Obiettivi formativi
L’obiettivo del corso è fornire agli studenti le basi per lo studio e la comprensione della natura chimica e la struttura dei costituenti della materia vivente, delle trasformazioni delle biomolecole, e delle modificazioni energetiche ad esse associate. Lo studente acquisirà padronanza della terminologia biochimica e approfondirà la conoscenza delle molecole e macromolecole biologiche e l'organizzazione delle reazioni metaboliche che avvengono nelle cellule e negli organismi viventi. Nell'insegnamento verrà data enfasi alla relazione tra la struttura e la funzione delle macromolecole e delle strategie di regolazione delle loro funzioni.
Prerequisiti
Per affrontare lo studio della biochimica, lo studente deve avere conoscenze di chimica, chimica organica, fisica e matematica. Deve possedere nozioni di base della biologia cellulare e proprietà di linguaggio scientifico.
Contenuti dell'insegnamento
Basi chimiche della vita
Gli elementi chimici degli esseri viventi. Evoluzione chimica ed evoluzione biologica. Monomeri e polimeri. L'acqua come solvente biologico.
Struttura e funzione delle proteine.
Gli aminoacidi costituenti le proteine. Il legame peptidico. Struttura primaria delle proteine. L’α-elica. La struttura β. Struttura terziaria e quaternaria. Proteine fibrose. La struttura del collagene. Proteine globulari. La struttura della mioglobina e dell’emoglobina. Le curve di saturazione con l’ossigeno della mioglobina e dell’emoglobina. Modificazioni conformazionali dell’emoglobina. Effettori allosterici.
Enzimi.
Classificazione. Proprietà dei siti attivi. Fattori che contribuiscono all’efficienza catalitica. Meccanismo catalitico di alcuni enzimi: chimotripsina, lisozima, alcool deidrogenasi.
Cinetica enzimatica.
Equazione di Michaelis e Menten e di Lineweaver e Burk. Determinazione di Km e Vmax. L’inibizione enzimatica. Determinazione del tipo di inibizione. Cinetica delle reazioni
Bi-Bi. Enzimi allosterici. Regolazione dell’attività enzimatica. I coenzimi: struttura e funzione.
Introduzione al metabolismo.
Concetti di base e disegno generale. Sistemi che producono e sistemi che utilizzano energia: catabolismo ed anabolismo. L’ATP e gli altri metaboliti ad alto contenuto di energia. Reazioni redox. Potenziali di riduzione. Variazione di Energia libera di Gibbs e costante di equilibrio. Determinazione del verso di una reazione.
I Carboidrati.
Classificazione, configurazione e conformazione, enantiomeri, diastereoisomeri e anomeri; legame glicosidico, disaccaridi, polisaccaridi, glicoproteine e proteoglicani.
Metabolismo dei carboidrati.
Glicolisi. Reazioni, bilancio energetico e regolazione. Sistemi navetta del NADH. Interconversione degli zuccheri.
Ciclo degli acidi tricarbossilici.
Il complesso della piruvico deidrogenasi. Reazioni, regolazione e bilancio del ciclo degli acidi tricarbossilici. Intermedi anfibolici e reazioni anaplerotiche.
Fosorilazione ossidativa.
Struttura del mitocondrio. I complessi della catena respiratoria. Ciclo del Coenzima Q. Meccanismo della citocromo ossidasi. Fosforilazione ossidativa. Struttura e meccanismo dell’ATP-sintetasi. Controllo respiratorio da parte dell’ADP.
Altre vie metaboliche dei carboidrati.
Degradazione e sintesi del glicogeno. Regolazione della glicogenolisi e glicogeno sintetasi. Gluconeogenesi: attivazione e inibizione. Via dei pentoso-fosfati. Reazioni, meccanismi, regolazione e significato funzionale.
I lipidi.
Acidi grassi. Triacilgliceroli. Cere. Glicerofosfolipidi. Sfingolipidi. Steroidi. Lipoproteine
plasmatiche. Membrane biologiche. Composizione, struttura e funzione delle membrane biologiche. Fluidità e permeabilità del doppio strato lipidico. Modello a mosaico fluido. Glicoproteine. Glicolipidi.
Trasporto attraverso le membrane
Metabolismo lipidico.
Utilizzazione degli acidi grassi per la produzione di energia: la ß-ossidazione mitocondriale. Ruolo della carnitina. ß-ossidazione degli acidi grassi saturi a catena di atomi di carbonio pari e dispari; ß-ossidazione degli acidi grassi insaturi; Bilancio energetico. I corpi chetonici. La biosintesi degli acidi grassi saturi: controllo e bilancio energetico. Shuttle del citrato. Reazioni di allungamento. Formazione degli acidi grassi insaturi. Biosintesi del colesterolo.
Metabolismo degli amminoacidi.
Ossidazione degli amminoacidi. Reazioni di transaminazione. Reazioni di decarbossilazione. Altre reazioni PLP-dipendenti. Glutammico deidrogenasi. Ciclo dell’urea. Cenni sulla biosintesi degli amminoacidi.
Metabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici.
Chimica delle basi puriniche e pirimidiniche, dei nucleosidi e nucleotidi. Metabolismo dei
nucleotidi purinici e pirimidinici. Desossiribonucleotidi. Timidilato sintasi.
Programma esteso
Basi chimiche della vita
Gli elementi chimici degli esseri viventi. Evoluzione chimica ed evoluzione degli esseri viventi. Monomeri e polimeri. L'acqua come solvente biologico.
Struttura e funzione delle proteine.
Gli aminoacidi costituenti le proteine. Il legame peptidico. Struttura primaria delle proteine. L’α-elica. La struttura β. Struttura terziaria e quaternaria. Proteine fibrose. La struttura del collagene. Proteine globulari. La struttura della mioglobina e dell’emoglobina. Le curve di saturazione con l’ossigeno della mioglobina e dell’emoglobina. Modificazioni conformazionali dell’emoglobina. Effettori allosterici.
Enzimi.
Classificazione. Proprietà dei siti attivi. Fattori che contribuiscono all’efficienza catalitica. Meccanismo catalitico di alcuni enzimi: chimotripsina, lisozima, alcool deidrogenasi.
Cinetica enzimatica.
Equazione di Michaelis e Menten e di Lineweaver e Burk. Determinazione di Km e Vmax. L’inibizione enzimatica. Determinazione del tipo di inibizione. Cinetica delle reazioni
Bi-Bi. Enzimi allosterici. Regolazione dell’attività enzimatica. I coenzimi: struttura e funzione.
Introduzione al metabolismo.
Concetti di base e disegno generale. Sistemi che producono e sistemi che utilizzano energia: catabolismo ed anabolismo. L’ATP e gli altri metaboliti ad alto contenuto di energia. Reazioni redox. Potenziali di riduzione. Variazione di Energia libera di Gibbs e costante di equilibrio. Determinazione del verso di una reazione.
I Carboidrati.
Classificazione, configurazione e conformazione, enantiomeri, diastereoisomeri e anomeri; legame glicosidico, disaccaridi, polisaccaridi, glicoproteine e proteoglicani.
Metabolismo dei carboidrati.
Glicolisi. Reazioni, bilancio energetico e regolazione. Sistemi navetta del NADH. Interconversione degli zuccheri.
Ciclo degli acidi tricarbossilici.
Il complesso della piruvico deidrogenasi. Reazioni, regolazione e bilancio del ciclo degli acidi tricarbossilici. Intermedi anfibolici e reazioni anaplerotiche.
Fosorilazione ossidativa.
Struttura del mitocondrio. I complessi della catena respiratoria. Ciclo del Coenzima Q. Meccanismo della citocromo ossidasi. Fosforilazione ossidativa. Struttura e meccanismo dell’ATP-sintetasi. Controllo respiratorio da parte dell’ADP.
Altre vie metaboliche dei carboidrati.
Degradazione e sintesi del glicogeno. Regolazione della glicogenolisi e glicogeno sintetasi. Gluconeogenesi: attivazione e inibizione. Via dei pentoso-fosfati. Reazioni, meccanismi, regolazione e significato funzionale.
I lipidi.
Acidi grassi. Triacilgliceroli. Cere. Glicerofosfolipidi. Sfingolipidi. Steroidi. Lipoproteine
plasmatiche. Membrane biologiche. Composizione, struttura e funzione delle membrane biologiche. Fluidità e permeabilità del doppio strato lipidico. Modello a mosaico fluido. Glicoproteine. Glicolipidi.
Trasporto attraverso le membrane
Metabolismo lipidico.
Utilizzazione degli acidi grassi per la produzione di energia: la ß-ossidazione mitocondriale. Ruolo della carnitina. ß-ossidazione degli acidi grassi saturi a catena di atomi di carbonio pari e dispari; ß-ossidazione degli acidi grassi insaturi; Bilancio energetico. I corpi chetonici. La biosintesi degli acidi grassi saturi: controllo e bilancio energetico. Shuttle del citrato. Reazioni di allungamento. Formazione degli acidi grassi insaturi. Biosintesi del colesterolo.
Metabolismo degli amminoacidi.
Ossidazione degli amminoacidi. Reazioni di transaminazione. Reazioni di decarbossilazione. Altre reazioni PLP-dipendenti. Glutammico deidrogenasi. Ciclo dell’urea. Cenni sulla biosintesi degli amminoacidi.
Metabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici.
Chimica delle basi puriniche e pirimidiniche, dei nucleosidi e nucleotidi. Metabolismo dei
nucleotidi purinici e pirimidinici. Desossiribonucleotidi. Timidilato sintasi.
Bibliografia
D. Voet , J. Voet, C.W. Pratt. Principi di Biochimica, Ed. Zanichelli
D. Voet , J. Voet, C.W. Pratt. Fondamenti di Biochimica, Ed. Zanichelli
Metodi didattici
Lezioni frontali comprensive di esercitazioni con risoluzione di problemi.
Modalità verifica apprendimento
Esame scritto e orale nelle modalità on-line e in presenza.
Nel caso dell'esame in presenza lo scritto di 90 min. comprende domande a risposta multipla, domande aperte con risposta sintetica (es. riconoscimento formule di molecole biologiche e grafici di velocità enzimatica), un calcolo relativo a reazioni metaboliche, e la scrittura di una via enzimatica.
Nel caso dell'esame on-line lo scritto è di 30 min. e non comprende la via metabolica (richiesta all'orale).
Nei due casi gli esami orali iniziano il giorno stesso subito dopo la correzione dello scritto.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile
