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Dipartimento di Chimica

Corso di laurea magistrale in Chimica

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Oggetto:
Oggetto:

COMPLESSI METALLICI (PER LA MEDICINA, AMBIENTE, ENERGIA)

Oggetto:

Metal complexes (medicine, environment, energy)

Oggetto:

Anno accademico 2018/2019

Codice dell'attività didattica
CHI0052
Docenti
Luca Salassa (Visiting Professor)
Ferdinando Lopez Gallego (Visiting Professor)
Anno
1° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Sezione 1: Complessi metallici in medicina e biologia

Professore: Dr. Luca Salassa

Obiettivi di apprendimento:

Gli studenti acquisiranno fondamenti nella chimica biologica di coordinazione e dei composti organometallici. Questi ultimi includono la comprensione delle proprietà del metallo e dei ligandi per complessi selezionati in condizioni biologicamente rilevanti. Comprenderanno anche la metodologia impiegata nella chimica inorganica medicinale per sviluppare i possibili candidati a nuovi farmaci. Gli studenti apprezzeranno il modo in cui la fotochimica può essere sfruttata come uno strumento per controllare l'attività biologica dei complessi metallici. Ciò sarà realizzato a livello teorico e nel laboratorio di chimica computazionale, dove acquisiranno esperienza pratica sui complessi modello fotoattivi.

Sezione 2: Metalloenzimi

Professore: Dr. Fernando López Gallego

Obiettivo di apprendimento:

Gli studenti apprenderanno fondamenti in enzimologia focalizzata sui metallo-enzimi e le loro applicazioni. Questi includono la comprensione di come i metallo-enzimi funzionano in condizioni sia biologiche che abiologiche rilevanti. Comprenderanno anche la metodologia impiegata nella biocatalisi per migliorare e sviluppare nuovi metallo-enzimi. Gli studenti valuteranno come i metallo-enzimi possono essere sfruttati come un prezioso strumento in chimica sintetica, ambientale e medicinale. Questo obiettivo sarà raggiunto a livello teorico così come nel laboratorio di chimica computazionale, dove otterranno esperienza pratica sulla ricerca di caratteristiche enzimatiche e per visualizzare poi, con specifico sofware le strutture della proteina.

 

Section 1: Metal complexes in medicine and biology

Teacher: Dr. Luca Salassa

Learning objective:

Students will gain fundaments in the biological chemistry of coordination and organometallic compounds. These include understanding the fate of both the metal and the ligands for selected complexes under biologically relevant conditions. They will also understand the methodology employed in medicinal inorganic chemistry to develop drug candidates. Students will value how photochemistry can be harnessed as a tool to control the biological activity of metal complexes. This will be achieved at a theoretical level as well as in the computational chemistry laboratory, where they will gain hands-on experience on model photoactive complexes.

Section 2: Metalloenzymes

Teacher: Dr. Fernando López Gallego

Learning objective:

Students will gain fundaments in enzymology focused on metalloenzymes and their applications. These include understanding how metalloenzymes work under both biological and abiological relevant conditions. They will also understand the methodology employed in biocatalysis to improve and develop new metalloenzymes. Students will value how metalloenzymes can be harnessed as a valuable tool in synthetic, environmental and medicinal chemistry. This will be achieved at a theoretical level as well as in the computational chemistry laboratory, where they will gain hands-on experience on looking up enzyme feature and visualize then in specific protein-structure sofware.

 

 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Sezione 1: Complessi metallici in medicina e biologia

Professore: Dr. Luca Salassa

Risultato di apprendimento atteso:

Ci si aspetta che gli studenti comprendano l'importanza della chimica di coordinazione e della chimica organometallica nella moderna medicina. Ci si aspetta che comprendano i concetti di progettazione di base utilizzati per i metallostruttori e gli agenti fotoattivabili. Per fare ciò, ci si aspetta che abbiano acquisito conoscenze in chimica bioinorganica e fotochimica. Durante la sezione pratica, viene richiesto loro di essere in grado di analizzare la natura degli stati eccitati in complessi modello e di prevedere la loro possibile fotochimica.

Sezione 2: Metalloenzimi

Professore: Dr. Fernando López Gallego

Risultato di apprendimento atteso:

Ci si aspetta che gli studenti comprendano la rilevanza dei metallo- enzimi nella chimica sintetica, ambientale e medicinale. Ci si aspetta che comprendano i concetti di progettazione di base utilizzati per i metallo-enzimi. Per fare ciò, ci si aspetta che abbiano acquisito conoscenze in biochimica e chimica inorganica. Durante la sezione pratica, viene richiesto di essere in grado di determinare le proprietà riportate di diversi metallo-enzimi e di comprenderne la relazione struttura-funzione.

 

 

Section 1: Metal complexes in medicine and biology

Teacher: Dr. Luca Salassa

Expected Learning outcome:

Students are expected to understand the relevance of coordination and organometallic chemistry in current medicine. They are expected to comprehend the basic design concepts employed for metallodrugs and photoactivatable agents. To do so, they are expected to have gained knowledge in bioinorganic chemistry and photochemistry. During the practicing section, they are requested to be able to analyze the nature of the excited states in model complexes and predict their possible photochemistry.

Section 2: Metalloenzymes

Teacher: Dr. Fernando López Gallego

Expected Learning outcome:

Students are expected to understand the relevance of metalloenzymes in synthetic, environmental and medicinal chemistry. They are expected to comprehend the basic design concepts employed for metalloenzymes. To do so, they are expected to have gained knowledge in biochemistry and inorganic chemistry. During the practicing section, they are requested to be able to search for the reported properties of different metalloenzymes as well as to understand the structure-function relationship.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

 Il corso è basato su lezioni frontali corredate di slides e nell'analisi critica di lavori specifici presenti nella letteratura scientifica

 The course is based on classical frontal lecture and on critical analysis of papers published in current scientific literature

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Sezione 1: Complessi metallici in medicina e biologia

Professore: Dr. Luca Salassa

Modalità di esame:

La valutazione verte sulla capacità dello student relativa allo svolgimento dei punti:

1) Produrre un breve articolo per sponsorizzare un candidato farmaco basato sul metallo (max 2 pagine, figure, riferimenti)

2) Progettare un complesso di Ru fotoattivo per fotochemioterapia o fotobiologia che spieghi il suo funzionamento (max 1 pagina)

3) Sostenere una discussione sui punti 1) e 2) e sui concetti generali descritti durante le lezioni teoriche e pratiche.

Sezione 2: Metalloenzimi

Professore: Dr. Fernando López Gallego

Valutazione:

1) Breve articolo per sponsorizzare un metallo-enzima (max 2 pagine, figure, riferimenti) dove devono descriverne la funzione, struttura e applicazione.

2) Sostenere una breve discussione su questo lavoro e sui concetti generali descritti durante le lezioni teoriche e pratiche.

Section 1: Metal complexes in medicine and biology

Teacher: Dr. Luca Salassa

Assessment:

1) Short paper to sponsor a metal-based drug candidate (max 2 pages, figures, references)

2) Design a photoactive Ru complex for photochemotherapy or photobiology explaining its functioning (max 1 page)

3) Sustain a discussion on the two works prepared and on the general concepts described during theoretical and practical classes.

Section 2: Metalloenzymes

Teacher: Dr. Fernando López Gallego

Assessment:

1) Short paper to sponsor one blind metalloenzyme (max 2 pages, figures, references) where they have to describe its function, its structure and its application

2) Sustain a brief discussion on this work and on the general concepts described during theoretical and practical classes

Oggetto:

Programma

Sezione 1: Complessi metallici in medicina e biologia

Professore: Dr. Luca Salassa

Contenuto del Corso:

Lezioni teoriche:

  1. Introduzione ai metalli in medicina
  2. Farmaci antitumorali del platino
  3. Farmaci antitumorali a base di metallo
  4. Terapia fotodinamica
  5. Fondamenti di fotofisica e fotochimica
  6. Complessi metallici fotoattivabili in medicina e biologia

Lezioni pratiche:

  1. Fotochimica inorganica: un'introduzione
  2. Come utilizzare il pacchetto software Gaussian per studiare la struttura elettronica dei complessi metallici
  3. Caratterizzazione computazionale dello stato eccitato di complessi metallici

Sezione 2: Metalloenzimi

Professore: Dr. Fernando López Gallego

Contenuto del corso:

Lezioni teoriche:

  1. Introduzione agli enzimi: cosa sono e come funzionano
  2. Studi cinetici sugli enzimi. Diverse classi di enzimi e diversi meccanismi catalitici
  3. Panoramica generale e classificazione dei metalloenzimi
  4. Metalloenzimi in terapia
  5. Metalloenzimi in biocatalisi. Applicazioni in chimica ed energia sostenibili
  6. Metalloenzimi naturali per reazioni abiologiche
  7. Metalloenzimi artificiali e applicazioni
  8. Combinazioni di enzimi e complessi metallici; consorzi chemoenzimatici

Lezioni pratiche:

  1. Come utilizzare le basi di dati enzimatiche (database di Brenda-enzima e PDB)
  2. Come utilizzare Pymol (software di visualizzazione) per studiare le strutture proteiche 3D
  3. Esercizi per acquisire confidenza con i dati con i database e il software di visualizzazione

Section 1: Metal complexes in medicine and biology

Teacher: Dr. Luca Salassa

Content of the course:

Theoretical lessons:

  1. Introduction to metals in medicine
  2. Platinum anticancer drugs
  3. Metal-based anticancer drugs
  4. Photodynamic therapy
  5. Fundamentes of photophysics and photochemistry
  6. Photoactivatable metal complexes in medicine and biology

Practical lessons:

  1. Inorganic photochemistry: an introduction
  2. How to use the Gaussian software package to study the electronic structure of metal complexes
  3. Computational characterization of the excited state of metal complexes   

Section 2: Metalloenzymes

Teacher: Dr. Fernando López Gallego

Content of the course:

Theoretical lessons:

  1. Introduction to Enzymes: what they are and how they work.
  2. Kinetics studies of enzymes. Different enzyme classes and different catalytic mechanisms
  3. General overview and classification of metalloenzymes.
  4. Metalloenzymes in therapy
  5. Metalloenzymes in biocatalysis. Applications in sustainable chemistry and energy
  6. Natural metalloenzymes for abiological reactions
  7. Artificial metalloenzymes and applications
  8. Combinations of enzymes and metal complexes; chemoenzymatic consortia

Practical lessons:

  1. How to use enzyme data bases (Brenda-enzyme database and PDB)
  2. How to use Pymol (visualization software) to study 3D protein structures
  3. Exercises to gain confidence with data with the databases and the visualization software

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Sezione 1: Complessi metallici in medicina e biologia

Professore: Dr. Luca Salassa

Riferimenti bibliografici:

Metals in medicine, James C. Dabrowiak, Wiley, 2009

Principles of Fluorescence Spectroscopy, Joseph R. Lakowicz, 3rd Edition, Springer, 2006

Sezione 2: Metalloenzimi

Professore: Dr. Fernando López Gallego

Riferimenti bibliografici:

  1. Targeting Metalloenzymes for Therapeutic Intervention. Allie Y. Chen, Rebecca N. Adamek, Benjamin L. Dick, C. V. Credille, Christine N. Morrison and Seth M. Cohen, Chemical Review 2019, 119: 1323−1455.
  2. Selective C–H bond functionalization using repurposed or artificial metalloenzymes. David M. Upp, Jared C. Lewis, Current Opinion in Chemical Biology 2017,37: 48–55.
  3. Artificial Metalloenzymes: Reaction Scope and Optimization Strategies. Fabian Schwizer, Yasunori Okamoto, Tillmann Heinisch, Yifan Gu, Michela M. Pellizzoni, Vincent Lebrun, Raphael Reuter, Valentin Köhler, Jared C. Lewis and Thomas R. Ward, Chemical Review 2018, 118: 142–231.

 

Section 1: Metal complexes in medicine and biology

Teacher: Dr. Luca Salassa

Bibliography:

Metals in medicine, James C. Dabrowiak, Wiley, 2009

Principles of Fluorescence Spectroscopy, Joseph R. Lakowicz, 3rd Edition, Springer, 2006

 

Section 2: Metalloenzymes

Teacher: Dr. Fernando López Gallego

Bibliography:

  1. Targeting Metalloenzymes for Therapeutic Intervention. Allie Y. Chen, Rebecca N. Adamek, Benjamin L. Dick, C. V. Credille, Christine N. Morrison and Seth M. Cohen, Chemical Review 2019, 119: 1323−1455.
  2. Selective C–H bond functionalization using repurposed or artificial metalloenzymes. David M. Upp, Jared C. Lewis, Current Opinion in Chemical Biology 2017,37: 48–55.
  3. Artificial Metalloenzymes: Reaction Scope and Optimization Strategies. Fabian Schwizer, Yasunori Okamoto, Tillmann Heinisch, Yifan Gu, Michela M. Pellizzoni, Vincent Lebrun, Raphael Reuter, Valentin Köhler, Jared C. Lewis and Thomas R. Ward, Chemical Review 2018, 118: 142–231.


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Note

I titolari del corso CHI0052 - Complessi Metallici (Per la Medicina, Ambiente, Energia) svolgono l'attività di Docenza in qualità di visiting professor.

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Ultimo aggiornamento: 29/05/2019 09:55
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