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.
Contenuti dell'insegnamento
Principi di base della chimica.
Struttura dell’atomo. Legami chimici. Soluzioni.
Reazioni chimiche e cinetica.
Enzimi, Coenzimi ed ossidoriduzioni biologiche.
Equilibrio chimico.
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.
Programma esteso
CHIMICA GENERALE, ORGANICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
Principi di base della chimica: Cambiamenti fisici e chimici. Miscele, elementi e composti. Struttura dell’atomo: 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. Reazioni chimiche e cinetica: Velocità di reazione, concetto di energia di attivazione e funzione dei catalizzatori. Enzimi, Coenzimi ed Ossido-riduzioni biologiche. Equilibrio chimico: Costante di equilibrio e principio di Le Chatelier. Dissociazione ionica dell’acqua e prodotto ionico. Scala di pH. Forza degli acidi e delle basi. L’equilibrio in soluzione acquosa: Soluzioni tampone, esempi fisiologici. 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
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. Sistema navetta malato-aspartato. 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.
Strutture 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. Proteine coniugate.
Emoglobina e trasporto dell'ossigeno.
Strutture della mioglobina e emoglobina. Gruppo eme: proprietà del legame ossigeno-eme. Curve di dissociazione ossigeno-Hb e ossigeno-Mb. Concetto di cooperatività e allosterismo. Hb nella conformazione tesa e rilassata. Effetto Bohr. Effetto del 2,3-DPG e sua importanza fisiologica.
Enzimi e cinetica enzimatica.
Nomenclatura e classificazione degli enzimi. Velocità di reazione. Concetto di energia di attivazione e funzione di un catalizzatore. Interazione enzima-substrato. 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: distribuzione e fabbisogno delle corrispondenti vitamine.
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. Cenni sulla funzione biologica degli ormoni ipofisari, sessuali e tiroidei.
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.
Lipolisi e liposintesi
Beta-ossidazione degli acidi grassi. Resa energetica dell'ossidazione completa degli acidi grassi saturi e a numero pari di atomi C. Regolazione ormonale della lipolisi. Sintesi e utilizzo dei corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi.
Metabolismo del colesterolo
Struttura chimica, caratteristiche chimico-fisiche e funzioni del colesterolo. Biosintesi del colesterolo. Tessuti ed organi maggiormente attivi nella sintesi del colesterolo.
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.
Integrazione metabolica a livello cellulare e tissutale
Interrelazioni e adattamenti metabolici nei principali stati fisiologici (alimentazione, digiuno, esercizio muscolare). Cenni sul metabolismo specifico di organi e tessuti: fegato, tessuto muscolare, tessuto adiposo, tessuto nervoso, componenti cellulari del sangue.
Bibliografia
La chimica in moduli (A-H),
di Valitutti, Tifi, Gentile
Editore: Zanichelli
Le basi della biochimica
di Champe Pamela C. - Harvey Richard - Ferrier Denise R.
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
