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Oggetto:
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Enzimologia - DM 270

Oggetto:

Enzymology

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Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
MFN0248
Docente
Dott. Francesca Valetti (Titolare del corso)
Corso di studio
LM in Biotecnologie Industriali
Anno
1° anno
Periodo
Da definire
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
BIO/10 - biochimica
Erogazione
Mista
Lingua
Inglese
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Conoscenze base di biochimica di proteine ed enzimi

Basics in biochemistry of proteins and enzymes
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

Obiettivi formativi

In accordo con l'obiettivo formativo del Corso di Laurea Magistrale in Biotecnologie Industriali che prevede, per il primo anno di corso, una serie di insegnamenti riferiti alle discipline proprie del contesto caratteristico delle biotecnologie industriali in particolare per gli aspetti conoscitivi scientifici (ma anche con specifici riferimenti ad aspetti applicativi ), il corso mira a fornire le conoscenze, gli strumenti analitico-matematici e l'aggiornamento sui più recenti sviluppo dell'enzimologia. Inoltre durante lo svolgimento del programma si incoraggeranno gli studenti a sviluppare (oltre alle specifiche competenze tecniche) competenze critiche e di valutazione delle strategie migliori per risolvere specifici risvolti applicativi dell'enzimologia nel campo della biocatalisi industriale. Questo verrà effettuato tramite esercitazioni in laboratorio, al computer e/o analisi critica di casi di studio e di dati sperimentali, che, come dettagliato nelle finalità del corso , contribuiscono a consolidare le capacità di applicare conoscenza e comprensione.

In agreement with the general aim of the master course,  that in the first year focuses on providing the scientific bases (and applicative cases examples) of disciplines which are relevant for industrial biotechnology, the course is intended to provide the knowledge, the mathematic models and the recent updates on enzymology. Technical as well as critical analysis of enzyme application to industrial catalysis will also be discussed throughout the programme. Lab practical, exercises on applicative cases and mathematical treatment of experimental data will be proposed in order to enhance the ability to apply knowledge and comprehension in enzymology to the specific field of industrial biotechnology.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

In linea con i requisiti generali del corso di Laurea Magistrale, riferiti alla conoscenze e competenze che definiscono il profilo professionale del biotecnologo industriale, gli studenti dovranno acquisire le seguenti capacità (dettaglio secondo i descrittori di Dublino)

A: CONOSCENZA e CAPACITA' di comprensione

  • conoscere e discutere i meccanismi di azione degli enzimi trattati a lezione
  • conoscere i coenzimi vitamici e metallici e le loro potenzialità applicative

B: CAPACITA'  APPLICATIVE

  • dimostrare di sapere risolvere esercizi e  problemi di cinetica enzimatica
  • saper impostare esperimenti di caratterizzazione di enzimi per la determinazione dei parameri cinetici e in funzione di un loro impego operativo per i processi industriali

C: AUTONOMIA DI GIUDIZIO

  • saper analizzare la letteratura recente e leggere criticamente i risultati di studi enzimologici

D: ABILITA' NELLA COMUNICAZIONE

  • presentare alla prova orale un articolo di letteratura recente su un meccanismo enzimatico con lettura critica e discussione
  • il corso è svolto in inglese e gli studenti vengono invitati a porre domande in lingua inglese

In accordance with the general aim of the master course and the professional profile of an industrial biotechnologist, students must acquire the followings, detailed as indicated by the Dublin Descriptors scheme.

A: KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • knowledge and ability to discuss and present the mechanisms of catalysis of the enzymes presented in the course
  • knowledge of the vitamin and metal cofactor and their relevance for applucative purposes in catalysis

B: APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • resolving problems and exercises in enzyme kinetics applying the correct mathematical models
  • setting experiments for charaterisation of enzyme and for determining the kinetic and thermodynamic constants, in particular for those useful for applicative use in industrial processes

C: INDIPENDENCE IN JUDGEMENT

  • critically analysing the recent literature on enzymology and discussing results

D: COMUNICATION SKILLS

  • abilty to present a paper of the most recent literature in enzymology, discussing the enzyme mechanism of action (oral exam)
  • the course is in english and students are encouraged to ask questions and discuss in english
Oggetto:

Programma

Introduzione: Richiami alla struttura delle proteine con particolare attenzione ai siti catalitici. Caratteristiche
funzionali dei siti catalitici e principi generali della catalisi. Ruolo svolto nella catalisi da coenzimi, cofattori
vitaminici e metallici.
Enzimi: classificazione e relativi meccanismi di reazione: esempi di alcune importanti trasformazioni
enzimatiche scelte tra le più tipiche fra le classi di enzimi seguenti:
· Ossidoreduttasi (piridiniche, flaviniche, chinoniche, metalliche, catene redox).
· Transferasi (transaldolasiche e transchetolasiche, transacilasiche, transaminasiche, cinasiche,
polimerasiche, fosforilasiche, B12 dipendenti).
· Idrolasi (attività endo- ed esoidrolasiche di glicosidasi, peptidasi, nucleari; attività lipasiche e
fosfolipasiche)
· Liasi (C-C, C-N, C-O, C-S liasiche; ruolo di metalli prostetici e di cofattori).
· Isomerasi (isomerizzazione per protonazione-deprotonazione, per via ossidoreduttasica,per via
liasica e per via trasferasica).
· Ligasi (C-C, C-N, C-O, C-S, P-O ligasiche; ruolo di reazioni accoppiate).


Cinetiche enzimatiche: modelli matematici e problemi
Curva di Michaelis-Menten nei modelli un sito/un ligando, e linearizzazioni secondo Linnevawer-Burke,
Eadie-Hofstee, Haldane, Dixon, Scatchard. Calcolo di Km, Vm, Kcat. Effetti isosterici: inibizioni reversibili e
irreversibili; effetti misti, competitivi, acompetitivi e non competitivi. Calcolo di Ki. Inibizione da substrato.
Effetti allosterici e modulazione allosterica. Effetti di cooperazione positiva e negativa. Meccanismi
sequenziali e non sequenziali. Meccanismi a due substrati ordinati, non ordinati e ping-pong, e relative
cinetiche. Grafici di seconda derivazione. Effetto della temperatura sulla catalisi enzimatica. Diagrammi di
Arrhenius e calcolo dell'energia di attivazione. Andamenti bifasici del grafico di Arrhenius e loro
interpretazione. Effetto del pH sulla catalisi enzimatica e misura delle costanti di dissociazione dei gruppi del
sito catalitico. Cenni ai problemi di calcolo di costanti cinetiche in sistemi immobilizzati.
Esercizi sui modelli cinetici ed applicazioni degli studi enzimologici nelle ricerca e in campo
industriale
Esercizi sui modelli cinetici descritti e loro rilevanza per il controllo di processi industriali.

Studi di caratterizzazione e miglioramento dell'efficienza catalitica. Esempi tratti dalla più recente letteratura di studio
e chiarimento di meccanismi catalitici e loro applicazione in campo tecnologico. Le tecniche computazionali
di studio dei siti catalitici e cenni all'approccio in silico agli studi di simulazione della reattività enzimatiche.
Ottenimento ed elaborazione di dati sperimentali relativi agli esercizi proposti.

Introduction: Protein and active site structure: an overview. Active sites functional features and catalysis
general principles. Cofactors, vitamins and metals: role in catalysis.
Enzymes: classification and mechanisms: selected examples of
· Oxidoreductases
· Transferases
· Hydrolases
· Lyases
· Isomerases
· Ligases


Enzyme kinetics: models and calculations
Michaelis-Menten model and linearisation methods (Linevawer-Burke, Eadie-Hofstee, Haldane, Dixon,
Scatchard). Km, Vm, kcat. Isosteric effects: reversible and irreversible inhibitions, mixed effects, competitive
and acompetitive effcts. Calculation of Ki. Substrate inhibition. Allosteric effects: negative and positive
cooperativity. Two substrate models: sequential, ping-pong. Temperature effects: the Arrhenius plot. Bifasic
plots and their significance. pH effects and pKa of catalitic site groups. Brief overview of problems linked to
kinetic constants calculation in immobilised/entrapped enzyme systems.


Practicals: examples of kinetic constants calculation and relevance for theoretical and applicative
studies. Problems on kinetics.

Enhancing catalysis: strategies and studies. Most recent literature on enzymology: catalytic mechanisms and technological application. In silico approach to acitive site structure studies and to simulation of reactivity (brief overview). Collection and elaboration of experimental data
according to the model proposed.

 

Oggetto:

Modalità di insegnamento

L'insegnamento nella sua totalità prevede lezioni frontali in aula e attività di laboratorio volte all'approfondimento pratico delle nozioni impartite.

L'insegnamento si articola in 36 ore di lezione frontale, 16 ore di esercitazioni in aula informatica con risoluzione di esercizi e problemi di cinetica e termodinamica degli enzimi, 8 ore di laboratorio in cui si determina la Km e kcat di un enzima

Le lezioni saranno svolte in presenza presso l'aula Magna dell'Orto Botanico, Viale Mattioli

Tutte le lezioni si potranno seguire in sincrono al link:

https://unito.webex.com/meet/francesca.valetti

Le registrazioni verranno rese disponibili sul sito Moodle del corso

Il corso sarà gestito su piattaforma Moodle che accoglierà: materiale delle lezioni (videoregistrazioni e/o audiopresentazioni), esercitazioni da svolgere online, materiali didattici di approfondimento. I materiali didattici saranno caricati anche su campusnet.

La frequenza alle lezioni è consigliata ed è facoltativa.

Verrà proposto agli studenti un contest a squadre su una tematica specifica (meccanismo delle idrogenasi) che garantisce alcuni punti bonus di valutazione.

 

Course includes theoretical lessons and laboratory activities.

The course includes 36 hours of lectures, 16 hours of comuter practise in solving problems and exercises to calculate kinetic and thermodinamic constants of enzymes, 8 hours of laboratory activities to determine Km and kcat of a test-case enzyme.

Lectures will be in presence but also remote participation will be possible at the link:

https://unito.webex.com/meet/francesca.valetti

Recordings will be available on the Moodle course site.

The course will be managed on Moodle platform that will host: lessons material (videorecordings and/or audiopresentations), online tutorials, in-depth teaching materials.  Teaching materials will also be uploaded to campusnet.

Class attendance is recommended.

A team contest is proposed to students on a specific subject (hydrogenase mechanism) as a practical discussion test. This can grant extra point for the exam

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame include una prova scritta con due esercizi di termodinamica e cinetica/inibizione degli enzimi, da svolgere entro 2 ore su postazione al computer utilizzando excel, e una prova orale in cui lo studente presenta un articolo della letteratura recente su un meccanismo enzimatico e risponde a domande sui cofattori vitaminici, il loro ruolo e funzionamento nelle reazioni enzimatiche. Il voto risulta dalla media ponderata tra scritto e orale.

Il contest a squadre pemette di aggiungere fino ad un massimo di 3 punti bonus alla valutazione complessiva sulla base di una attiva partecipazione

The exam include a written test with two exercise on the thermodinamic and kinetic/inhibition of enzymes to be solved within 2 hours on a computer with excel, and an oral test, in with the student present a paper of the recent literature on enzymology and questions are asked on a vitamin cofactor structure and function in enzymes.

Up to a 3 point bonus can be granted for the an active participation to the proposed team contest 

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Articoli di letteratura trattati e materiale sulla parte esercitativa pratico/teorica fornito dal docente e disponibile sul sito web.

Robert A. Copeland

ISBN: 978-0-471-35929-6

Papers and presentations on lectures and practicals provided on the web site.

Robert A. Copeland

ISBN: 978-0-471-35929-6


Oggetto:

Note

Secondo semestre

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Altre informazioni

http://biotecnologieindustriali.campusnet.unito.it/documenti/att/13b7.m4fIydLEAeS5.file.pdf
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Orario lezioniV

Registrazione
  • Aperta
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 09/06/2021 09:44
    Location: https://biotecnologieindustriali.campusnet.unito.it/robots.html
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