ITALIANO

Studio del sorting proteico, delle modifiche post-traduzionali così come dei processi di degradazione intracellulare dovuti all’invecchiamento. Informazioni sul folding e sulla catalisi enzimatica (e. g. costante di specificità ed evoluzione molecolare). Cenni di classificazione strutturale di proteine e di ingegneria proteica come strumento per applicazioni biotecnologiche delle proteine.
In aggiunta, sono previste esercitazioni pratiche su proteine modello per mezzo di software open source. Durante la seconda parte del corso, gli studenti prenderanno conoscenza delle tecniche di base ed avanzate per la caratterizzazione strutturale e funzionale delle proteine.

Branden C., Tooze J. - INTRODUZIONE ALLA STRUTTURA DELLE PROTEINE - Zanichelli.
Petsko, G.A., Ringe D. - STRUTTURA E FUNZIONE DELLE PROTEINE - Zanichelli.
Williamson M. - COME FUNZIONANO LE PROTEINE - Zanichelli.
Whitford D. - PROTEINS STRUCTURE AND FUNCTION - Wiley.

Conoscenza e Comprensione:
L’obiettivo del percorso formativo è fornire allo studente una solida conoscenza dei principi fondamentali alla base della relazione tra struttura e funzione delle proteine e degli enzimi, con particolare attenzione ai meccanismi molecolari che ne determinano l’attività biologica, la specificità e la regolazione funzionale. Verranno approfonditi gli aspetti relativi al ruolo della struttura tridimensionale delle macromolecole proteiche, alle interazioni molecolari che ne stabilizzano il ripiegamento e alle modificazioni post-sintetiche che possono modulare proprietà, localizzazione e funzione delle proteine all’interno dei sistemi biologici.
Lo studente acquisirà inoltre conoscenze teoriche e pratiche riguardanti le principali metodologie biochimiche, sia di base sia avanzate, impiegate per l’isolamento, la purificazione, l’analisi e la caratterizzazione strutturale e funzionale delle proteine. Saranno affrontate le tecniche sperimentali utilizzate nello studio delle macromolecole biologiche, comprendendone principi, applicazioni e potenzialità nell’ambito della ricerca biomedica e biotecnologica.
Particolare attenzione sarà dedicata all’acquisizione di competenze bioinformatiche finalizzate all’utilizzo delle principali banche dati proteiche e degli strumenti informatici disponibili per la ricerca, l’analisi e l’interpretazione di informazioni scientifiche relative a sequenze, strutture tridimensionali, domini funzionali, varianti proteiche e relazioni evolutive. Tali competenze consentiranno allo studente di integrare dati sperimentali e informazioni computazionali per una più approfondita comprensione dei processi molecolari alla base della funzione proteica.
Il raggiungimento degli obiettivi formativi avverrà attraverso lezioni frontali, attività seminariali tenute da esperti del settore e un adeguato periodo di studio autonomo, finalizzato alla rielaborazione critica dei contenuti, all’approfondimento individuale e allo sviluppo della capacità di applicare le conoscenze acquisite alla risoluzione di problematiche scientifiche.

Capacità di Applicare la Conoscenza e la Comprensione:
Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per analizzare e classificare le principali macromolecole biologiche in relazione alle loro caratteristiche strutturali, funzionali e alle interazioni molecolari che ne determinano il ruolo nei sistemi biologici. Sarà inoltre in grado di interpretare i rapporti struttura-funzione di proteine ed enzimi, identificando gli elementi molecolari responsabili dell’attività biologica e dei meccanismi di regolazione funzionale.
Lo studente acquisirà la capacità di comprendere, interpretare e schematizzare le principali metodologie sperimentali, comprese quelle più avanzate, impiegate nello studio delle modifiche post-traduzionali delle proteine, valutandone il significato biologico e l’impatto sulle proprietà molecolari, sulla stabilità, sulla localizzazione e sulla funzione delle macromolecole.
Inoltre, lo studente conoscerà i principi alla base delle principali tecniche di separazione analitiche e preparative utilizzate per l’isolamento e la purificazione di proteine ed enzimi. Sarà in grado di descrivere e discutere le strategie cromatografiche maggiormente impiegate in ambito biochimico, comprendendone i principi di funzionamento, i criteri di scelta della metodologia più appropriata e le applicazioni nello studio della struttura e della funzione delle proteine.
Le competenze acquisite consentiranno allo studente di valutare criticamente approcci sperimentali integrati per la caratterizzazione delle macromolecole biologiche, collegando le informazioni ottenute mediante tecniche biochimiche, strutturali e bioinformatiche allo studio dei processi molecolari alla base della funzione proteica.

Autonomia di Giudizio:
L’insegnamento mira a sviluppare negli studenti la capacità di analizzare, interpretare e valutare criticamente scenari e problematiche complesse nell’ambito della biochimica strutturale e funzionale, favorendo un approccio integrato allo studio delle macromolecole biologiche. Attraverso l’acquisizione di solide conoscenze teoriche e metodologiche, lo studente sarà in grado di elaborare valutazioni autonome basate sull’interpretazione dei dati sperimentali, sulla comprensione dei meccanismi molecolari alla base della funzione proteica e sull’integrazione di informazioni provenienti da differenti approcci analitici e computazionali.
L’insegnamento promuove inoltre lo sviluppo della capacità di formulare ipotesi scientifiche, individuare strategie sperimentali appropriate e discutere criticamente risultati ottenuti mediante tecniche biochimiche e strutturali. Lo studente acquisirà gli strumenti necessari per affrontare problemi di ricerca relativi alla caratterizzazione delle proteine e degli enzimi, valutando in modo consapevole vantaggi, limiti e potenziali applicazioni delle diverse metodologie disponibili.

Abilità Comunicative:
Lo studente svilupperà un linguaggio scientifico specialistico e appropriato per descrivere le caratteristiche strutturali e funzionali delle principali macromolecole biologiche, con particolare riferimento alle proteine e agli enzimi, agli studi di relazione struttura-funzione e alle metodologie biochimiche utilizzate per la loro caratterizzazione. Sarà in grado di comunicare in modo chiaro, rigoroso e coerente concetti teorici, approcci sperimentali e risultati ottenuti, utilizzando una terminologia adeguata ai diversi contesti scientifici e interdisciplinari nell’ambito della biochimica.
Lo studente acquisirà inoltre la capacità di presentare e discutere criticamente dati sperimentali, evidenziando il significato biologico dei risultati, le strategie metodologiche adottate e le possibili interpretazioni. Sarà in grado di partecipare a discussioni scientifiche, confrontandosi con problematiche relative alla struttura, alla funzione e alla regolazione delle macromolecole biologiche.
Inoltre, lo studente sarà in grado di redigere relazioni scientifiche strutturate e complete riguardanti lo studio della struttura e della funzione delle proteine, descrivendo in modo appropriato le tecniche analitiche impiegate, i principi metodologici alla base degli esperimenti, l’elaborazione e l’interpretazione dei risultati ottenuti, fino alla formulazione di conclusioni supportate dai dati disponibili. Tali competenze favoriranno la capacità di comunicare informazioni scientifiche in maniera efficace sia in ambito accademico sia in contesti professionali e di ricerca.

Capacità di Apprendimento:
L’insegnamento promuove lo sviluppo della capacità di apprendimento continuo e dell’autonomia nello studio, favorendo l’acquisizione di un metodo critico e consapevole per l’approfondimento teorico e pratico delle conoscenze relative alla biochimica strutturale e funzionale. Lo studente sarà stimolato a sviluppare capacità di analisi, selezione e integrazione delle informazioni scientifiche, indispensabili per aggiornare e ampliare autonomamente le proprie competenze in un settore in continua evoluzione.
Tale processo formativo sarà supportato dalla consultazione critica di testi specialistici, banche dati scientifiche e letteratura primaria di riferimento, permettendo allo studente di acquisire familiarità con l’interpretazione di articoli scientifici, con la valutazione dell’affidabilità delle informazioni disponibili e con l’applicazione delle conoscenze acquisite a nuove problematiche di interesse biologico e biotecnologico.
Al termine del percorso, lo studente sarà in grado di affrontare in modo autonomo lo studio di tematiche innovative nell’ambito delle scienze biomolecolari, integrando conoscenze provenienti da differenti discipline quali biochimica, fisiologia, genetica e biotecnologia. Le competenze metodologiche e critiche sviluppate consentiranno inoltre di proseguire con adeguata autonomia percorsi formativi avanzati e attività di ricerca in ambiti scientifici affini.

Conoscenze e abilità fornite dal corso di Chimica Biologica (laurea triennale in Scienze Biologiche).

Le lezioni sono orali e prevedono durante il corso momenti di verifica dell'apprendimento dei contenuti. Verranno utilizzate diapositive, modellini di molecole in scala e software gratuiti, e quando necessario, per implementare l’apprendimento dei contenuti verranno proiettati filmati sull’argomento d’interesse.

Il raggiungimento degli obiettivi dell’insegnamento è certificato mediante il superamento di un esame orale con valutazione espressa in trentesimi.

L’esame consiste in una discussione della durata non superiore a circa 30 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e quello di competenza nell’esposizione. L'esame consiste nel superamento di una prova orale i cui parametri di valutazione si basano sulla capacità di collegamenti critici, capacità di sintesi, capacità di approfondimenti. Lo studente disserterà su almeno tre diversi argomenti tratti dal programma. L'esame si considererà superato se lo studente avrà dimostrato una conoscenza sufficiente degli argomenti chiesti.

Ai fini della valutazione del profitto, saranno applicati i criteri e i descrittori contenuti nell'Allegato 7 del Regolamento Didattico, garantendo la coerenza tra i risultati d'apprendimento attesi e il voto assegnato.
<18 Non superato: lo studente non dimostra risultati coerenti con i descrittori di conoscenza e comprensione, applicazione, giudizio, comunicazione e capacità di apprendere.
18-21 Livello sufficiente: lo studente raggiunge i descrittori di base relativi alla conoscenza e comprensione dei contenuti fondamentali e mostra una prima capacità di applicazione in contesti semplici.
22-24 Livello pienamente sufficiente: lo studente soddisfa i descrittori di conoscenza e comprensione applicate, mostrando capacità di applicare concetti chiave correttamente e iniziare ad analizzare criticamente situazioni pertinenti ai temi dell’insegnamento.
25-26 Livello buono: lo studente dimostra autonomia di giudizio nel valutare e confrontare scenari pertinenti, applica conoscenze in modo efficace e comunica risultati con chiarezza, riflettendo competenze più consolidate.
27-29 Livello molto buono: lo studente soddisfa in modo avanzato i descrittori dei cinque ambiti, con padronanza dei contenuti, capacità di valutare criticamente casi complessi e abilità comunicative solide, evidenziate in elaborati e presentazioni.
30 Livello eccellente: lo studente eccelle in tutti i descrittori di Dublino, con conoscenza approfondita, applicazione sicura e critica, giudizio autonomo, comunicazione efficace e capacità di apprendere in modo continuo e creativo, producendo lavori di elevata qualità sia nella presentazione sia nelle prove orali.
La lode può essere attribuita quando lo studente dimostra, oltre a quanto sopra, particolare originalità, approfondimento e innovazione nell’elaborato e nella presentazione, superando le aspettative standard.

La frequenza è fortemente consigliata.

La frequenza permette agli studenti di autovalutarsi durante le discussioni sugli argomenti che saranno sviluppati durante il Corso.

Alcune nozioni sperimentali prevedranno l’interrogazione di banche dati di sequenze proteiche (Uniprot) e la banca dati della struttura tridimensionale di proteine (PDB). Materiale didattico di supporto verrà distribuito durante il corso. Inoltre, lo studente potrà avvalersi del materiale didattico messo a disposizione sul sito web di Ateneo: http://www.distabif.unina2.it/dipartimento/docenti?MATRICOLA=058409

Il docente è disponibile per discussione con gli studenti nei giorni di ricevimento nei giorni indicati sulla scheda insegnamento e su richiesta inoltrata via e- mail.

SINTESI PROTEICA. Principali controlli della sintesi proteica. La sintesi proteica come target di antibiotici e tossine da batteri, funghi e piante. Dalle tossine alle immunotossine. Meccanismi di regolazione della sintesi proteica. SORTING DELLE PROTEINE. Modificazioni post-traduzionali. Degradazione delle proteine nei sistemi cellulari. FOLDING DELLE PROTEINE IN VITRO E IN VIVO: aspetti cinetici ed energetici. MOTIVI TOPOLOGICI E STRUTTURA DELLE PRINCIPALI FAMIGLIE PROTEICHE. Livelli di organizzazione strutturale. Motivi strutturali e domini proteici. Alterazioni strutturali di proteine ed implicazioni patologiche. INGEGNERIA PROTEICA. Espressione di proteine ricombinanti. Tecniche di mutagenesi. EFFICIENZA DELLA CATALISI ENZIMATICA. KM e costante di specificità (kcat/KM). TECNICHE PER LA PURIFICAZIONE DELLE PROTEINE. Approfondimenti per la purificazione di enzimi. L’importanza del saggio biologico e/o enzimatico. Spettrofotometria Vis-UV; tecniche di centrifugazione; tecniche cromatografiche a bassa e alta pressione; tecniche elettroforetiche mono e bidimensionali; immunochimica (immunodiffusione, immunoprecipitazione e western blott). Strategie per la purificazione di una proteina/enzima. Tabella di purificazione: attività specifica e resa. Determinazione del peso molecolare delle proteine. CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE DELLE PROTEINE. Tecniche per lo studio della struttura delle proteine: assorbimento e fluorescenza, dicroismo circolare. Determinazione della composizione in amminoacidi di una proteina. Determinazione di struttura primaria di proteine mediante degradazione di Edman. Sequenziamento de novo di proteine mediante MS/MS. Cenni sui metodi per l’ottenimento della struttura tridimensionale delle proteine: diffrazione ai raggi X e NMR. Tecniche avanzate per l’identificazione delle principali modificazioni post-sintetiche.

Italian

Study of protein sorting, post-translational modifications, and intracellular degradation processes associated with aging. Information on protein folding and enzymatic catalysis (e.g., specificity constant and molecular evolution). Basic concepts of structural classification of proteins and protein engineering as a tool for biotechnological applications.
In addition, practical exercises on model proteins using open-source software are included. During the second part of the course, students will become familiar with basic and advanced techniques for the structural and functional characterization of proteins.

Branden C., Tooze J. - INTRODUZIONE ALLA STRUTTURA DELLE PROTEINE - Zanichelli.
Petsko, G.A., Ringe D. - STRUTTURA E FUNZIONE DELLE PROTEINE - Zanichelli.
Williamson M. - COME FUNZIONANO LE PROTEINE - Zanichelli.
Whitford D. - PROTEINS STRUCTURE AND FUNCTION - Wiley.

Knowledge and Understanding:
The aim of the educational pathway is to provide students with a solid understanding of the fundamental principles underlying the relationship between protein and enzyme structure and function, with particular emphasis on the molecular mechanisms that determine their biological activity, specificity, and functional regulation. Particular attention will be given to the role of the three-dimensional structure of protein macromolecules, the molecular interactions responsible for the stabilization of protein folding, and the post-synthetic modifications that can modulate protein properties, localization, and function within biological systems.
Students will also acquire theoretical and practical knowledge of the main biochemical methodologies, both basic and advanced, used for the isolation, purification, analysis, and structural and functional characterization of proteins. The experimental techniques employed in the study of biological macromolecules will be addressed, including their underlying principles, applications, and potential uses in biomedical and biotechnological research.
Particular emphasis will be placed on the acquisition of bioinformatics skills aimed at the use of major protein databases and computational tools available for the retrieval, analysis, and interpretation of scientific information related to protein sequences, three-dimensional structures, functional domains, protein variants, and evolutionary relationships. These skills will enable students to integrate experimental data with computational information to achieve a deeper understanding of the molecular processes underlying protein function.
The achievement of the educational objectives will be supported through lectures, seminars delivered by experts in the field, and an appropriate period of independent study aimed at the critical re-elaboration of course contents, individual in-depth analysis, and the development of the ability to apply acquired knowledge to the resolution of scientific problems.

Applying Knowledge and Understanding:
Students will be able to apply the acquired knowledge to analyze and classify the main biological macromolecules according to their structural and functional characteristics, as well as to the molecular interactions that determine their roles within biological systems. They will also be able to interpret structure–function relationships of proteins and enzymes, identifying the molecular determinants responsible for biological activity and functional regulatory mechanisms.
Students will acquire the ability to understand, interpret, and schematically describe the main experimental methodologies, including advanced approaches, employed in the study of post-translational modifications of proteins. They will be able to evaluate their biological significance and their impact on the molecular properties, stability, localization, and function of macromolecules.
Furthermore, students will acquire knowledge of the principles underlying the main analytical and preparative separation techniques used for the isolation and purification of proteins and enzymes. They will be able to describe and discuss the chromatographic strategies most commonly employed in biochemical research, understanding their operating principles, the criteria for selecting the most appropriate methodology, and their applications in the study of protein structure and function.
The acquired skills will enable students to critically evaluate integrated experimental approaches for the characterization of biological macromolecules, connecting information obtained through biochemical, structural, and bioinformatics techniques with the investigation of the molecular processes underlying protein function.

Making Judgements:
The course aims to develop students’ ability to analyze, interpret, and critically evaluate complex scenarios and issues in the field of structural and functional biochemistry, promoting an integrated approach to the study of biological macromolecules. Through the acquisition of solid theoretical and methodological knowledge, students will be able to formulate independent assessments based on the interpretation of experimental data, the understanding of molecular mechanisms underlying protein function, and the integration of information derived from different analytical and computational approaches.
The course also promotes the development of the ability to formulate scientific hypotheses, identify appropriate experimental strategies, and critically discuss results obtained through biochemical and structural techniques. Students will acquire the necessary tools to address research problems related to the characterization of proteins and enzymes, consciously evaluating the advantages, limitations, and potential applications of the different methodologies available.

Communication Skills:
Students will develop a specialized and appropriate scientific language to describe the structural and functional characteristics of the main biological macromolecules, with particular reference to proteins and enzymes, structure–function relationship studies, and the biochemical methodologies used for their characterization. They will be able to communicate theoretical concepts, experimental approaches, and obtained results in a clear, rigorous, and coherent manner, using terminology appropriate for different scientific and interdisciplinary contexts within the field of biochemistry.
Students will also acquire the ability to present and critically discuss experimental data, highlighting the biological significance of the results, the methodological strategies adopted, and possible interpretations. They will be able to actively participate in scientific discussions, addressing issues related to the structure, function, and regulation of biological macromolecules.
Furthermore, students will be able to prepare structured and comprehensive scientific reports concerning the study of protein structure and function, appropriately describing the analytical techniques employed, the methodological principles underlying the experiments, the processing and interpretation of the results obtained, and the formulation of conclusions supported by the available data. These skills will enhance their ability to effectively communicate scientific information both in academic environments and in professional and research contexts.

Learning Skills:
The course promotes the development of continuous learning skills and autonomy in study activities, encouraging the acquisition of a critical and conscious approach to the theoretical and practical in-depth analysis of knowledge related to structural and functional biochemistry. Students will be encouraged to develop skills in the analysis, selection, and integration of scientific information, which are essential for independently updating and expanding their expertise in a constantly evolving field.
This educational process will be supported by the critical consultation of specialized textbooks, scientific databases, and relevant primary literature, allowing students to become familiar with the interpretation of scientific articles, the evaluation of the reliability of available information, and the application of acquired knowledge to new biological and biotechnological challenges.
At the end of the course, students will be able to independently approach the study of innovative topics in the field of biomolecular sciences, integrating knowledge from different disciplines such as biochemistry, physiology, genetics, and biotechnology. The methodological and critical skills developed will also enable students to pursue advanced educational pathways and research activities in related scientific fields with an appropriate level of autonomy.

Knowledge and skills supplied by the course of Biochemistry (Bachelor degree in Biological Sciences)

Lessons are delivered orally and include, throughout the course, moments to assess the learning of the content. Slides, scaled molecular models, and free software will be used, and when necessary, videos on the relevant topic will be shown to support and enhance understanding of the material.

The achievement of the learning objectives is certified through passing an oral exam, with the grade expressed on a scale of thirty.

The achievement of the teaching objectives is certified by passing an exam with an evaluation expressed in thirtieths. The oral exam consists of a discussion lasting no longer than about 30 minutes, aimed at ascertaining the level of knowledge of the theoretical contents and the one of competence in the exhibition. The achievement of the teaching objectives is certified by passing an exam with an evaluation expressed in thirtieths. The exam consists in passing an oral test whose evaluation parameters are based on the ability of critical connections, ability to synthesize, and capacity for further study. The student will discuss at least three different topics from the program. The exam will be considered passed if the student has demonstrated sufficient knowledge of the subjects requested.

For the purpose of assessing student performance, the criteria and descriptors contained in Annex 7 of the Teaching Regulations will be applied, ensuring consistency between the expected learning outcomes and the final grade assigned.
<18 Not Passed: The student does not demonstrate results consistent with the descriptors of knowledge and understanding, application, judgment, communication, and learning skills.
18–21 Sufficient Level: The student meets the basic descriptors related to knowledge and understanding of fundamental content and shows an initial ability to apply it in simple contexts.
22–24 Fully Sufficient Level: The student satisfies the descriptors of applied knowledge and understanding, demonstrating the ability to correctly apply key concepts and begin to critically analyze situations relevant to the course topics.
25–26 Good Level: The student shows independent judgment in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively, and communicates results clearly, reflecting more consolidated skills.
27–29 Very Good Level: The student achieves an advanced level across the five areas, with mastery of content, the ability to critically assess complex cases, and strong communication skills, as evidenced in written work and presentations.
30 Excellent Level: The student excels in all Dublin descriptors, with deep knowledge, secure and critical application, autonomous judgment, effective communication, and continuous, creative learning, producing high-quality work both in presentations and oral exams.

Honors (“lode”) may be awarded when the student demonstrates, in addition to the above, exceptional originality, depth, and innovation in their work and presentation, exceeding standard expectations.

Attendance is strongly recommended.

Attending the course allows students to self-assess their understanding through discussions on the topics that will be covered during the course.

Some experimental notions will include the interrogation of protein sequence databases (Uniprot) and the database of the three-dimensional protein structure (PDB). Supporting teaching material will be distributed during the course. Furthermore, the student can use the supporting teaching material made available on the University website: http://www.distabif.unina2.it/dipartimento/docenti?MATRICOLA=058409

The teacher is available to meet with students during office hours on the days indicated in the course description, and upon request submitted via email.

PROTEIN SYNTHESIS. Main controls of protein synthesis. Protein synthesis as a target of antibiotics and toxins from bacteria, fungi and plants. From toxins to immunotoxins. Regulatory mechanisms of protein synthesis. PROTEIN SORTING. Post-translational modifications. Degradation of proteins in cell systems. PROTEIN FOLDING OF IN VITRO AND IN VIVO. Kinetic and energetic aspects. TOPOLOGICAL MOTIF AND STRUCTURE OF THE MAIN PROTEIN FAMILIES. Levels of structural organization. Structural motif and protein domains. Structural alterations of proteins and pathological implications. PROTEIN ENGINEERING. Expression of recombinant proteins. Mutagenesis techniques. EFFICIENCY OF ENZYMATIC CATALYSIS. KM and constant of specificity (kcat / KM). TECHNIQUES FOR PROTEIN PURIFICATION. Insights into enzyme purification. The importance of the biological and/or enzymatic assay. Vis-UV spectrophotometry; centrifugation techniques; low- and high-pressure chromatographic techniques; one and two-dimensional electrophoretic techniques; immunochemistry (immunodiffusion, immunoprecipitation and western blott). Strategies for protein/enzyme purification. Purification table: specific activity and yield. Determination of protein molecular weight. STRUCTURAL CHARACTERIZATION OF PROTEINS. Techniques for studying protein structure: absorption and fluorescence, circular dichroism. Determination of the amino acid composition of a protein. Determination of primary structure of proteins by Edman degradation. De novo sequencing of proteins by MS/MS. Overview of methods for obtaining the three-dimensional structure of proteins: X-ray diffraction and NMR. Advanced techniques for the identification of major post-synthetic modifications.