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)

Eme e non heme metallo proteine per l'attivazione di substrati recalcitranti

1. Laccasi
2. Lignine-perossidasi