ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| CHIMICA BIOINORGANICA | CHIM/03 | LEZIONI | 24 |
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Al termine del corso:
At the end of the course:
Non previste.
Not planned.
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di applicare le nozioni fondamentali della chimica di coordinazione alla comprensione del funzionamento delle unità inorganiche nei sistemi biologici, dell'azione tossicologica di alcuni inquinanti metallici e del potenziale terapeutico di complessi metallici.
At the end of the course, the student will be able to use the basic concepts of coordination chemistry to understand the role and the action of inorganic units within biological systems, the action of some metal pollutants and the medicinal potential of metal complexes.
Non previste.
Not planned.
Lo studente potrà acquisire competenze e sensibilità riguardo a:
The student will gain expertise about:
Non previste.
Not planned.
Ai fini della comprensione degli argomenti trattati nel corso, é necessario avere superato con profitto gli esami di "Chimica Generale" e "Chimica Inorganica I"
In order to understand the topics treated during the course, it is necessary to have passed the exams of "General Chemistry" and "Inorganic Chemistry I".
Biomolecole: amminoacidi, proteine, enzimi, glucidi, acidi nucleici, ATP. Esperimento di Miller e atmosfera primordiale. Gli ioni metallici nei sistemi viventi: acidità, proprietà chimiche e criteri di selezione naturale.
Richiamo a: proprietà periodiche degli elementi del blocco sp; caratteristiche generali degli elementi dei gruppi 1 e 2; proprietà degli elementi di transizione, teoria del campo cristallino e dell’orbitale molecolare. Trasporto di membrana: proteine di membrana, ionofori, canali ionici. Pompa sodio-potassio. Sistemi modello: complessi di Na+ e K+ con eteri corona. Biomineralizzazione: ruolo strutturale di Ca e Si.
Proprietà degli elementi Ferro e Rame. Incorporazione di Ferro e Rame nella storia evolutiva dei sistemi biologici. Ruoli biologici del Ferro: ruolo strutturale (magnetobatteri); trasporto di O2; trasferimento elettronico. Trasporto e immagazzinamento del Ferro nei sistemi biologici. Transferrina e ferritina. Ceruloplasmina.
Trasporto di O2 nei sistemi biologici. Porfirina e gruppo eme. Legame Fe-O2 e interpretazione secondo le teorie VB (valence bond) e MO (molecular orbital). Reazioni di ossidazione del gruppo eme. Intossicazione da CO. Trasportatori di O2 a base di Rame (emocianina).
Caratteristiche generali della respirazione cellulare e della fotosintesi clorofilliana. Proprietà strutturali ed elettroniche dei complessi a base di Ferro e Rame coinvolti nei processi a trasferimento elettronico. Citocromo-ossidasi.
Fotosintesi: i recettori della luce; il centro di formazione di O2.
Fotosintesi artificiale: complessi modello e impiego dell’energia solare per uso civile.
Reazioni naturali e industriali di fissazione dell’Azoto molecolare. Cenni storici. Struttura e meccanismo di azione dell’enzima nitrogenasi.
Le proprietà uniche del Cobalto alla base del suo ruolo nei sistemi biologici. Struttura del Coenzima B12. Reazioni biologiche catalizzate da Co-complessi (esempi). Il ruolo del coenzima B12 nella intossicazione da Arsenico e Mercurio. La tossicologia del cianuro. Lo Zinco nei sistemi biologici; funzione catalitica nell’enzima carbossipeptidasi-A.
Effetti tossici degli elementi metallici. Effetti relativistici e Mercurio. Proprietà, utilizzi, storia e problematiche associate alla diffusione nell’ambiente di Mercurio, Cadmio, Piombo, Tallio e Cromo. Ripasso degli andamenti periodici associati.
Rimozione di carica batterica e inquinanti dall’acqua destinata al consumo urbano. Funzionamento di un tipico impianto di potabilizzazione. Proprietà e chimica dei comuni disinfettanti inorganici (acido ipocloroso, biossido di cloro, ozono).
Utilizzo di composti metallici in medicina (diagnosi o terapia). Composti a base di Ferro. Agenti a rilascio controllato di monossido di carbonio. Il cisplatino come agente antitumorale: aspetti strutturali e meccanicistici. Composti antitumorali a base di Platino di successiva generazione. Composti antitumorali a base di Titanio e Rutenio. Relazione struttura-attività in complessi organometallici a base di Rutenio. Uso di composti di Tecnezio in SPECT.
Biomolecules: aminoacids, proteins, enzymes, carbohydrates, nucleic acids, ATP. The Miller experiment and the primordial atmosphere. Metal ions in living systems: acidity, chemical properties, criteria of natural selection.
Periodic properties of the elements of the sp block; general properties of groups1 and 2 elements; properties of transition elements, crystal field theory, and molecular orbitals. Membrane transport: membrane proteins, ionofors, ionic channels. Pump Na-K. Model systems: complexes of Na+ and K+ with crown ethers. Biomineralization: structural role of Ca and Si.
Properties of iron and copper. Incorporation of iron and copper during evolution of biological systems. Biological role of iron: structural role (magnetobacteria); transport of O2; electron transfer. Transport and storage of iron in biological systems. Transferrin and ferritin. Ceruloplasmin.
O2 transport in biological systems. Porphyrin and heme group. Fe-O2 bond and interpretation according valence bond theory and molecular orbital theory. Oxidation reactions of the heme group. Intoxication by CO. Transporters of O2 based on copper (hemocyanin).
General characteristics of the cell breathing and photosynthesis. Electronic and structural properties of Fe and Cu complexes involved in electron transfer processes. Cytochrome-oxidase.
Photosynthesis: the light harvesting system, and the centre for O2 formation.
Artificial photosynthesis: model complexes and employment of solar energy for civil use.
Reactions of activation of molecular nitrogen. Historical overview. Structure and mechanism of action of nitrogenase enzyme.
The unique properties of cobalt in the biological systems. Structure of B12 coenzyme. Biological reactions catalyzed by Co-complexes (examples). The role of B12 coenzyme in the toxicology of arsenic and mercury. The toxicity of the cyanide ion. Zinc in biological systems; catalytic role in the enzyme carboxypeptidase -A.
Toxic effects of metal elements. Relativistic effects and mercury. Properties, uses, history and issues associated with the diffusion in the environment of mercury, cadmium, lead, thallium and chromium. Revisitation of the relevant periodic trends.
Elimination of bacteria and pollutants from water for urban use. A typical potabilization plant. Properties and chemistry of the common inorganic disinfectants (hypochlorous acid, chlorine dioxide, ozone).
Use of metal compounds in medicine (diagnosis or therapy). Iron compounds. Carbon monoxide releasing molecules. Cisplatin as an anticancer agent: structural and mechanistic aspects. Anticancer compounds based on platinum of next generation. Anticancer compounds based on titanium and ruthenium. Structure-activity relationship in organoruthenium complexes. Use of technetium in SPECT.
Appunti presi a lezione. Inoltre, come integrazione possono essere consultati i seguenti testi:
- W. Kaim, B, Schwederski, A. Klein, "Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements In The Chemistry Of Life", Wiley II Ed.
- C. Baird, M. Cann, "Chimica Ambientale", Ed. Zanichelli
- J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, "Chimica Inorganica", Piccin Ed.
Appropriate lectures'notes. Furthermore, the following books might be useful:
- W. Kaim, B, Schwederski, A. Klein, "Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements In The Chemistry Of Life", Wiley II Ed.
- C. Baird, M. Cann, "Chimica Ambientale", Ed. Zanichelli
- J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, "Chimica Inorganica", Piccin Ed.
Si consigliano gli studenti non frequentanti, per prepararsi adeguatamente all'esame, di reperire buoni appunti delle lezioni del corso.
Those students not attending the lectures are highly recommended to find good notes of the lectures, in order to adequately prepare the examination.
L'esame consiste in una prova orale, cioè in un colloquio tra il candidato e il docente su tutti gli argomenti trattati durante il corso. La prova orale è superata qualora lo studente dimostri una sufficiente padronanza degli argomenti oggetto del colloquio, con particolare riferimento alla comprensione dei vari concetti.
The exam consists of an oral proof, i.e. a colloquium between the candidate and the lecturer on all the topics treated during the course. The exam will be passed if the student shows a sufficient knowledge of the topics treated in the colloquium, with particular reference to the comprehension of the various concepts.
Pagina web del docente:
https://people.unipi.it/fabio_marchetti/
https://people.unipi.it/fabio_marchetti/
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