Biochimica degli adattamenti

Conoscenze di base di chimica inorganica e organica, legami chimici, stechiometria delle reazioni, citologia, trascrizione del DNA e traduzione.

Basis knowledge of inorganic and organic chemistry, chemical bonds, stoichiometry of reactions, cytology, DNA transcription and translation.

Applicazioni biotecnologiche dei microrganismi

Biotechnological applications of microorganisms

Il corso si propone di fornire le conoscenze delle basi biochimiche dell’adattamento, da un punto di vista sia strutturale che funzionale. In particolare, verranno studiati i meccanismi di adattamento agli stress ambientali sia nei microrganismi, sia negli organismi superiori. Verrà studiato il metabolismo aerobio e anaerobio nei microrganismi e la loro conseguente importanza nella biosfera, come ad esempio nei cicli dello zolfo e dell’azoto. In particolare, verranno descritte le strategie
metaboliche di adattamento degli organismi a condizioni estreme con particolare riferimento ai cambiamenti nella struttura e nella funzione delle macromolecole biologiche (complessi enzimatici, variazione nelle membrane) che ne permettono la sopravvivenza.

The course aims to provide the knowledge of the biochemical basis of adaptation, from both structural and functional point of views. In particular, we will study the mechanisms of adaptation to environmental stresses in both microorganisms, and in higher organisms. The anaerobic and aerobic metabolism in microorganisms will be studied as well as their consequent importance in the biosphere, such as sulfur and nitrogen cycles. In particular, we will describe the metabolic strategies of
adaptation of organisms to extreme conditions, with particular reference to changes in the structure and function of biological macromolecules (enzyme complexes, changes in the membranes) that allow survival.

Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di conoscere la struttura e la funzione delle macromolecole biologiche e come la loro composizione/struttura cambia a seguito di stress ambientali. Inoltre, conoscerà i principali cicli metabolici e come questi si adattano ai diversi ambienti estremi. Nella parte di laboratorio, apprenderà come utilizzare database di strutture proteiche, analizzarle attraverso il software UCSF Chimera e compararle con riferimento a proteine non adattate. inoltre, leggerà uno o più articoli scientifici, che servirà per la preparazione del seminario.

At the end of the course, students will know the structure and function of biological macromolecules and how their composition / structure changes as a consequence of environmental stresses . Moreover, he will know the main metabolic pathways and how these adapt to different extreme environments . In the practicals, he will learn how to use protein structure database, to analyze protein structures through the software UCSF Chimera and compare them with rnon- adapted proteins . Furthermore , it will read one or more scientific articles , which will serve for the preparation of the seminar .

Lo stress ambientale
Meccanismi di regolazione metabolica
Adattamento degli enzimi e delle membrane biologiche
Protezione da parte di metaboliti e molecole non proteiche
Le proteine da shock
Il metabolismo anaerobio: batteri che utilizzano nitrati, solfati, anidride carbonica e idrogeno.
La tolleranza all’anossia negli organismi eucarioti
La tolleranza alla temperatura
La tolleranza all’ibernazione e all’estivazione
I batteri estremo fili: acidofili, alcalofili, alofili.
Visualizzazione e analisi di sequenze e strutture di proteine di
adattamento.

Environmental stressors induce changes in the structure-function of biological macromolecules (proteins, membrane lipids) allowing the survival of different organisms in extreme environments. In particular, different fine mechanisms of metabolic regulation have been described
for the adaptation of both bacteria and eukaryotes and will be described in detail. The biochemical mechanisms allowing tolerance to anoxia, hybernation, estivation will be discussed.
Specific proteins (heat shock proteins) have been evolved and their structural and functional features will be described at molecular level, visualized and analysed during the practicals by using proteomics tools and software.
Microrganisms living in estreme environments will be studied and their importance in the biosphere cycle highlighted.

Lezioni frontali: 36 ore

Esercitazioni di laboratorio computazionale: 12 ore

Lectures: 36 hours

Computaional practicals: 12 hours 

Lo studente dovrà dimostrare di conoscere e di poter comparare sia la struttura-funzione delle macromolecole biologiche in sistemi adattati e non, sia gli adattamenti metabolici principali. Inoltre, gli studenti che frequentano le esercitazioni preparano un seminario di presentazione focalizzato su un particolare adattamento, che viene valutato e pesa per il 10% sul voto finale. Il seminario esonera dall'esame finale la lezione sugli adattamenti delle proteine degli estremofili.

L'esame è orale e il voto è in trentesimi.

The student should demonstrate to know and to be be able to compare both the structure and function of biological macromolecules in adapted and non-adapted systems, and the main metabolic adaptations. In addition, students who attend the practicals prepare a  seminar focused on a particular adaptation, which is evaluated and accounts for 10 % of the final mark . The seminar exempts from the final lesson on the adaptations of proteins extremophiles.
The exam is oral and the vote is out of thirty .

 

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito internet
http://naturali.campusnet.unito.it/do/home.pl
I testi base consigliati per il corso sono:
Functional Metabolism: Regulation and Adaptation. Kenneth B. Storey
(Editor)
E’ fortemente consigliato l’utilizzo del seguente materiale per
approfondimenti e integrazioni:
- presentazioni powerpoint e appunti delle lezioni;
- articoli e reviews prese dalla letteratura come indicato durante le
lezioni.

The course material presented in class is available on the website http:
//naturali.campusnet.unito.it/do/home.pl
The recommended basic texts for the course are:
Functional Metabolism: Regulation and Adaptation. Kenneth B. Storey
(Editor)
It 'strongly advised to use the following material for insights and
additions:
- Powerpoint presentations and lecture notes;
- Articles and reviews taken from the literature as shown in class.