Course Syllabus

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L'obiettivo del corso è quello di illustrare proprietà, strutture, reattività, funzioni biologiche e metodi di caratterizzazione dei composti di rilevanza bioinorganica.

  • Introduzione alla chimica bioinorganica
  • Metodi fisici e spettroscopici per la caratterizzazione e lo studio di sistemi bioinorganici
  • Fondamenti della teoria del trasferimento elettronico (teoria di Marcus e quantum tunneling);
  • Struttura e funzione delle metallo proteine per il trasferimento elettronico
  • Trasporto degli elettroni: il caso della citocromo c ossidasi
  • Fotosintesi e PSII 
  • Trasposto, detossificazione e attivazione di O2
  • Ruolo dei metalli nelle malattie: il caso del rame nelle malattie neurodegenerative
  • Attivazione e catalisi di piccole molecole (CO2, CH4, CO, H2, N2)


  • Introduzione.
    1. Gli elementi chimici della tavola periodica nei sistemi viventi
    2. Concetto di elemento essenziale
    3. Metallo enzimi, metallomica omeostasi/disomeistasi dei metalli
    4. Cicli biogeochimici dei principali elementi implicati nella chimica degli organismi viventi, ruolo delle metalloproteine nei processi cellulari, modulazione delle proprietà termodinamiche e cinetiche dei metalli da parte delle proteine.
  • Proprietà dei composti inorganici di rilevanza biologica (cofattori, metallo-proteine, complessi tra metalli e acidi nucleici).
  • Ruolo strutturale e catalitico degli ioni metallici nei sistemi viventi.
    1. Richiami di biochimica: struttura delle proteine, delle membrane e dei principali cofattori;
    2. Proteine di membrana e loro struttura
    3. Proprietà stereo elettroniche dei cofattori metallici
    4. Composti biomimetici
  • Tecniche di studio nella chimica bioinorganica: cristallografia XRD e cryoEM, spettroscopie, ciclo-voltametria e approcci della chimica quantistica e computazionale
  • Trasferimento elettronico nelle metallo proteine
    1. Teoria di Marcus e quantum tunneling 
    2. Proteine per il trasferimento elettronico e caratterizzazione dei cofattori (cluster Fe-S, gruppi eme e centri Cu)
    3. andamento delle costanti di velocità di ET al variare della distanza tra i centri redox  
  • Trasporto degli elettroni: il caso del citocromo-c ossidasi (cco, complesso IV)
    1. Richiami di metabolismo cellulare: principali cammini negli organismi eucarioti, respirazione cellulare e catena di trasporto degli elettroni
    2. Struttura del complesso proteico cco e struttura dei cofattori metallici
    3. Meccanismo di riduzione dell’ossigeno e di traslocazione protonica
  • I trasportatori dell’ossigeno nei sistemi viventi (Mb, Hb, Ht, Hc).
  • Attivazione dell’ossigeno molecolare e detossificazione da ROS
    1. Introduzione del ciclo biogeologico dell’ossigeno e Great Oxidation Event
    2. ROS nei sistemi viventi
    3. Metallo enzimi coinvolti nei processi di detossificazione da ROS (SOD, SOR e catalasi e loro meccanismi di azione)
  • Disomeostasi dei metalli di transizione: il caso del rame nella malattia di Alzheimer
    1. Introduzione alla malattia di Alzheimer (AD)
    2. Le ipotesi eziologiche in AD (cascata amiloidea, stress ossidativo, disomeostasi dei metalli)
    3. Interazione rame- peptide amiloide e catalisi della riduzione dell’ossigeno a radicali ossidrilici
    4. Propagazione dei radicali OH e stress ossidativo
  • Attivazione delle piccole molecole (1) – protoni ed H2
    1. Le idrogenasi e loro classificazione (FeFe, NiFe e Fe-only H2ase)
    2. FeFe e NiFe idrogenasi: funzione, struttura e meccanismo catalitico
  • Attivazione delle piccole molecole (2) – CO2
    1. Attivazione della CO2 a livello chimico e biologico
    2. Organismi acetogeni e pathway di Wood-Ljungdahl pathway
    3. Metallo enzimi coinvolti nell’attivazione della CO2 negli acetogeni: CODH, complesso CODH-ACS e FDH
  • Attivazione delle piccole molecole (3) – CH4
    1. Introduzione agli archeobatteri - microorganismi metanogeni e matanotrofi
    2. Pathway metabolico di riduzione della CO2 a CH4 nei metanogeni
    3. Struttura e meccanismo della Metil Coenzima M reduttasi (MCR)
    4. Pathway metabolico ossidazione del CH4 nei metanotrofi
    5. Struttura e meccanismo della metano monoossigenasi (MMO)
  • Attivazione delle piccole molecole (4) – N2
    1. Ciclo dell’azoto e azotofissazione
    2. Struttura e meccanismo delle nitrogenasi


Conoscenze di base di biochimica (proteine, DNA e RNA, percorsi metabolici etc) e delle propietà chimico-fisiche degli ioni metallici e dei composti di coordinazione

Lezioni frontali in aula sugli aspetti teorici degli argomenti del corso e seminari monografici

I. Bertini, H.B. Gray, E.I. Stiefel, E.S. valentine "Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity" University Science Books, Sausalito, California

Slides delle lezioni del corso

Articoli scientifici selezionati inerenti le tematiche del corso


Primo anno LM - Secondo Semestre 

Esame orale

Su appuntamento tramite email a luca.bertini@unimib.it

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The aim of the course is to illustrate properties, structures, reactivity, biological functions and methods of characterization of compounds of bioinorganic relevance.


                    

                    

                        
                        
Introduction to bioinorganic chemistry 
Physical and spectroscopic methods for the characterization and study of bioinorganic systems 
Fundamentals of electron transfer theory (Marcus theory and quantum tunneling);

     Structure and function of metal proteins for electron transfer
     
Electron transport: the case of cytochrome c oxidase 
 Photosynthesis and PSII 
Detoxification and activation of O2 
Role of metals in diseases: the case of copper in neurodegenerative diseases 
 Activation and catalysis of small molecules (CO2, CH4, CO, H2, N2)

                    

                    

                        
                        

                    

                    

                        
                        
Basic knowledge of biochemistry (proteins, DNA and RNA, metabolic pathways, etc.) and of the chemical-physical properties of metal ions and coordination compounds 


                    

                    

                        
                        
lessons regarding the concenptual aspects and monographic seminars 

                    

                    

                        
                        
I. Bertini, H.B. Gray, E.I. Stiefel, E.S. valentine "Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity" University Science Books, Sausalito, California
Course slides and scientific papers


                    

                    

                        
                        
First year  LM - Second Semester 

                    

                    

                        
                        
Oral examination

                    

                    

                        
                        
Write to luca.bertini@unimib.it

                    

            

        

    

    

        
    



    

    
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Field of research

                    
CHIM/03

                

                

                    
ECTS

                    
6

                

                

                    
Term

                    
Second semester

                

                

                    
Activity type

                    
Mandatory to be chosen

                

                

                    
Course Length (Hours)

                    
48

                

                

                    
Language

                    
Italian

                

        

    

    

        

            Staff
        

        
    
                    
    Teacher
    
                        
  • 
                            
    Luca Bertini
    
                            
    
                                
    Luca Bertini
    
                            
    
                        
    • 
        

    

    

        

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Self enrolment (Student)