SCIENZE CHIMICHEScienze chimicheAnno accademico 2023/2024

9794333 - COMPOSTI NATURALI PER L'INDUSTRIA FARMACEUTICA E AGROALIMENTARE

Docente: VERA MUCCILLI

Risultati di apprendimento attesi

Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze essenziali sulla biosintesi, proprietà, rilevanza biologica e applicativa dei composti naturali bioattivi, inclusi alcuni esempi di sintesi industriali. Saranno fornite inoltre le conoscenze di base sulla interazione con recettori ed enzimi, sul metabolismo degli xenobiotici e sul ruolo dei nutraceutici nell’alimentazione. Al termine del corso lo studente dovrà acquisire capacità di ragionamento e autonomia di giudizio sugli specifici argomenti dell’insegnamento, ed essere in grado di discutere su ciascun argomento con metodo scientifico e linguaggio appropriato.

 

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:

D1 - Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare la capacità di razionalizzare le correlazioni proprietà-struttura dei composti naturali e dei loro analoghi sintetici.  Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà dimostrare di avere acquisito la capacità di interpretazione dei fenomeni descritti nel corso riguardanti le proprietà chimiche dei composti naturali e la sintesi di analoghi. Lo studente dovrà dimostrare la capacità di le possibili applicazioni dei composti naturali o di loro analoghi sintetici in ambito farmaceutico, nutrizionale e agronomico in base alle proprietà biologiche.

D3 - Autonomia di giudizio: gli studenti dovranno essere in grado di progettare e condurre esperimenti in modo indipendente. Alla fine del corso dovranno saper interpretare i dati raccolti in modo coerente, critico e corretto, correlandoli alle teorie appropriate; in aggiunta dovranno saper formulare ipotesi e scartare quelle non corrette.

D4 - Abilità comunicative: Lo studente dovrà essere in grado di comunicare con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

D5 - Capacità di apprendimento: gli studenti dovranno essere in grado di sviluppare la capacità utilizzare modelli adeguati per descrivere le proprietà dei composti naturali o loro analoghi sintetici.


Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Il Corso è suddiviso in 6 CFU: 5 CFU di didattica frontale e 1 CFU di laboratorio



Il corso è articolato in:

- lezioni frontali con proiezione di diapositive in aula e discussione interattiva con gli studenti su specifici argomenti. 

- esercitazioni in laboratorio


Prerequisiti richiesti

Conoscenze di base di biochimica. Buone conoscenze sulla struttura e reattività dei composti organici.

Frequenza lezioni

La frequenza al corso è obbligatoria, dovendo lo studente frequentare almeno il 70% del monte ore del corso sia per le lezioni

frontali che per le lezioni di laboratorio (vedi regolamento didattico sezione 3.1)

Contenuti del corso

Introduzione

Rilevanza applicativa ed economica dei composti naturali. Metaboliti primari e secondari. I ‘mattoni biosintetici’. La varietà strutturale e le parentele biosintetiche fra vari gruppi di composti naturali. Analoghi e derivati semisintetici dei composti naturali.

Chimica Medica e Drug Discovery 

Composti guida, farmaci, medicine. Le origini della ‘Chimica Medica’. Drug discovery Drug development. Metodi empirici e metodi razionali. Individuazione dei composti-guida. Cromatografia bioguidata. Farmacocinetica e farmacodinamica. Relazioni fra struttura e attività (SAR): oppioidi, paclitaxel. Lipofilicità e log P. Grafica Molecolare.

Recettori, agonisti e antagonisti

Enzimi e malattie. Inibitori enzimatici. Inibitori reversibili e irreversibili. Inibitori competitivi, non competitivi e acompetititvi. Esempi di inibitori reversibili: sulfamidici; ACE-inibitori; statine; inibitori della 5-a-reduttasi steroidica; inibitori della AchE; inibitori della peptidil transferasi ribosomiale. Esempi di inibitori irreversibili: antibiotici b-lattamici; inibitori delle COX.

Inibitori enzimatici

Enzimi e malattie. Inibitori enzimatici. Inibitori reversibili e irreversibili. Inibitori competitivi, non competitivi e acompetititvi. Esempi di inibitori reversibili: sulfamidici; ACE-inibitori; statine; inibitori della 5-a-reduttasi steroidica; inibitori della AchE; inibitori della peptidil transferasi ribosomiale. Esempi di inibitori irreversibili: antibiotici b-lattamici; inibitori delle COX. Agenti che interagiscono con il DNA: intercalanti e minor groove binders; inibitori delle topoisomerasi, inibitori delle DNA ed RNA polimerasi

Metabolismo degli Xenobiotici

Xenobiotici. ADME. Enzimi di Fase I e di Fase II. Ossidazioni. Citocromo P450. Ossidrilazione di composti aromatici. Epossidazioni di alcheni. Ossidazione di carboni in a a carboni sp2. Aromatizzazione ossidativa. Dealchilazione ossidativa. CYP450 e interazione fra farmaci. Enzimi di fase II. Coniugazione col glutatione. Glucuronidazione. Solfatazione. N-acetilazione. Esterificazione con lipidi. Metilazione. Esempi di metabolismo dei farmaci.

Chemoprevenzione del cancro

Danno ossidativo alle macromolecole biologiche. Antiossidanti. Agenti chemopreventivi. Anti-iniziatori. Anti-promotori. Antiproliferativi e induttori dell’apoptosi.

Via biogenetica dell’acetato

Biosintesi degli acidi grassi. Acidi insaturi. Prostaglandine, trombossani e leucotrieni.Polichetidi aromatici. Biosintesi dei sistemi aromatici e accoppiamento radicalico. Principi attivi di Iperico e Senna. Aflatossine e contaminazione microbica degli alimenti. Acido micofenolico e immunosoppressori. Antibiotici macrolidici e amminoglicosidici. Antracicline. Micotossine.


Via biogenetica del mevalonato

Terpenoidi. Emiterpenoidi. Monoterpeni irregolari: piretrine e insetticidi derivati. Monoterpenoidi: costituenti di olii essenziali e fragranze; sintesi industriali del mentolo. Oleuropeina e idrossitirosolo. Canfora. Sesquiterpenoidi: artemisinina e antimalarici. Gossipolo. Diterpenoidi: vitamina A. Triterpenoidi; nortriterpenoidi. Carotenoidi: sintesi industriale del b-carotene. Steroidi: sintesi del progesterone e dei corticosteroidi. Cardenolidi e farmaci cardiotonici.

La via biogenetica dello shikimato e i polifenoli

Biosintesi dell’acido shikimico e composti correlati. Acidi fenolici. Biosintesi dei fenilpropanoidi. Costituenti di olii essenziali dalle spezie. Polifenoli negli alimenti. Acido salicilico e aspirina. Oleocantale e proprietà antiinfiammatorie dell’olio d’oliva. Cumarine e dicumarolo. ccoppiamento ossidativo nella biosintesi di lignani e neolignani. Podofillotossina; sintesi dell’etoposide. Biosintesi di stilbenoidi e flavonoidi. Resveratrolo: proprietà e presenza in alimenti e bevande. Sintesi di stilbenoidi. Flavonoidi; flavanoni (antiossidanti e amaricanti). Flavanoli del tè verde (catechine). Antocianine in cibi e bevande. Biosintesi degli isoflavonoidi. Isoflavonoidi (fitoestrogeni). Tannini idrolizzabili e condensati.

Alcaloidi

Proprietà medicinali degli alcaloidi. Alcaloidi da acido nicotinico: nicotina, arecolina (stimolanti). Reazioni di Mannich nella biosintesi di alcaloidi. Alcaloidi da ornitina-fenilalanina: ioscamina (atropina), cocaina e altri alcaloidi tropanici. Sintesi biomimetica della cocaina. A. derivanti da fenilalanina: efedrina e analoghi sintetici (amfetamine); catinone; euforizzanti psicotropi. Antimitotici: colchicina. Alcaloidi derivanti dal triptofano: serotonina e analoghi. Alcaloidi indolici-terpenoidici antitumorali. Alcaloidi derivanti da triptofano: a. pirroloindolici (fisostigmina). Alcaloidi dell’ergot; LSD. Alcaloidi chinolinici: chinina e

analoghi (antimalarici). Camptotecina (antitumorali). Alcaloidi derivanti da tirosina: fenetilammine,

catecolammine, mescalina. Alcaloidi dell’oppio e analoghi sintetici. (Narcotici e analgesici). Sintesi del metadone. Alcaloidi da altre vie biosintetiche: taxolo e analoghi. A. purinici: bevande nervine. Antimetaboliti.

 Altri composti naturali bioattivi e loro analoghi sintetici

Farmaci antivirali. Ciclopeptidi.

Composti solforati in fonti alimentari: aromi, agenti antitrombotici, agenti antitumorali. Glucosinolati. Composti alogenati. 

Esercitazioni in laboratorio

Tecniche di estrazione dei composti bioattivi,estrazione con solventi, filtrazione sottovuoto, cromatografia su colonna, cromatografia su strato sottile (TLC), cromatografia bioguidata.Estrazione e purificazione di acido rosmarinico e carnosico da foglie di rosmarino.

Testi di riferimento

1. Paul M. Dewick, Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali, 2Ediz.,Piccin

2. Richard B. Silverman, The Organic Chemistry of Drug Discovery and Drug Action, 2nd edition, Elsevier – Academic Press

3. Richard B. Silverman, Mark W. Holladay, Manuale di Chimica Farmaceutica, Edra SpA 2015

4. Diapositive del corso (vedi: materiale didattico disponibile su STUDIUM)

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Drug discoverySilverman
2Interazioni con i recettori. Inibitori enzimaticiSilverman
3Metabolismo degli xenobiotici. Vie biosintetiche: acetato; mevalonato; shikimato; alcaloidi. Dewick
4Esempi di sintesi di composti naturali e analoghi.Proprietà biologiche dei composti naturali più importantiDewick, appunti del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Gli studenti sono tenuti a presentare un elaborato relativo all’esperienza di laboratorio. 

L’esame si svolgerà secondo una Prova orale.

 


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

ADME; Pro-farmaci: prontosil ; Biosintesi dei flavonoidi; Tannini; Sintesi del mentolo; etc.


English version