Physics - Fisica

ALBERTO BOFFI

Comprendere le basi molecolari delle funzioni biologiche e la rete delle loro interazioni sia logiche che fisiche nel metabolismo cellulare.Understanding the molecular basis of biological functions and the network of their interactions, both logical and physical, in the cell metabolism

Dettaglio dei Risultati di Apprendimento Attesi

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:

1. **Conoscenza e comprensione**

* Descrivere con accuratezza la struttura chimica e funzionale delle principali biomolecole (nucleotidi, amminoacidi, proteine, carboidrati, lipidi) e comprendere le relazioni tra struttura e funzione.
* Illustrare i principi fondamentali della termodinamica e della cinetica chimica e applicarli ai processi biochimici (reazioni enzimatiche, ossido-riduzione, interazioni proteina-ligando).
* Spiegare i meccanismi dei principali percorsi metabolici (glicolisi, ciclo di Krebs, metabolismo dell’azoto, catena respiratoria mitocondriale) e della fotosintesi (compreso il ciclo di Calvin).
* Comprendere le basi quantistiche dell’interazione luce-materia organica e applicare modelli semplificati agli studi spettroscopici biologici.

2. **Abilità applicative e operative**

* Applicare modelli termodinamici e cinetici per descrivere e prevedere il comportamento delle interazioni tra enzimi, substrati e ligandi.
* Analizzare sequenze proteiche e dedurre informazioni sulla funzione, la struttura terziaria e le possibili interazioni biomolecolari.
* Utilizzare strumenti bioinformatici (alignment, modellazione 3D, predizione strutturale) per progettare varianti proteiche e valutare le conseguenze strutturali e funzionali delle mutazioni.
* Progettare e condurre, in gruppo, un progetto integrato di ingegneria proteica/nanobiotecnologia, sintetizzando i risultati sotto forma di articolo scientifico.

3. **Capacità critiche e di integrazione**

* Integrare conoscenze provenienti da chimica, fisica e biologia per comprendere processi biochimici complessi a livello molecolare e cellulare.
* Valutare criticamente modelli teorici e risultati sperimentali, discutendo limiti e assunzioni degli stessi.
* Sviluppare una visione sistemica dei processi cellulari integrati: collegare metabolismo, segnalazione, trascrizione/ traduzione e degradazione proteica.
* Formulare ipotesi, interpretare dati e redigere comunicazioni scientifiche coerenti (testi scritti e presentazioni orali), mostrando capacità di sintesi e chiarezza nella esposizione.

4. **Competenze trasversali e professionali**

* Lavorare efficacemente in gruppo, coordinando attività e responsabilità nel progetto di ricerca.
* Organizzare il lavoro autonomamente, gestendo tempi e risorse in relazione alle scadenze del corso e del progetto.
* Comunicare in modo appropriato, sia oralmente che per iscritto, i risultati del progetto adottando il linguaggio scientifico adeguato.
* Aderire agli standard etici di ricerca, riconoscendo la rilevanza della correttezza metodologica e della trasparenza nella scienza.

Comprensione della chimica generale ed organica

Ecco la traduzione in italiano del tuo **syllabus del corso di Biochimica (BSc in Fisica)**, mantenendo un tono accademico e coerente con un piano didattico universitario:

---

## **PROGRAMMA DEL CORSO DI BIOCHIMICA – Laurea Triennale in FISICA**

Il corso (6 CFU) è organizzato in **33 lezioni** distribuite su **12 settimane** (per un totale di **60 ore**) e comprende inoltre **un progetto svolto in gruppo** dagli studenti.

---

### **1. COMPOSIZIONE DELLA MATERIA VIVENTE (Settimane 1–4)**

* Richiami di chimica organica, le molecole della vita nell’era pre-biotica (L1).
* Richiami sui legami molecolari (L2).
* Termodinamica chimica di base e cinetica chimica (L3, L4).
* Principali reazioni biochimiche di interesse biologico: sostituzione nucleofila bimolecolare, reazioni di ossido-riduzione (L5).
* Panoramica su nucleotidi, amminoacidi, proteine, carboidrati e lipidi (L6).
* Struttura degli acidi nucleici (L7).
* Struttura delle proteine dal *Protein Data Bank* (L8).
* **Introduzione al progetto.**
* Membrane biologiche (L9).

---

### **2. PROTEINE ED ENZIMI: SISTEMATICA E FUNZIONE (Settimane 5–6)**

* Classificazione degli enzimi e principi di cinetica enzimatica (L10).
* Emoglobina, mioglobina e modelli generali di legame con il ligando (L11).
* Il modello di Michaelis-Menten (L12).
* Cofattori enzimatici: NAD, FAD e gruppo eme (L13).
* Proteine di membrana, canali ionici e pompe ioniche: i canali del potassio (L14).
* Interazioni proteina-proteina (L15).
* Interazioni proteina–acidi nucleici (L16).

---

### **3. PROCESSI METABOLICI (Settimane 7–8)**

* Anabolismo e catabolismo: conversione di energia e materia nella biosfera (L17).
* Glicolisi anaerobica e ciclo di Krebs (L18).
* Respirazione cellulare e funzionamento della catena respiratoria mitocondriale (L19).
* Fotosintesi, reazioni foto-dipendenti e ciclo di Calvin (L20, L21).
* Fissazione dell’azoto nella biosfera e ruolo delle nitrogenasi (L22).

---

### **4. BIOCHIMICA QUANTISTICA (Settimane 9–10)**

* Interpretazione qualitativa e quantitativa dell’interazione tra radiazione luminosa e materia biologica (L23).
* Orbitali di frontiera e modello elettronico monodimensionale ottico: applicazioni alle spettroscopie (L24).
* Assorbimento ed emissione nelle molecole coniugate (L25).
* Biochimica quantistica, modelli di eccitone, aggregati di tipo J e H, esempi dai centri fotosintetici (L26, L27).

---

### **5. PROCESSI CELLULARI INTEGRATI (Settimane 11–12)**

* Trascrizione e traduzione: il meccanismo della sintesi proteica (L28).
* Accoppiamento eccitazione–contrazione, ciclo del calcio e contrazione muscolare (L29).
* Il sistema di degradazione controllata delle proteine: proteasoma e ligasi dell’ubiquitina (L30).
* Trasduzione del segnale (L31).
* Mutazioni ed evoluzione (L32, L33).

---

## **PROGETTO 2025/2026**

Il progetto dell’anno sarà incentrato sull’**ingegnerizzazione di una proteina del capside virale** al fine di costruire un **nanovettore capace di riconoscere recettori cellulari specifici** e introdurre **materiale genetico (mRNA o ssDNA)** all’interno della cellula bersaglio.

Il capside scelto è quello di un **nanovirus vegetale a genoma segmentato** (vedi figura). Il virus ingegnerizzato sarà una **macchina non auto-replicante**, e verranno introdotti **metodi innovativi** rispetto alle attuali tecniche di ingegneria virale.

L’obiettivo del progetto è consentire agli studenti di **acquisire esperienza pratica di ingegneria proteica**, comprendendo:

* l’utilizzo di programmi di **allineamento di sequenze** (*BLAST P*),
* la **modellazione di strutture 3D** (a partire da *EXPASY Model Builder* e *AlphaFold 2*),
* e infine la **stesura di un articolo scientifico** sull’argomento.

---

Vuoi che te la prepari anche in formato **Word (Times New Roman 11, con titoli in grassetto e struttura tabellare per sezioni e lezioni)** pronta per distribuzione agli studenti o per il sito del corso?

Molecole Energia e Vita

Marco Ierani e Alberto Boffi

Lezioni frontali e lavoro di gruppo

libera

verrà valutato un progetto di gruppo su un argomento scelto all'inizio dell'anno. I risultati del progetto verranno redatti come un lavoro scientifico per la pubblicazione.
All'orale verranno valutate le conoscenze sugli argomenti trattati all'interno del programma.

cinetica enzimatica
modelli termodinamici di interazione proteine-ligandi
principi di cinetica chimica
struttura terziaria delle proteine
analisi di sequenze proteiche
fotosintesi
ciclo di Calvin
glicolisi
ciclo di Krebs
il metabolismo dell'azoto
la catena respiratoria mitocondriale
interazione luce-materia organica