Obiettivi formativi
Sulla base della struttura elettronica dell'atomo derivare le proprieta' delle sostanze elementari, dei composti inorganici, organici e delle macromolecole di interesse biologico.
Approfondire gli aspetti strutturali, funzionali ed inter-relazionali delle biomolecole.
Conoscere le basi della enzimologia per integrare i processi metabolici e le vie di regolazione.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Principi di base della chimica.
Struttura dell’atomo. Legami chimici. Soluzioni.
Reazioni chimiche e cinetica.
Enzimi, Coenzimi ed ossidoriduzioni biologiche.
Fondamenti di chimica organica.
Le molecole dei sistemi biologici: Carboidrati, Lipidi, Proteine ed Acidi Nucleici.
ATP come trasportatore di energia. La termodinamica delle reazioni biologiche.
Struttura delle proteine, Emoglobina e trasporto dell'ossigeno.
Bioenergetica e ossidazioni biologiche, Fosforilazione ossidativa.
Biochimica del sistema endocrino.
La via glicolitica. Ciclo di Krebs. Shunt dell’esoso monofosfato.
Gluconeogenesi e controllo del glucosio ematico.
Metabolismo del glicogeno, metabolismo lipidico, catabolismo degli amminoacidi e ciclo dell'urea.
Programma esteso
CHIMICA GENERALE, ORGANICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
Principi di base della chimica: Struttura dell’atomo: numero atomico, livelli energetici degli orbitali, rappresentazione degli elettroni di valenza secondo Lewis.
Legami chimici: Legame covalente puro e legame covalente polare. Scala di elettronegatività. Legame ionico. Forma e polarità delle molecole di acqua, ammoniaca e metano. Legame ad idrogeno. Forze di Van der Waals.
Soluzioni: Definizioni di solvente, soluto, solubilità. Proprietà dell’acqua come solvente. Pressione osmotica.
Fondamenti di chimica organica: principali gruppi funzionali.
Le molecole dei sistemi biologici: Carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e omopolisaccaridi. Lipidi: acidi grassi, lipidi semplici, lipidi complessi e steroidi. Proteine: gli aminoacidi ed il legame peptidico. Nucleotidi ed acidi nucleici: il legame fosfodiesterico. Struttura di DNA ed RNA.
BIOCHIMICA GENERALE
Struttura delle proteine
Livelli strutturali: primario, secondario, terziario e quaternario. Struttura secondaria in α-elica. Struttura secondaria a foglietto β. Struttura terziaria e forze che la stabilizzano. Struttura quaternaria.
Emoglobina e trasporto dell'ossigeno
Strutture della mioglobina (Mb) e emoglobina (Hb). Gruppo eme. Hb nella conformazione tesa e rilassata. Concetto di cooperatività e allosterismo. Curve di dissociazione ossigeno-Hb e ossigeno-Mb. Modulazione dell’affinità per l’ossigeno: effetto Bohr, pCO2, e 2,3-DPG.
Enzimi e cinetica enzimatica
Classificazione degli enzimi. Interazione enzima-substrato. Velocità di reazione ed energia di attivazione. Modello cinetico di Michaelis-Menten. Inibitori competitivi e non competitivi. Regolazione allosterica e covalente dell'attività enzimatica.
Coenzimi utilizzati nelle reazioni metaboliche
Struttura chimica e basi strutturali della funzione coenzimatica dei seguenti coenzimi: acido lipoico; NAD e NADP, coenzima A, coenzimi FAD e FMN. Vitamine.
Bioenergetica e ossidazioni biologiche
La termodinamica delle reazioni biologiche: energia libera e spontaneità delle reazioni. ATP come trasportatore di energia: reazioni chimiche accoppiate. Il metabolismo cellulare: reazioni di ossidazione e degradazione, reazioni di biosintesi. Carica energetica della cellula.
Fosforilazione ossidativa
Struttura del mitocondrio. I trasportatori di elettroni della catena respiratoria. Il meccanismo della fosforilazione ossidativa: l'accoppiamento chemiosmotico. Il sistema enzimatico per la produzione di ATP. Resa in molecole di ATP a seguito della ossidazione completa del glucosio. Sistema navetta malato-aspartato.
BIOCHIMICA METABOLICA
Biochimica del sistema endocrino
Meccanismi di azione degli ormoni. Processo di trasduzione del segnale e secondi messaggeri. Ormoni pancreatici e della midollare del surrene: struttura e funzione.
La via glicolitica
Panoramica della glicolisi e resa in ATP. Regolazione della glicolisi. Regolazione ormonale. I destini metabolici del piruvato. Il metabolismo del lattato. Il complesso della piruvato deidrogenasi: meccanismo di catalisi e regolazione.
Ciclo di Krebs
Panoramica del ciclo di Krebs e resa in ATP. Reazioni anaplerotiche e cataplerotiche. Regolazione del ciclo di Krebs.
Shunt dell’esoso monofosfato
Fase ossidativa e produzione di potere riducente sotto forma di NADPH. La fase non ossidativa di
interconversione dei pentosi fosfati. Bilancio e regolazione del ciclo dei pentoso fosfati.
Gluconeogenesi e controllo del glucosio ematico
Significato metabolico e precursori non glucidici della sintesi di glucosio. Regolazione. Meccanismo e significato metabolico del ciclo muscolo-epatico di Cori e dell'alanina.
Metabolismo del glicogeno
Struttura chimica e distribuzione del glicogeno nell'organismo, e suo significato metabolico in relazione alla elevata concentrazione epatica e muscolare; reazioni ed enzimi della glicogenosintesi e della glicogenolisi; regolazione.
Metabolismo lipidico
Lipolisi e beta-ossidazione degli acidi grassi. Resa energetica dell'ossidazione completa degli acidi grassi saturi a numero pari di atomi C. Regolazione ormonale della lipolisi. Sintesi e utilizzo dei corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi: reazioni e regolazione.
Catabolismo degli amminoacidi
Schema generale del metabolismo degli aminoacidi. Transaminazione; meccanismo. Deaminazione ossidativa. Ciclo dell'alanina. Destino dell'ammoniaca: ciclo dell'urea e sintesi di glutamina. Destino dello scheletro carbonioso: aminoacidi glucogenici e chetogenici.
Bibliografia
La chimica in moduli (A-H),
di Valitutti, Tifi, Gentile
Editore: Zanichelli
Introduzione alla biochimica di Lehninger
di David L. Nelson, Michael M. Cox
Editore: Zanichelli
Metodi didattici
Lezioni frontali con l’ausilio di presentazioni e filmati.
Modalità verifica apprendimento
Verifica scritta di Chimica e Propedeutica Biochimica
ed esame orale di Biochimica
Altre informazioni
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