Περιγραφή θέματος

  • Γενικά

    Ανόργανη Βιολογική Χημεία

    Διδάσκοντες: Καθ. Ιωάννης Χ. Πλακατούρας (Συντονιστής), Καθ. Αχιλλέας Γαρούφης, Καθ. Μαρία Λουλούδη, Αναπλ. Καθ. Γεράσιμος Μαλανδρίνος

    • Περιγραφή μαθήματος

      Γενική εισαγωγή για τα μέταλλα στους ζωντανούς οργανισμούς. Η βιολογική χημεία των μεταλλοϊόντων ή/και η ανόργανη χημεία των βιολογικών μορίων. Εισαγωγή στην ανόργανη χημεία και εισαγωγή στην πεπτιδοχημεία. Ειδικά κεφάλαια που σχετίζονται με:

      1. Kαθορισμό του άμεσου περιβάλλοντος του μετάλλου στις μεταλλοπρωτείνες, στα νουκλεϊνικά οξέα, στους υδατάνθρακες και στις μεμβράνες.
      2. Διερεύνηση του μηχανισμού των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στα μεταλλικά κέντρα των ενζύμων.
      3. Σχεδιασμό, σύνθεση, δομή, φασματοσκοπία, βιομιμητικές αντιδράσεις συνθετικών αναλόγων ενεργών κέντρων των μεταλλοπρωτεϊνών.
      4. Σύνθεση χημικών ενώσεων με φαρμακευτικές ιδιότητες που περιέχουν μεταλλικά ιόντα για την πρόληψη, διάγνωση και θεραπεία διαφόρων ασθενειών και μελέτη συσχέτισης δομής-βιολογικής δράσης και μηχανισμού δραστικότητας.

    • Μαθησιακοί στόχοι

      Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα πρέπει να είναι σε θέση:

      • Να γνωρίζουν και να κατανοούν τη σπουδαιότητα των μετάλλων στους οργανισμούς. Τους τρόπους και τις αιτίες που συμπεριλήφθηκαν τα μεταλλικά στοιχεία και ιχνοστοιχεία στους οργανισμούς κατά την εξελικτική πορεία των ειδών και τις καταστάσεις που οδηγούν σε πενία και τοξικότητα των στοιχείων.
      • Να γνωρίζουν τη δομή και τον τρόπο λειτουργίας των ενεργών κέντρων των σημαντικών βιολογικών μορίων που περιέχουν μεταλλοϊόντα.
      • Να τον τρόπο αλληλεπίδρασης των μεταλλικών ιόντων με βιολογικά μόρια και πως αυτός οδηγεί σε λειτουργίες και φαινόμενα τοξικότητας.
      • Να γνωρίζουν μερικά μεταλλοφάρμακα και τον τρόπο λειτουργίας τους.

    • Λέξεις κλειδιά

      Ο ρόλος των μεταλλικών ιόντων στα βιολογικά συστήματα, ο βιολογικός περιοδικός πίνακας, απαραίτητα και μη απαραίτητα στοιχεία, μεταλλοπρωτεΐνες, ένζυμα, μη πρωτεϊνικά συστήματα, μεταφορά μετάλλων, αποθήκευση μετάλλων, μεταλλικά ιόντα και DNA, μεταλλογονιδίωμα, μεταλλοφάρμακα.

  • 1. Τα μεταλλοϊόντα στους ζωντανούς οργανισμούς

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Στην πρώτη θεματική ενότητα του μαθήματος εξετάζονται:

    • Αιτίες που βρέθηκαν τα μεταλλοϊόντα στους ζωντανούς οργανισμούς και ο μεταβολισμός τους.
    • Το πώς εφαρμόζονται θεμελιώδεις αρχές της ανόργανης χημείας και της χημείας ένταξης στην κατανόηση της δομής και της λειτουργίας των περιοχών που περιέχουν μέταλλα στα βιολογικά μόρια (κυρίως πρωτεΐνες) και topics που σχετίζονται με την τοξικότητα και την φαρμακευτική δράση - ενώσεων των μετάλλων.

    Λέξεις κλειδιά: Ο ρόλος των μεταλλικών ιόντων στα βιολογικά συστήματα, ο βιολογικός περιοδικός πίνακας, απαραίτητα και μη απαραίτητα στοιχεία.

  • 2. Λειτουργία Μέταλλο – Πρωτεϊνών

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: 

    Α. Διαχείριση, αποθήκευση και μεταφορά μοριακού οξυγόνου (αναπνοή)

    Β. Μεταφορά ηλεκτρονίων (φωτοσύνθεση)

    Γ. Διαχείριση μοριακού οξυγόνου-συμμετοχή του στα ένζυμα 

    Λέξεις κλειδιά: Μεταλλοπρωτεΐνες, ένζυμα, μη πρωτεϊνικά συστήματα, μεταφορά μετάλλων, αποθήκευση μετάλλων.

  • 3. Αντικαρκινικά Φάρμακα

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Αντικαρκινικά φάρμακα που βασίζονται στον λευκόχρυσο και μηχανισμοί δράσης. Βελτιστοποίηση αυτών.

    Λέξεις κλειδιά: Μεταλλοφάρμακα, cis-platin και άλλα, Ru.

  • 4. Χημεία Αλληλεπιδράσεων Μεταλλικών Ιόντων με Νουκλεϊκά Οξέα

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: 

    • Η τοξικότητα των μεταλλικών ιόντων προέρχεται και από τις αντιδράσεις τους με νουκλεϊκά οξέα.
    • Παρεμβαίνουν σε μεταλλο-ρυθμιστικές πρωτεΐνες εμποδίζοντας την έκφραση γονιδίων
    • Σύνθεση νέων αντικαρκινικών φαρμάκων στη βάση του cisplatin.
    • Διαγνωστικά αντιδραστήρια για τη δομή και λειτουργία του DNA.
    • Η φύση έχει επιλέξει τον Fe στην μπλεομυκίνη για να στοχεύει και να προκαλεί βλάβες σε ‘ξένο’ DNA, τον Zn στις πρωτεΐνες δακτύλου-Zn ώστε να συνδέεται στο DNA και να ρυθμίζει την μεταγραφή.

    Λέξεις κλειδιά: Μεταλλικά ιόντα και DNA, μεταλλογονιδίωμα.

  • 5. Σύμπλοκα Μεταλλικών Ιόντων με Πεπτίδια

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Μελετάται η σπουδαιότητα των μεταλλικών ιόντων σε βιολογικά συστήματα:

    • Πρωτεΐνες – ένζυμα
    • Μοντέλα τους →πεπτίδια
    • Βιοανόργανη Χημεία

    Λέξεις κλειδιά: Αμινοξέα, πεπτίδια και πρωτεϊνες και αλληλεπιδράσεις αυτών με μεταλλοϊόντα.

  • 6. Αλληλεπιδράσεις των Cu(II) και Ni(II) με Πεπτιδικά Μοντέλα Ιστονών

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Έμμεση επίδραση των μεταλλοϊόντων στο DNA και επαγόμενη τοξικότητα. Η Υδρόλυση των ιστονών και τα προϊόντα της ως καταλύτες οξέιδωσης των βάσεων του DNA.

    Λέξεις κλειδιά: Ιστόνες, υδρόλυση ιστονών, οξείδωση βάσεων DNA.

  • Βιβλιογραφία

    Προτεινόμενα συγγράμματα

    • «Βιοανόργανη Χημεία», Δ. Κεσίσογλου, Γ. Ψωμάς, 2011, Εκδ. ΖΗΤΗ
    • «Biological Inorganic Chemistry. Structure and Reactivity», I. Bertini, H. B. Gray, E. I. Stiefel, J. Selverstone Valentine, 2007, University Science Books
    • «Biological Inorganic Chemistry. An Introduction», Robert R. Crichton, 2008 Elsevier
    • «The Biological Chemistry of the Elements. The Inorganic Chemistry of Life», 2nd Ed., J. J. R. F. da Silva, R. J. P. Williams, 2001, Oxford University Press
    • «Bioinorganic Medicinal Chemistry», E. Alessio Ed., 2011, Wiley VCH.

    Επιπλέον συνιστώμενη βιβλιογραφία και υλικό προς μελέτη

    Metal Ions in Biological Systems, 43 Vol. Set, CRC Press.