caratteristiche del sistema che si sta studiando.

Per la seconda parte:

Acquisizione e comprensione delle conoscenze relative a:
- natura delle interazioni radiazione elettromagnetica-materia che presiedono alle spettroscopie vibrazionale IR ed elettronica
- informazioni sulla struttura di biomolecole contenuta negli spettri IR e di spettroscopia elettronica di assorbimento e di emissione
- principali modalità di acquisizione di dati sperimentali per i tipi di spettroscopie citati

For the second part:

Attainment of a good level in knowledge and unserstanding of:
- nature of the interaction between the electromagnetic radiation and molecules at the basis of vibrational IR and electronic spectroscopies
- e contenuta negli spettri IR e di spettroscopia elettronica di assorbimento e di emissione
- main experimental methods for the collection of IR and electronic (both in the absortion and emision modes) spectra.

 

 

Risultati dell'apprendimento attesi

  • Italiano
  • English

 Per la seconda parte del corso:

Acquisizione delle capacità di:

  •  individuare le caratteristiche delle molecole che possono portare ad un loro assorbimento di energia dalla radiazione elettromagnetica per la promozione di transizioni vibrazionali ed elettroniche
  •  istituire correlazioni tra caratteristiche di dati di spettroscopia IR ed elettronica (assorbimento ed emissione) e struttura di biomolecole
  •  individuare le condizioni sperimentali più adatte per lo studio strutturale di biomolecole tramite spettroscopia IR ed elettronica (assorbimento ed emissione)
  •  redigere una relazione scientifica

 

 

 

Programma

  • Italiano
  • English 

Il corso e' organizzato in due sezioni, dedicate a metodi complementari di analisi strutturale di biomolecole.

Spettroscopia NMR  (3 CFU, lezioni frontali e laboratorio).  Questo modulo intende fornire agli studenti una panoramica sulle applicazioni delle tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR) allo studio di biomolecole, peptidi e proteine. In primo luogo saranno ripresi i concetti fondamentali della spettroscopia NMR multinucleare (spin nucleare, frequenza di precessione di Larmor, spostamento chimico, accoppiamento scalare, rilassamento nucleare, effetto Overhauser nucleare) e verrà descritto come utilizzare i parametri spettrali per la caratterizzazione strutturale di biomolecole. In seguito saranno introdotte le tecniche NMR multidimensionali e verrà mostrato come queste tecniche possano fornire un insieme di informazioni per risolvere la struttura 3D di peptidi e proteine. Infine, verranno descritte le diverse applicazioni della spettroscopia NMR: analisi metabolomica (di biofluidi e tessuti patologici), analisi degli alimenti, interazioni ligando proteina per l'individuazione di molecole farmacologicamente attive, diagnostica clinica. Un credito di questa parte del corso viene dedicato ad esperienze di laboratorio, condotte dagli studenti, che consistono nell'acquisizione di spettri NMR e loro interpretazione.

Spettroscopia vibrazionale ed elettronica (3 CFU; lezioni frontali e laboratorio). In questa parte del corso verranno trattati i principi delle spettroscopie vibrazionali IR ed elettronica, in assorbimento ed emissione, e le loro applicazioni allo studio della struttura di biomolecole.
Spettroscopia vibrazionale:
- dipendenza della frequenza di un oscillatore dalle sue caratteristiche fisiche/strutturali
- principio della misura della frequenza delle vibrazioni molecolari tramite spettroscopia IR di assorbimento
- condizioni fisiche necessarie per l'assorbimento di energia dalla radiazione IR da parte di molecole oscillanti
- modi normali di vibrazione
- dai modi normali di vibrazione alle frequenze di gruppo
- effetti delle interazioni intermolecolari sugli assorbimenti IR
- fenomeni aggiuntivi: sovratoni, combinazioni, risonanza di Fermi
- linee guida all'interpretazione di spettri IR di piccole molecole
- studio della struttura di proteine tramite spettroscopia IR (principi, metodi sperimentali)
- studio della struttura di acidi nucleici tramite spettroscopia IR (principi, metodi sperimentali)
Spettroscopia elettronica di assorbimento:
- la natura dell'assorbimento di energia dalla radiazione elettromagnetica da parte degli stati elettronici molecolari
- classificazione delle transizioni tra livelli elettronici molecolari
- solvatocromismo
- elementi di spettrochimica
- dicroismo circolare
- studio della struttura di proteine con la spettroscopia elettronica di assorbimento
- studio della struttura di acidi nucleici con la spettroscopia elettronica di assorbimento
Spettroscopia elettronica di fotoluminescenza:
- decadimenti radiativi e non radiativi da stati elettronici eccitati
- fluorescenza e fosforescenza
- tempo di vita radiativo e tempo di vita della fluorescenza
- quenching collisionale
- trasferimento di energia a distanza
 studio della struttura di proteine con la spettroscopia elettronica di fotoluminescenza
- studio della struttura di acidi nucleici con la spettroscopia elettronica di fotoluminescenza

un credito di questa parte del corso viene dedicato ad esperienze di laboratorio, condotte dagli studenti, che consistono nell'acquisizione di spettri  di sistemi biomolecolari.

 

Modalità di insegnamento

Lezioni frontali (entrambe le parti) e laboratorio

 

Modalità di verifica dell'apprendimento

  • Italiano
  • English

L'esame sulla parte di spettroscopie IR ed elettronica si svolge in forma orale. Un puntosu 30 sarà riservato alla valutazione della relazione individuale sulle esperienze di laboratorio.

 

 

 

Testi consigliati e bibliografia

  • Italiano
  • English

Verranno fornite dispense dai docenti.

Testi di riferimento:
H. Friebolin "Basic one- and two-dimensional NMR spectroscopy", VCH, 1993
 K. Wüthrich "NMR of proteins and nucleic acids" J. Wiley, 1986
T.D.W. Claridge "High-resolution NMR techniques in Organic Chemistry", Pergamon 1999 (Elsevier Science)
Colthup e L.H. Daly, Introduction to infrared and Raman spectroscopy, Academic Press, 1975,New York
J.M. Chalmers e P.R. Griffits (eds), Handbook of Vibrational Spectroscopy, Wiley,Chichester, 2002, Vol. 5.
I.D. Campbell e R. A. Dwek, Biological Spectroscopy, "Ultraviolet and Visible Absoprtion spectroscopy" (Cap. 4), e " Fluorescence" (Cap. 5), The Benjamin/Cummings Publishing Company, Menlo Park,1984.

 

 

Note

Il corso è stato posticipato al secondo semestre

 

 

Orario lezioniV

GiorniOreAula
Lunedì14:00 - 16:00
Martedì16:00 - 18:00

Lezioni: dal 05/10/2015 al 08/01/2016

Nota: AULA: ADENINA (ex Aula 4), Palazzina Antica, piano terra
ORARIO:
Lunedì - dalle ore 14 alle ore 16
Martedì - dalle ore 16 alle ore 18
Mercoledì - dalle ore 14 alle ore 16

Registrazione
  • Aperta
     
    Ultimo aggiornamento: 28/09/2018 18:21
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