Obiettivi formativi
Al termine dell’attività formativa lo studente dovrebbe aver acquisito conoscenze e competenze relative alla organizzazione molecolare dei sistemi viventi, in particolare al livello cellulare, avendo familiarità sia con gli aspetti chimici delle molecole biologiche e delle loro trasformazioni metaboliche, sia con le peculiarità degli organismi viventi come sistemi basati su processi informazionali.
In particolare lo studente dovrebbe essere in grado di:
1) Conoscere le relazioni fra la struttura e le proprietà chimiche delle proteine e degli acidi nucleici e le loro funzioni nel contesto dei sistemi biologici; apprezzare la centralità del riconoscimento molecolare e della catalisi enzimatica in tutti i processi biologici, e conoscerne le specifiche declinazioni nel metabolismo, nel mantenimento ed espressione del materiale genetico, nei sistemi cellulari di trasduzione dei segnali e di comunicazione intra- ed inter-cellulare; essere in grado di comprendere e utilizzare il linguaggio specifico delle discipline biomolecolari coniugandolo con quello già acquisito delle discipline chimiche (conoscenza e capacità di comprensione).
2) Riconoscere gli approcci metodologici più indicati per la comprensione a livello molecolare dei diversi processi biologici; essere in grado, anche sulla base di esempi trattati durante il corso, di comprendere la rilevanza applicativa della conoscenza dei processi biochimici, specie nella comprensione delle loro alterazioni patologiche e delle corrispondenti possibilità terapeutiche (capacità di applicare conoscenza e comprensione)
3) Esporre i risultati degli studi con competenza, rigore e proprietà di linguaggio, anche ad un pubblico non esperto (abilità comunicative).
4) Saper riconoscere il percorso metodologico e il tipo di conoscenze necessarie per la spiegazione a livello molecolare del metabolismo e dei processi cellulari fondamentali; valutare e distinguere fra loro i diversi livelli di comprensione dei sistemi biologici a cui si può accedere attraverso i diversi approcci disciplinari, in modo da saper apprezzare criticamente vantaggi e limiti dell’approccio e delle conoscenze biochimiche (autonomia di giudizio)
5) Collegare i diversi argomenti trattati tra loro e con le discipline di base ed affini; approfondire gli aspetti di interesse mediante la consultazione di manuali aggiornati propri del settore (capacità di apprendimento).
Prerequisiti
Fondamenti di chimica generale, inorganica e organica.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso rappresenta un’introduzione alla comprensione dei processi biologici a livello molecolare. Verranno illustrate la struttura, le proprietà e le funzioni delle macromolecole biologiche, in particolare delle proteine e degli acidi nucleici, con un costante riferimento al loro contesto cellulare.
Nell’illustrare la struttura e la funzione delle proteine, particolare evidenza sarà data alla centralità del riconoscimento molecolare. A questo fine, alcuni esempi di interazioni proteina-ligando verranno illustrati in dettaglio chimico, e la loro rilevanza per le funzioni biologiche verrà spiegata in base alla loro partecipazione a networks di interazioni macromolecolari.
La struttura e la funzione degli acidi nucleici (DNA, RNA) verrà illustrata mettendo in rilievo le proprietà informazionali che essi possiedono nel contesto dei sistemi viventi, e il ruolo delle interazioni proteina-DNA e proteina-RNA nei processi dell’informazione genetica.
Nella prospettiva unitaria sopra delineata, si potranno affrontare gli aspetti salienti del metabolismo e della sua dipendenza dalla catalisi enzimatica, dell’espressione e regolazione genica, della trasduzione dei segnali, della comunicazione intra- e inter-cellulare.
Programma esteso
Parte 1- Introduzione
1.1 La chimica e la vita
1.2 L’acqua
Parte 2 – Biomolecole
2.1 Amminoacidi, legame peptidico, struttura primaria delle proteine
2.2 Proteine: struttura tridimensionale
2.3 Riconoscimento molecolare e funzione delle proteine: esempi scelti (mioglobina ed emoglobina, anticorpi, proteine della motilità cellulare)
2.4 Carboidrati
2.5 Lipidi e membrane biologiche
2.6 Proteine di membrana, trasporto di membrana
2.7 Nucleotidi ed acidi nucleici
Parte 3 – Enzimi
3.1 Catalisi enzimatica e sua regolazione
3.2 Interruttori molecolari e biosegnalazione
Parte 4 – Metabolismo
4.1 Introduzione al metabolismo: aspetti termodinamici, pathways metabolici, composti “ad alta energia”, enzimi e coenzimi
4.2 Metabolismo dei carboidrati
4.3 Ciclo dell’acido citrico
4.4 Trasposto elettronico e fosforilazione ossidativa
4.5 Metabolismo dei lipidi
4.6 Metabolismo degli amminoacidi
Parte 5 – Espressione e replicazione del materiale genetico
5.1 Acidi nucleici e informazione biologica
5.2 Struttura degli acidi nucleici
5.3 Biosintesi degli acidi nucleici con cenni di metabolismo dei nucleotidi
5.4 Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA
5.5 Trascrizione genica, maturazione dell’RNA, degradazione dell’RNA
5.6 Sintesi proteica, degradazione delle proteine
5.7 Regolazione dell’espressione genica.
Bibliografia
Voet, Voet, Pratt, Fondamenti di Biochimica, Zanichelli, 2017 (quarta edizione italiana condotta sulla quinta edizione originale: Fundamentals of Biochemistry, Wiley, 2016).
Metodi didattici
Lezioni frontali; svolgimento guidato di alcuni esercizi e problemi. Lo svolgimento delle lezioni in presenza o a distanza dipenderà dalle disposizioni in materia di salute vigenti alla data di inizio del corso.
Modalità verifica apprendimento
Se la situazione sanitaria lo permetterà, la valutazione sommativa dell’apprendimento verrà effettuata tramite un esame finale scritto, basato su sei domande a risposta aperta, ognuna delle quali valutata con un punteggio da 0 a 5. Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso, e di essere in grado di applicare, i concetti fondamentali di ogni argomento trattato. I risultati dell’esame saranno pubblicati sul portale Esse3 entro due settimane dalla data dell’esame. Gli studenti potranno visionare l’esame, previo appuntamento con il docente. Se, a causa della situazione sanitaria, sarà impossibile o sconsigliato effettuare esami in presenza, questi verranno svolti oralmente in modalità telematica, mediante discussione dettagliata di almeno tre argomenti trattati nel corso.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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