Programma
Il corso si articolerà in tre parti:
1. Studio delle proprietà, della struttura e della funzione delle macromolecole biologiche;
2. Principali metodologie utilizzate nel laboratorio biochimico. Lo studio teorico dei metodi sperimentali sarà affiancato dalla proiezione e discussione di video;
3. Principi del metabolismo cellulare, vie metaboliche e loro regolazione.
PARTE 1: Le macromolecole biologiche
Architettura delle cellule. Cenni sulla struttura della cellula procariotica e della cellula eucariotica. Differenze e similitudini tra cellule animali e vegetali.
Struttura e funzione degli acidi nucleici. Struttura di nucleosidi e nucleotidi, basi puriniche e pirimidiniche. Struttura del DNA. Ruolo del DNA come vettore dell’informazione genetica. Replicazione del DNA (cenni). Trascrizione (cenni). Ruolo dell’RNA messaggero e dell’RNA transfer nella traduzione delle proteine. Codice genetico. Cenni sul sequenziamento del DNA e sulla tecnologia del DNA ricombinante.
Amminoacidi e proteine. Struttura, stereochimica e proprietà acido-base degli amminoacidi. Legame peptidico. Struttura primaria, secondaria (α-elica, foglietti β), terziaria e quaternaria delle proteine. Grafico di Ramachandran. Ripiegamento delle proteine (folding). Denaturazione e rinaturazione delle proteine. Esperimenti di Anfinsen.
Mioglobina ed emoglobina. Struttura e funzione. Struttura e ruolo del gruppo prostetico. Equilibrio di legame dell’ossigeno alla mioglobina ed equazione che lo descrive. Legame cooperativo dell’ossigeno all’emoglobina. Equazione di Hill. Modello simmetrico e modello sequenziale dell’allosteria. Effetto Bohr. Effettori allosterici dell’emoglobina (protoni, CO2, 2,3-bisfosfoglicerato). Emoglobina fetale. Cenni sulla struttura degli anticorpi. Legame antigene-anticorpo. Anticorpi catalitici.
Lipidi e membrane biologiche. Cenni sulla classificazione e sui ruoli biologici dei lipidi. Struttura e organizzazione delle membrane biologiche. Proteine di membrana. Trasporto passivo facilitato: ionofori e porine. Trasporto attivo. Sistemi di traslocazione: uniporto, simporto, antiporto. Trasporto attivo guidato da ATP: pompa Na+-K+ e Ca2+-ATPasi (Na/K; Ca/H; H/K). Trasporto attivo guidato da gradienti ionici: il trasporto secondario del glucosio nell'epitelio intestinale.
Enzimi. Specificità di substrato, stereospecificità, specificità prochirale. Strategie catalitiche (catalisi acido-base, covalente etc.). Cenni su nomenclatura e classificazione degli enzimi. Cinetica enzimatica. Equazione di Michaelis-Menten. Inibizione enzimatica: inibizione competitiva, incompetitiva e mista (equazioni). Esempio di meccanismo catalitico: le proteasi a serina. Regolazione dell’attività enzimatica: regolazione allosterica e modificazioni covalenti.
PARTE 2: Le metodologie biochimiche.
Metodologie biochimiche. Strategie di purificazione delle proteine. Scelta della fonte. Dosaggio delle proteine. Principali tecniche cromatografiche ed elettroforetiche. Cenni sulla spettrometria di massa. La struttura primaria delle proteine e l’evoluzione molecolare. Cenni sulle tecniche per determinare la struttura tridimensionale delle proteine (cenni sulla cristallografia ai raggi X, sull’NMR e sulla Cryo-EM).
PARTE 3: Il metabolismo.
Aspetti generali del Metabolismo. Vie cataboliche e anaboliche. Approcci sperimentali allo studio del metabolismo. Le reazioni accoppiate. ATP e potenziale di trasferimento del gruppo fosforico. Reazioni di ossidoriduzione e trasportatori di elettroni (NAD+, NADP+, FAD e FMN). Potenziale redox.
Metabolismo dei carboidrati. Glicolisi: reazioni della via glicolitica. Fermentazione omolattica e fermentazione alcolica. Gluconeogenesi. Via del pentoso fosfato: reazioni della fase ossidativa e generalità sulla fase non ossidativa. Regolazione coordinata della glicolisi e della gluconeogenesi (ruolo del fruttosio 2,6 bisfosfato e controllo ormonale). Cenni sul metabolismo del glicogeno: degradazione e sintesi.
Complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi. Cenni sulla struttura. Meccanismo di reazione della piruvato deidrogenasi.
Ciclo dell’acido citrico. Reazioni del ciclo. Ruolo anfibolico e reazioni anaplerotiche. Cenni sulla regolazione.
Metabolismo dei lipidi. Attivazione e degradazione degli acidi grassi. Cenni sui corpi chetonici, biosintesi degli acidi grassi e ciclo del gliossilato.
Metabolismo degli amminoacidi. Ruolo e meccanismo d’azione delle transaminasi. Deamminazione ossidativa del glutammato. Cenni sul ciclo dell’urea. Cenni sulla degradazione degli aminoacidi. Cenni sul ruolo e struttura dei trasportatori di unità monocarboniose (tetraidrofolato e adenosilmetionina).
Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa. Generalità sui trasportatori degli elettroni. Cenni sul funzionamento dei complessi I-IV. Generazione della forza motrice protonica. Struttura e meccanismo dell’ATP sintasi (catalisi rotazionale).
ATTENZIONE: Per ulteriore chiarezza, si specifica che è richiesta la conoscenza delle formule di struttura delle seguenti molecole di interesse biochimico:
• I 20 amminoacidi (GALVIPFYHWKRDENQCSTM) e il legame peptidico
• Ossi e desossi-nucleotidi e legame fosfodiesterico nel R(D)NA.
• ATP e GTP, cAMP e cGMP
• Glucosio (forma ciclica α e β; legami α e β glicosidici), fruttosio
• Triacilgliceroli, glicerolo-3-fosfato, glicerofosfolipidi, sfingosina, sfingolipidi
• NAD(P)+/NAD(P)H; FAD/FADH; FMN; Q/QH2
• Coenzima-A, eme (protoporfirina IX), piridossal-5’-fosfato (PLP)
• Gli intermedi delle seguenti vie metaboliche: glicolisi, fermentazione omolattica e alcolica, gluconeogenesi, via dei pentosi fosfato (solo fase ossidativa), ciclo di Krebs (incluso meccanismo di reazione della piruvato deidrogenasi), attivazione e -ossidazione degli acidi grassi. Le strutture degli intermedi delle vie metaboliche indicate nel programma come “cenni” non devono essere conosciute.
Prerequisiti
INDISPENSABILE. Conoscenza dei concetti di base della chimica generale e della chimica organica. In particolare, è necessario conoscere: a) le proprietà dei principali gruppi funzionali; b) il meccanismo delle reazioni di sostituzione e addizione nucleofila; c) il concetto di acido, base e di pH; d) le proprietà delle soluzioni tampone.
Testi di riferimento
“Principi di Biochimica” Voet, Voet, Pratt - Zanichelli
Modalità insegnamento
Le lezioni si tengono normalmente in presenza.
Tuttavia, in caso di specifiche disposizioni governative e regionali legate all'emergenza COVID-19, in alcuni periodi le lezioni potrebbero svolgersi in modalità mista (in presenza e a distanza).
Il corso sarà svolto tramite lezioni frontali teoriche (44 ore) ed esercitazioni teoriche in classe (4 ore).
Lezioni frontali:
1) Svolgimento di un test d’ingresso anonimo per la valutazione delle conoscenze di base. Correzione e discussione del test. Spiegazione dei concetti che costituiscono i prerequisiti del corso, su richiesta degli studenti e in base ai risultati del test.
2) Spiegazione degli argomenti oggetto del programma tramite proiezione di diapositive e materiale audiovisivo. Questo modello didattico è volto a fornire la conoscenza teorica della Biochimica.
3) Discussioni aperte degli argomenti di lezione, durante le quali gli studenti sono chiamati a intervenire, che hanno lo scopo di sviluppare le capacità di comunicazione, critica e giudizio.
Esercitazioni teoriche in classe:
1) Proiezione e discussione di video sulla purificazione delle proteine (2 ore in classe)
2) Proiezione e discussione di video sull'elettroforesi (2 ore in classe)
Le esercitazioni hanno lo scopo di approfondire i concetti teorici studiati a lezione, anche tramite esercitazioni numeriche, e di metterli in pratica.
Frequenza
La frequenza non è obbligatoria ma è fortemente raccomandata.
Modalità di esame
L'esame di valutazione di Biochimica, che si svolge al termine dell’insegnamento, è orale anche se prevede la scrittura di strutture chimiche, grafici e schemi.
Si articola in tre fasi della durata di circa 10 minuti ciascuna. Le tre fasi dell’interrogazione vertono sulle parti del programma: le macromolecole biologiche, le metodologie biochimiche e il metabolismo.
In generale, la preparazione dello studente sarà valutata in base alla sua capacità di descrivere i processi biochimici in modo chiaro e scientificamente rigoroso e di saper collegare i vari argomenti, dimostrando di aver compreso la logica biochimica dei viventi. In particolare, allo studente sarà richiesta: la conoscenza della struttura e della funzione delle principali classi di macromolecole biologiche; la capacità di spiegare le principali vie metaboliche in termini di reazioni chimiche, riconoscendo e riproducendo le strutture dei metaboliti; la capacità di spiegare i principi e le applicazioni delle più comuni metodologie biochimiche. Ai fini della valutazione complessiva della preparazione dello studente, saranno prese in considerazione anche le capacità di comunicazione, critica e giudizio.
Bibliografia
Non prevista
Modalità di erogazione
Le lezioni si tengono normalmente in presenza.
Tuttavia, in caso di specifiche disposizioni governative e regionali legate all'emergenza COVID-19, in alcuni periodi le lezioni potrebbero svolgersi in modalità mista (in presenza e a distanza).
Il corso sarà svolto tramite lezioni frontali teoriche (44 ore) ed esercitazioni teoriche in classe (4 ore).
Lezioni frontali:
1) Svolgimento di un test d’ingresso anonimo per la valutazione delle conoscenze di base. Correzione e discussione del test. Spiegazione dei concetti che costituiscono i prerequisiti del corso, su richiesta degli studenti e in base ai risultati del test.
2) Spiegazione degli argomenti oggetto del programma tramite proiezione di diapositive e materiale audiovisivo. Questo modello didattico è volto a fornire la conoscenza teorica della Biochimica.
3) Discussioni aperte degli argomenti di lezione, durante le quali gli studenti sono chiamati a intervenire, che hanno lo scopo di sviluppare le capacità di comunicazione, critica e giudizio.
Esercitazioni teoriche in classe:
1) Proiezione e discussione di video sulla purificazione delle proteine (2 ore in classe)
2) Proiezione e discussione di video sull'elettroforesi (2 ore in classe)
Le esercitazioni hanno lo scopo di approfondire i concetti teorici studiati a lezione, anche tramite esercitazioni numeriche, e di metterli in pratica.