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Facoltà di Scienze Agrarie e Alimentari Università degli Studi di Milano
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Chimica degli acidi nucleici
Codice: G6108-
Docente:  Enzio Maria Ragg
Anno di corso: 
Quadrimestre/semestre: 
CFU: 
Articolazione dei CFU: Lezioni frontali: 5
Esercitazioni in laboratorio: 1
Obiettivi formativi:  Il corso si rivolge a quanti sono interessati ad approfondire gli aspetti molecolari delle Biotecnologie. Viene trattata la Chimica degli Acidi Nucleici nei suoi molteplici aspetti, con particolare riferimento alle implicazioni in campo biotecnologico, alimentare e farmaceutico. Il materiale didattico viene fornito esclusivamente in lingua inglese. E' prevista la possibilità di effettuare anche le lezioni frontali in questa lingua.
Competenze acquisite:  Conoscenze di base sulla struttura e reattività degli acidi nucleici e le fondamentali tecniche chimiche di estrazione, purificazione e caratterizzazione di sostanze organiche naturali. Familiarità con metodologie sperimentali e computazionali per lo studio dei meccanismi di interazione DNA-ligando.
Sintesi del programma:  Struttura e reattività degli acidi nucleici e dei loro costituenti. Principali metodi di sintesi degli oligonucleotidi. Forme topologiche del DNA. Significato biologico delle strutture non convenzionali del DNA e dell’ RNA. Metodologie spettroscopiche e computazionali di analisi strutturale. Meccanismi di interazione DNA-xenobiotici. Agenti carcinogeni di origine naturale e sintetica. Esercitazioni di laboratorio: Estrazione di alcaloidi e misura delle costanti di affinità con il DNA. Misura delle costanti di ionizzazione tramite NMR. Predizione del "folding" e della stabilità termodinamica di RNA-oligomeri. Analisi di strutture cristallografiche ed NMR di oligomeri liberi e in complessi con peptidi e molecole organiche legante covalentemente
Programma:  Parte teorica ( 5 CFU)
Struttura e reattività degli acidi nucleici: Struttura e reattività delle basi aromatiche e dei ribosi . Equilibri acido-base. Siti accettori e donatori di legame idrogeno. Siti nucleofili. Meccanismi di reazione con agenti elettrofili, alchilanti e radicali. Il sequenziamento di Maxham e Gilbert. Analisi conformazionale degli anelli ribosidici: forme E (envelope) e T (twist). Parametri strutturali della doppia elica (A- e B-DNA): helical twist, propeller twist; distanza tra coppie di basi adiacenti, numero di basi per giro d’ elica, ampiezza e profondità dei solchi minore e maggiore. Termodinamica degli equilibri di formazione della doppia elica e “hairpin”. Misura della temperatura di fusione mediante spettroscopia UV-vis. .Modelli “nearest-neighbour” di predizione. “dangling ends”.
Metodi di analisi conformszionale. Spettroscopia NMR. Cenni sul fenomeno fisico. Nuclei spin-attivi: 1-H, 13-C, 31-P. Il chemical-shift. Struttura fine delle risonanze: Accoppiamento spin-spin. Modellistica Molecolare: analisi di strutture cristallografiche; meccanica molecolare (cenni): definizione del campo di forze.
Interazioni DNA-xenobiotici. Meccanismi di interazione: intercalazione, interazione al solco minore, alchilazione, interazione elettrostatica. Metodi di analisi: variazioni della Tm della doppia elica mediante misure UV; esperimenti di footprinting di oligonucleotidi marcati con “probes” radioattivi. Misura delle costanti di dissociazione dei complessi mediante equilibri di dialisi (con calcoli)
Agenti carcinogeni. Esempi di molecole carcinogene di origine nsturale e sintetica. Mostarde azotate e solforate. Idrocarburi policiclici aromatici. Ammine. Nitrosoammine. Aflatossine. Loro meccanismo d’ azione.
Strutture non convenzionali degli acidi nucleici. Legami idrogeno in coppie di basi di tipo non-convenzionale. Esempi di strutture a tripla elica; G-quadruplex.. Analisi dei fattori che stabilizzano tali strutture: propensità dei singoli residui, pH, interazioni ioniche specifiche,
Forme topologiche del DNA. Curvatura del DNA in tratti omopurinici a sequenza regolare (A5N5). Mobilità elettroforetica. Forme superavvolte del DNA: definizione dei parametri Ln (linking), Wr ( Writhe) e Tw (Twist). Misura del superavvolgimento mediante esperimenti di gel-elettroforesi. Cenni sulla funzione delle topoisomerasi

Parte sperimentale (1 CFU)
Esercitazioni di laboratorio riguardanti:
• Studio delle interazioni tra DNA e piccole molecole mediante equilibri di dialisi.
• Analisi strutturale al calcolatore mediante l’ accesso alle banche dati cristallografiche; generazione di strutture e studi di interazione con proteine piccole molecole con l’ ausilio di specifici programmi di calcolo, installati presso l’ Aula Informatica della Facoltà.
• Calcolo delle variazioni di entropia, entalpia, energia libera di oligonucleotidi a doppia elica e confronto con dati spettroscopici (UV o NMR) in presenza e assenza di intercalanti
• Misura delle costanti di ionizzazione da variazioni di ch. shift 31P, 1H e 13C-NMR
Prerequisiti:  Lo studente deve avere acquisito dimestichezza con la gestione di base delle informazioni su personal computer. E' inoltre auspicabile che lo studente abbia familiarità con le principali tecniche di Laboratorio di Chimica Organica.
Propedeuticità:  Chimica Organica con esercitazioni di Laboratorio. Biochimica.
Materiale didattico:  Appunti di lezione e articoli consigliati (sito ARIEL)
Modalità d'esame e altre info:  Discussione sui temi svolti durante il Corso e le Esercitazioni. Il docente, prima dell’ esame, assegna un codice PDB, corrispondente alla struttura cristallografica di un complesso DNA-ligando. Lo studente porterà all’ esame una figura rappresentativa della struttura molecolare e descriverà il piu’ dettagliatamente possibile il sistema molecolare assegnatogli. In particolare
dovrà descrivere:
a. sequenza oligonucleotidica
b. struttura molecolare dell’ eventuale ligando
c. punti di contatto tra il DNA e il ligando.
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Programma di Chimica degli acidi nucleici (versione in pdf)
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