La conoscenza dei biocatalizzatori, dei microrganismi e delle possibili applicazioni in diverse configurazioni reattoristiche, in forma libera o immobilizzata, per i diversi settori della biocatalisi industriale. Lo studente dovrà conoscere: - i concetti fondamentali riguardanti le strutture proteiche, gli enzimi ed i microorganismi - la biochimica di crescita e di produzione di microorganismi - le tecniche di immobilizzazione di enzimi e microorganismi - le tecniche per la valutazione delle cinetiche enzimatiche e di crescita dei microorganismi. - i criteri di valutazione delle interazioni tra biocatalizzatori e reattori. - caratteristiche di fermentatori su scala industriale, scale-up di bioreattori: criteri ed analisi critica. Lo studente dovrà acquisire le conoscenze e la capacità critica per: - valutare l’interazione tra enzima/microrganismo e reattore. - selezionare la configurazione reattoristica ottimale per ogni tipologia di biocatalizzatore nelle diverse applicazioni. - produrre un elaborato di gruppo su una determinata tematica assegnata.

Introduzione: complessità dei sistemi biologici. Biochimica e microbiologia: composizione biochimica della cellula procariotica ed eucariotica e principali molecole di interesse biotecnologico industriale. La struttura delle proteine. Nomenclatura e classificazione degli enzimi. Proprietà degli enzimi. Meccanismi cinetici. Tipi principali di catalisi: acido-basica, covalente, mediata da metalli. Analisi enzimatica: attività e unità (dosaggio di attività enzimatica, dosaggio quantità dell’enzima, purezza dell’enzima). Fattori chimico-fisici che influenzano l’attività enzimatica di enzimi isolati o cellule intere. Organismi estremofili (termofili, psicrofili, alofili e barofili) come fonti naturali di enzimi più resistenti a condizioni operative estreme. Metodi per il miglioramento della biocatalisi: nuovi biocatalizzatori prodotti attraverso tecniche genetico-molecolari e di ingegneria proteica (concetti di base, nuovi sviluppi, limiti e prospettive). Valutazione delle cinetiche di crescita e di produzione. Approcci modellistici descrittivi e predittivi. Tecniche di immobilizzazione di enzimi e microrganismi. Bioreattori, fenomeni di trasporto, trattamenti e processi di up-stream e down-stream.

Lezioni, attività di gruppo e laboratorio didattico.

Verrà fornita copia del materiale didattico impiegato durante le lezioni. Testi suggeriti per approfondimenti degli argomenti trattati a lezione: - M. Piumetti "Molecular Dynamics and Complexity in Catalysis and Biocatalysis", Springer (2022) - D.L. Nelson, M.M. Cox "Principles of Biochemistry, Lehninger", Macmillan (2017) - M. Maccarrone "Metodologie Biochimiche e Biomolecolari", Zanichelli (2022)

Lecture slides;

Exam: Compulsory oral exam; Group project;

L'esame consiste in un colloquio orale che ha l’obiettivo di verificare la conoscenza e la comprensione della materia. In particolare, verrà valutata: - la conoscenza in ambito biochimico degli enzimi, dei microrganismi e delle loro applicazioni industriali; - la conoscenza dei criteri per la definizione e lo sviluppo di bioreattori che utilizzano materiale biologico per applicazioni d’interesse industriale; - l’analisi critica di differenti alternative processistiche ed impiantistiche; - la capacità di selezionare la configurazione bioreattoristica ottimale per ogni tipologia di biocatalizzatore. Valutazione massima 20 punti . Verrà valutata inoltre la qualità dell'elaborato di gruppo su una determinata tematica concordata con il docente. Valutazione massima 10 punti.

In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.