Obiettivi formativi
La prima sezione del corso si pone l’obiettivo della della conoscenza e comprensione delle proprieta' delle sostanze elementari, dei composti inorganici, organici e soprattutto delle macromolecole di interesse biologico.
Nelle due sezioni di Biochimica l’obiettivo si esplicita nella conoscenza degli aspetti strutturali, funzionali ed inter-relazionali delle biomolecole. Queste competenze risulteranno funzionali per la comprensione delle basi della enzimologia e dell’integrazione dei processi metabolici.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Nella prima parte del Corso sono introdotti i principi di base della Chimica, la teoria atomica ed il legame chimico per arrivare alla presentazione delle reazioni chimiche e della cinetica. Essa si conclude con la trattazione delle molecole dei sistemi biologici: Carboidrati, Lipidi, Proteine ed Acidi Nucleici, ed ATP come trasportatore di energia.
Nella seconda parte l’oggetto è la Biochimica Generale, con particolare rilievo alla catalisi enzimatica, coenzimi, bioenergetica ed ossidazioni biologiche.
Infine, l’ultima sezione del programma tratta delle reazioni della Biochimica Metabolica, valutando bilanci energetici, regolazioni allosteriche ed ormonali.
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
I principi di Biochimica di Lehninger
Di Nelson, Cox
Editore: Zanichelli
Introduzione alla biochimica di Lehninger
di David L. Nelson, Michael M. Cox
Editore: Zanichelli
Materiale integrativo elaborato dal docente è reperibile al sito http://elly.medicina.unipr.it
Metodi didattici
Gli argomenti saranno trattati in lezioni frontali con l’ausilio di presentazioni e filmati finalizzati a valorizzare l’approccio molecolare e la visione d’insieme del metabolismo; ove possibile saranno utilizzati siti web interattivi.
Modalità verifica apprendimento
La prima verifica sarà realizzata in itinere; essa, in formato di test scritto, verterà sulle basi della chimica generale, organica e propedeutica biochimica allo scopo di verificare la stuttura e le proprietà delle principali molecole presentate nella prima sezione del corso. Il superamento del test consente l’accesso alla prova orale di biochimica, che produce il voto finale: essa verificherà le competenze di Biochimica Generale e, soprattutto, valorizzerà nel voto la capacità di analizzare la risposta metabolica dell’organismo durante l’attività fisica, nello stato alimentato e nel digiuno.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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