Course Syllabus
Obiettivi
L’insegnamento di Biochimica delle sostanze naturali mira a fornire conoscenze riguardo al metabolismo secondario delle piante, con particolare approfondimenti sulle applicazioni dei metaboliti secondari in campo farmacologico, nutraceutico e alimentare.
- Conoscenze e capacità di comprensione – l’insegnamento fornisce conoscenze approfondite riguardo ai meccanismi della biosintesi dei metaboliti secondari nei sistemi vegetali.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione - alla fine dell’insegnamento gli studenti avranno acquisito conoscenze scientifiche riguardo alle vie metaboliche delle piante e al loro ruolo nella salute umana e saranno in grado di comprendere il legame tra metaboliti secondari e applicazioni in campo farmacologico e nutrizionale.
- Autonomia di giudizio – le conoscenze acquisite daranno agli studenti le competenze per valutare le diverse categorie di metaboliti secondari come molecole bioattive da utilizzare come farmaci, nutraceutici ed alimenti.
- Abilità comunicative - alla fine dell’insegnamento gli studenti avranno acquisito la capacità di esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli argomenti trattati.
- Capacità di apprendimento - alla fine dell’insegnamento gli studenti avranno acquisito la capacità di leggere in modo critico e discutere la letteratura scientifica pertinente agli argomenti trattati e ad argomenti affini.
Contenuti sintetici
Distribuzione e caratterizzazione delle sostanze naturali nelle piante. Siti di sintesi e accumulo. Il metabolismo secondario: i mattoni biosintetici, i meccanismi di sintesi. Ruolo dei metaboliti secondari nei meccanismi di difesa delle piante. La via dell’acetato, dello shikimato, del mevalonato e del metileritritolo fosfatao. Biosintesi dei terpenoidi, dai monoterpeni ai politerpeni. Alcaloidi. Applicazioni dei metaboliti secondari in campo farmacologico e nutrizionale.
Programma esteso
L’insegnamento di Biochimica delle sostanze naturali si pone come obiettivo principale l’acquisizione dei processi che regolano la biosintesi dei principali metaboliti secondari di origine vegetale di interesse farmacologico e nutraceutico, considerando anche il loro ruolo nei meccanismi di difesa delle piante. Parte introduttiva: ripasso delle reazioni coinvolte nelle principali vie metaboliche e delle classi principali di metaboliti primari. Schema generale dei principali pathway di sintesi dei metaboliti secondari nei sistemi vegetali. La via dell’acetato: acidi grassi e polichetidi. La via dello shikimato: amminoacidi aromatici e fenilpropanoidi. I polichetidi aromatici: la curcumina e la sua via biosintetica. Flavonoidi e stilbeni. Le combretastatine: stilbeni vegetali di particolare interesse farmacologico. Il potere antiossidante di flavonoidi presenti nella dieta tra cui resveratrolo, quercetina, kaempferolo e catechine. Le vie del mevalonato e del metileritritolo fostato: i terpenoidi ed il loro ruolo biologico. La via biosintetica dell’artemisina: un sesquiterpene con attività antimalarica. Il taxolo: la sua scoperta, la sua sintesi ed il suo utilizzo come farmaco antitumorale con azione antimitotica. I ginsenosidi, i fitosteroli e i glicosidi cardioattivi. Alcaloidi: pathway biosintetico, elementi strutturali, classificazione e proprietà biologiche. Gli organismi autotrofi acquatici: fonti di molecole bioattive ad alto valore aggiunto. Durante il corso verrà dato ampio spazio alla discussione di pubblicazioni scientifiche che identificano alcuni dei metaboliti descritti come molecole bioattive da utilizzare come farmaci, nutraceutici ed alimenti. Compatibilmente con la disponibilità di accesso, alcune lezioni potranno essere svolte presso il Vivaio Bicocca. Gli argomenti del presente insegnamento sono strettamente connessi con la tematica della transizione ecologica e con il “Laboratorio one health: dall’ambiente alla salute” del secondo semestre del corso di Laurea di Biologia in cui i composti bioattivi, estratti da matrici vegetali, verranno testati su specifici sistemi cellulari.
Prerequisiti
Lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una buona preparazione riguardante le principali classi di sostanze organiche naturali trattate nei corsi di base di chimica organica e biochimica.
Modalità didattica
Le lezioni si svolgeranno in presenza. Le lezioni saranno organizzate con una parte frontale in cui verranno presentati i concetti principali (modalità erogativa) e una parte interattiva di discussione ed approfondimento con gli studenti. La docente svolgerà anche alcune lezioni interattive in modalità di journal club con discussione di articoli scientifici da parte degli studenti. Le lezioni verranno svolte con il supporto di presentazioni powerpoint.
Materiale didattico
Testi consigliati:
Paul M. Dewick “Chimica, biosintesi e attività delle sostanze naturali” Piccin
Lezioni frontali con presentazioni powerpoint; lezioni partecipate anche in modalità di journal club con discussione di articoli scientifici. Articoli sugli argomenti trattati e su alcuni approfondimenti.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Il profitto verrà valutato mediante una prova orale, in cui mediante 3-4 domande verranno verificate le conoscenze acquisite, la capacità di esposizione e di collegamento dei vari argomenti. Non sono previste prove in itinere.
Orario di ricevimento
Su appuntamento mediante email: paola.coccetti@unimib.it.
Sustainable Development Goals
Aims
The teaching of Biochemistry of natural substances aims to provide knowledge about the secondary metabolism of plants, with particular insights into the applications of secondary metabolites in the pharmacological, nutraceutical and food fields.
- Knowledge and understanding - the course provides in-depth knowledge regarding the mechanisms of the biosynthesis of secondary metabolites in plant systems.
- Ability to apply knowledge and understanding - at the end of the course the students will have acquired scientific knowledge regarding the metabolic pathways of plants and their role in human health and will be able to understand the link between secondary metabolites and applications in the pharmacological and nutritional.
- Making judgments - the knowledge acquired will give students the skills to evaluate the different categories of secondary metabolites such as bioactive molecules to be used as drugs, nutraceuticals and foods.
- Communication skills - at the end of the course the students will have acquired the ability to present the topics covered orally with language properties.
- Learning skills - at the end of the course, the students will have acquired the ability to critically read and discuss the scientific literature relevant to the topics covered and related subjects.
Contents
Distribution and characterization of natural substances in plants. Sites of synthesis and accumulation. Secondary metabolism: the biosynthetic bricks, the mechanisms of synthesis. Role of secondary metabolites in plant defense mechanisms. The acetate, shikimate, mevalonate and methyl erythritol phosphate pathways. Biosynthesis of terpenoids, from monoterpenes to polyterpenes. Alkaloids. Applications of secondary metabolites in the pharmacological and nutritional fields.
Detailed program
The teaching of Biochemistry of natural substances has as its main objective the acquisition of the processes that regulate the biosynthesis of the main secondary metabolites of plant origin of pharmacological and nutraceutical interest, also considering their role in plant defense mechanisms. Introductory part: review of the reactions involved in the main metabolic pathways and of the main classes of primary metabolites. General scheme of the main synthesis pathways of secondary metabolites in plant systems. The acetate pathway: fatty acids and polyketides. The shikimate pathway: aromatic amino acids and phenylpropanoids. Aromatic polyketides: curcumin and its biosynthetic pathway. Flavonoids and stilbenes. Combretastatins: vegetable stilbenes of particular pharmacological interest. The antioxidant power of dietary flavonoids including resveratrol, quercetin, kaempferol and catechins. Mevalonate and methylerythritol phosphate pathways: terpenoids and their biological role. The biosynthetic pathway of artemisinin: a sesquiterpene with antimalarial activity. Taxol: its discovery, its synthesis and its use as an anticancer drug with antimitotic action. Ginsenosides, phytosterols and cardioactive glycosides. Alkaloids: biosynthetic pathway, structural elements, classification and biological properties. Aquatic autotrophic organisms: sources of bioactive molecules with high added value. During the course, ample space will be given to the discussion of scientific publications that identify some of the metabolites described as bioactive molecules to be used as drugs, nutraceuticals and foods. Compatibly with access availability, some lessons may be held at the Vivaio Bicocca. The topics of this teaching are closely connected with the issue of ecological transition and with the "One health laboratory: from the environment to health" of the second semester of the Biology degree course in which the bioactive compounds, extracted from plant matrices, will be tested on specific cellular systems.
Prerequisites
The student who attend the course must have a good knowledge on the main classes of natural organic substances treated in the basic courses of organic chemistry and biochemistry.
Teaching form
Lessons will take place in person. They will be organized with a frontal part, in which the main concepts will be presented by the teacher, and an interactive part with the students for discussion and in-depth analysis. Some lessons will be fully interactive, in a journal club mode, with students discussing scientific articles. Frontal lessons with powerpoint presentations.
Textbook and teaching resource
Recommended texts:
Paul M. Dewick “Chemistry, biosynthesis and activity of natural substances” Piccin
Lectures with powerpoint presentations and discussion of scientific articles on topics covered and on some insights.
Semester
First semester.
Assessment method
Profit will be assessed through an oral exam, in which the student's ability to connect the different topics in a critical way will be assessed through 3-4 questions. There are no ongoing tests.
Office hours
By appointment writing to the teacher: paola.coccetti@unimib.it.