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    Anna MESSERE

    Insegnamento di SINTESI ORGANICA DI MOLECOLE BIOATTIVE

    Corso di laurea magistrale a ciclo unico in FARMACIA

    SSD: CHIM/06

    CFU: 4,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 32,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Struttura degli oligonucleotidi naturali. Struttura e funzione degli analoghi oligonucleotidici. Sintesi chimica di oligonucleotidi e analoghi. Metodi di purificazione e caratterizzazione di oligonucleotidi.
    Struttura dei peptidi naturali. Struttura e funzione degli analoghi peptidici. Sintesi di chimica di peptidi. Metodi di purificazione e caratterizzazione di peptidi.
    Principi di sintesi chimica combinatoriale.

    Testi di riferimento

    Materiale ed articoli bibliografici forniti dal docente.

    Obiettivi formativi

    Fornire allo studente la capacità di analizzare la struttura e proporre la sintesi chimica di molecole bioattive quali acidi nucleici, peptidi e loro analoghi.
    Migliorare e completare la preparazione dello studente nella chimica sintetica dedicata alla produzione di fine-chemicals, in particolare di composti biologicamente attivi.
    Completare la visione dei fenomeni chimici direttamente connessi ai fenomeni biologici.

    Prerequisiti

    Conoscenze e abilità fornite dal corso di Chimica organica

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali

    Metodi di valutazione

    L’esame consiste nel superamento, con una votazione di almeno 18/30, di una prova orale, dove lo studente dovrà applicare le conoscenze acquisite sulla nomenclatura, sulla struttura e sulla sintesi organica di biomolecole. L’esame orale è volto a valutare la capacità di ragionamento e di collegamento tra i vari argomenti del corso ed è costituito da domande sul riconoscimento delle biomolecole (nucleosidi, nucleotidi, amminoacidi, peptidi, analoghi). Sarà valutata la capacità di organizzare l’esposizione sulla sintesi e sulle possibili applicazioni delle molecole bioattive.

    Altre informazioni

    Analisi di pubblicazioni recenti sull’argomento

    Programma del corso

    Gli Acidi Nucleici: Nucleosidi e nucleotidi, nomenclatura, conformazioni dello zucchero. La doppia elica e fattori coinvolti nella formazione di duplex, polimorfismo del DNA, strutture triplex e quadruplex, la temperatura di fusione, spettroscopia UV e di dicroismo circolare di acidi nucleici. Oligonucleotidi sintetici – oligonucleotidi come farmaci di nuova generazione, approcci di terapie genica: antisenso, antigene, decoy, aptameri, siRNA, miRNA mimics, anti-miRNA. Oligonucleotidi come strumenti diagnostici: DNA microarray. Limiti degli oligonucleotidi naturali, oligonucleotidi modificati: modifiche allo scheletro zucchero-fosfato, modifiche delle nucleobasi, oligonucleotidi coniugati. Analoghi oligonucleotidici: Peptide Nucleic Acids (PNA); struttura, proprietà, applicazioni e limiti dei PNA.
    Sintesi chimica di oligonucleotidi: sintesi in fase solida: vantaggi e limiti, sintesi multistadio e resa globale, sintesi convergente, sintesi divergente. I supporti solidi: matrici, linkers, funzionalizzazione del supporto, struttura e proprietà di alcuni supporti commercialmente disponibili. Strategia dei gruppi protettori, gruppi protettori semipermanenti, gruppi protettori temporanei, gruppi protettori delle nucleobase, gruppi protettori delle funzioni ossidriliche, sintesi di monomeri nucleosidici, metodo “transient protection”, gruppi protettori del fosfato. Formazione del legame internucleosidico: metodo del fosfodiestere, metodo del fosfotriestere, metodo del fosforammidito, ciclo di sintesi automatizzata, metodo dell’H-fosfonato, intermedi a confronto. Sintesi in fase solida di RNA. Sintesi chimica di oligonucleotidi modificati: oligonucleotidi modificati, proprietà a confronto, oligonucleotidi chimerici, sintesi in fase solida di oligonucleotidi 5’-coniugati, sintesi in fase solida di oligonucleotidi 3’-coniugati, sintesi in fase solida di oligonucleotidi coniugati con peptidi, sintesi in fase solida di oligonucleotidi glico-coniugati.
    Sintesi di analoghi: sintesi di PNA.
    Sintesi in fase solida di peptidi: chimica Boc, chimica Fmoc. Gruppi protettori degli amminoacidi, agenti attivanti. Racemizzazione e problemi nella sintesi peptidica. Temperatura di fusione, UV e dicroismo circolare di peptidi.
    Metodi di sintetici innovativi e secondo principi di green chemistry.
    Purificazione di oligonucleotidi, peptidi ed analoghi di sintesi. Tecniche cromatografiche per la purificazione di oligonucleotidi, peptidi ed analoghi: cromatografia di adsorbimento, cromatografia a scambio ionico, HPLC a fase diretta e a fase inversa, cromatografia ad esclusione molecolare, cromatografia di affinità.
    Metodi per la caratterizzazione di oligonucleotidi, peptidi ed analoghi.
    Sintesi combinatoriale: obiettivi della chimica combinatoriale, diversità chimica, approccio combinatoriale per l’individuazione di un “lead”, chimica combinatoriale in fase solida, metodo split and mix. Sintesi di librerie di nucleosidi, di nucleotide e di peptidi. Deconvoluzione di librerie di molecole bioattive

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Structure of natural oligonucleotides. Oligonucleotide analogues: structure and functions. Chemical synthesis of oligonucleotides and analogues. Purification of characterization methods for oligonucleotides and analogues.
    Structure of natural peptides. Peptide analogues: structure and functions. Chemical synthesis of peptides. Purification of characterization methods for peptides and analogues.
    Principles of combinatorial chemistry approach.

    Textbook and course materials

    Bibliographic material and articles provided by the teacher.

    Course objectives

    Provide the student with the ability to analyze the structure and propose the chemical synthesis of bioactive molecules such as nucleic acids, peptides and their analogues.
    Improve and complete the student's preparation in synthetic chemistry dedicated to the production of fine chemicals, in particular of biologically active compounds.
    Complete the vision of chemical phenomena directly connected to biological phenomena.

    Prerequisites

    Knowledges and skills furnished by the course of Organic Chemistry

    Teaching methods

    Lectures

    Evaluation methods

    The exam consists in the successful completion, with the minimum value of 18/30, of the oral test, where the student will have to apply the knowledge acquired on the nomenclature, structure and organic synthesis of biomolecules. The oral exam aims to the evaluation of the thinking capacities and linking among the different subject of the course. It is constituted by questions on the recognition of biomolecules (nucleosides, nucleotides, aminoacids, peptides, analogues). The ability to organize the exhibition on the synthesis and possible applications of bioactive molecules will be assessed.

    Other information

    Analysis of recent publications of the interest

    Course Syllabus

    Nucleic Acids: nucleosides and nucleotides, nomenclature, sugar conformations. Double helix and factors involved in duplex formation, DNA polymorphism, triplex and quadruplex structures, melting temperature, UV and circular dichroism spectroscopy for nucleic acids. Synthetic oligonucleotides: oligonucleotides as next generation drugs, gene therapy approaches: antisense, antigene, decoy, aptamers, siRNA, miRNA mimics, anti-miRNA. Oligonucleotides as diagnostic tools: DNA microarray. Limits of natural oligonucleotides, modified oligonucleotides: modifications to the sugar- phosphate backbone, modified nucleobases, conjugated oligonucleotides. Oligonucleotide analogues: Peptide Nucleic Acids (PNA); structure, properties, applications and limits of PNAs.
    Chemical synthesis of oligonucleotides: solid phase synthesis: advantages and limitations, multistep synthesis and global yield, convergent synthesis, divergent synthesis. Solid supports: matrices, linkers, support functionalization, structure and properties of some commercially available supports. Strategy of protecting groups, permanent protecting groups, temporary protecting groups, protecting groups of nucleobases and ribose, protecting groups of hydroxyl functions, synthesis of nucleoside monomers, transient protection method, protecting groups of phosphate. Internucleoside bond formation: phosphodiester method, phosphotriester method, phosphoramidite method, automated synthesis cycle, H-phosphonate method, intermediates in comparison. Solid phase synthesis of RNA. Chemical synthesis of modified oligonucleotides: modified oligonucleotides and their properties, chimeric oligonucleotides, solid phase synthesis of 5'-conjugated oligonucleotides, solid-phase synthesis of 3'-conjugated oligonucleotides, solid-phase synthesis of peptide-conjugated oligonucleotides, and synthesis in solid phase of glyco-conjugated oligonucleotides.
    Synthesis of analogue oligonucleotides: PNA synthesis.
    Peptide solid phase synthesis: Boc chemistry, Fmoc chemistry. Protecting groups of amino acids, activating agents. Racemization and problems in peptide synthesis. Melting temperature, UV and circular dichroism spectroscopy for peptides.
    Innovative, improved, and green synthetic strategies.
    Purification of oligonucleotides, peptides and synthetic analogues. Chromatographic techniques for the purification of oligonucleotides, peptides and analogues: adsorption chromatography, ion exchange chromatography, direct and reverse phase HPLC, molecular exclusion chromatography, affinity chromatography.
    Methods for the characterization of oligonucleotides, peptides and analogues.
    Combinatorial synthesis: aims of combinatorial chemistry, chemical diversity, and combinatorial approaches for the identification of a lead compound, solid phase combinatorial chemistry, split and mix method. Synthesis of libraries of nucleosides, nucleotides and peptides. Deconvolution of libraries of bioactive molecules

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