Obiettivi formativi
Il corso di Biochimica si inserisce nel Corso integrato di Scienze Biomediche.
Il modulo ha l’obiettivo di consentire allo studente di conoscere e comprendere le basi della struttura e funzione delle macromolecole biologiche.
Lo studente dovrà comprendere: 1) come reagiscono le molecole, 2) le proprietà dell’acqua: il solvente della vita, 3) il ruolo funzionale delle biomolecole che compongono la cellula, viste come unità elementari della materia vivente, 4) gli aspetti fondamentali del metabolismo cellulare.
Risultati dell'apprendimento: conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente al termine del corso dovrà sapere riconoscere i gruppi funzionali delle molecole biologiche. Dovrà dimostrare conoscenza e capacità di comprensione riguardo la struttura chimica delle sostanze di interesse biologico nonché il loro ruolo funzionale nella cellula. Dovrà acquisire una visione di insieme dei processi metabolici cellulari e del loro collegamento con il consumo e la produzione di energia. Dovrà apprendere le interconnessioni tra la chimica e la biologia.
Prerequisiti
Per comprendere gli argomenti del modulo è necessaria la conoscenza dei seguenti concetti:
La costituzione della materia, elementi e composti. Le particelle fondamentali dell’atomo. Numero atomico e numero di massa. Peso atomico e peso molecolare. Isotopi. Ioni: cationi ed anioni.
La tavola periodica e la configurazione elettronica degli elementi di interesse biologico.
Elettronegatività e legame chimico: legame ionico e legame covalente. Le molecole. Formule di Lewis. Cenni di geometria molecolare. Polarità delle molecole. Valenza e numero di ossidazione.
Fondamenti di chimica inorganica: formule e nomi dei composti inorganici più comuni.
Concetto di mole, conversione da grammi a moli e viceversa, calcoli stechiometrici elementari. Le soluzioni: principali modi di esprimere la concentrazione delle soluzioni.
Il principio di conservazione della massa e della carica: bilanciamento di semplici reazioni. Reazioni di ossido-riduzione. Equilibrio chimico e principio di Le Châtelier.
Si provvederà agli studenti di diapositive contenenti i principali concetti propedeutici al modulo di Biochimica.
Contenuti dell'insegnamento
Elementi di Chimica Organica: gruppi funzionali e loro reattività.
Le proprietà dell'acqua e ruolo dell'acqua negli organismi viventi.
Biomolecole, struttura e funzioni: amminoacidi e proteine; carboidrati semplici e complessi; lipidi. Enzimi. Emoglobina e mioglobina.
Schema generale del metabolismo: vie cataboliche e anaboliche. Ruolo dell’ATP. Respirazione cellulare e metabolismo dei carboidrati. Cenni su metabolismo degradativo dei trigliceridi e proteine. Insulina e glucagone, esempio di regolazione ormonale.
Programma esteso
- Elementi di Chimica Organica: La chimica del carbonio. I legami del carbonio. Idrocarburi. I gruppi funzionali. Formule di struttura delle molecole organiche e nomenclatura dei composti semplici. Gruppi funzionali nelle biomolecole. L'isomeria delle molecole organiche. Reazioni dei gruppi funzionali di importanza biochimica.
- Acqua: proprietà chimiche e fisiche dell’acqua. Interazioni intermolecolari. Dipoli e interazioni di Van der Waals bond. Il legame a idrogeno. Acqua come solvente. Soluzioni acquose e solubilità. Osmosi. Ionizzazione dell’acqua. Acidi, e basi. Il pH. Le soluzioni tampone e loro funzioni biologiche. Regolazione del pH del sangue.
- Macromolecole biologiche:
1) Carboidrati: Funzione biologica. Struttura chimica e legame glicosidico. Mono, di, oligo e polisaccaridi. I principali disaccaridi, e gli enzimi che gli idrolizzano. Funzioni degli oligosaccaridi. Polisaccaridi, struttura e funzione: Amido, cellulosa e glicogeno.
2) Lipidi: Funzione biologica. Lipidi semplici e complessi. Acidi grassi. Isomeria cis/trans. Eicosanoidi e acido arachidonico. Steroidi. Cere. Trigliceridi: riserva energetica. Fosfolipidi e membrane biologiche.
3) Proteine: Funzioni delle proteine. Amminoacidi: gli amino acidi naturali e modificazioni post-traduzionali. Il legame peptidico e proteine. Struttura delle proteine: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Relazioni struttura-funzione. Struttura nativa. Ripiegamento e denaturazione. Amiloidosi. Proteine globulari e proteine fibrose.
- Mioglobina e emoglobina. La sangue e il trasporto e immagazzinamento di ossigeno. Gruppo eme. Struttura della mioglobina e dell’emoglobina. Legame cooperativo dell’ossigeno all’emoglobina e non cooperativo della mioglobina. Trasporto di ossigeno nel sangue e trasferimento dall’emoglobina alla mioglobina. Modulatori allosterici dell’emoglobina: effetto Bohr e 2,3-BPG. Emoglobina fetale. Talassemie ed anemia falciforme. Catabolismo dell’eme: ittero neonatale.
- Enzimi: i catalizzatori biologici. L’energia di attivazione. Gli enzimi: sito attivo. Cenni su coenzimi e cofattori. Catalisi enzimatica: Michaelis-Menten. Inibitori competitivi e non competitivi. Regolazione dell’attività enzimatica. Isoenzimi.
- Introduzione al metabolismo. Catabolismo. Anabolismo. Grafici di coordinata di reazione. Le vie metaboliche. Produzione di energia e accumulo di energia nella cellula vivente. Alcuni principi di base della bioenergetica. Composti ad alta energia. ATP. Coenzimi ossidate e ridotte. Aspetti generali della regolazione del metabolismo. Schema generale del catabolismo.
- La respirazione cellulare e il metabolismo dei carboidrati: Glicolisi e la sua regolazione. Gluconeogenesi. Insulina e glucagone. Diabete. Fermentazione. Respirazione cellulare: ciclo di Krebs e catena respiratoria. ATP-sintasi. Bilancio energetico della respirazione cellulare.
- Il metabolismo dei lipidi. Digestione dei grassi e trasporto dei lipidi nel sangue. Immagazzinamento dei trigliceridi. Lipolisi. Beta-ossidazione degli acidi grassi, bilancio energetico. Corpi chetonici.
Bibliografia
- Elementi di Chimica e Biochimica.
E. Chiricozzi, D. Colombo, F. Magni, O. Marin, P. Palestini, V. Tugnoli, Edises.
- Biochimica Essenziale con Richiami di Chimica Generale e Chimica Organica.
G. D'Andrea, Edises.
- Chimica e Biochimica.
M. Stefani, N. Taddei, Zanichelli.
- Le basi della Biochimica.
E. A. Abali, S. D. Cline, D.S. Franklin, S. M. Viselli, Zanichelli.
- Biochimica e Biologia per le professioni sanitarie 2/ed.
R. Roberti, G. A. Bistocchi, C. Antognelli, V. N. Talesa, Mc Graw Hill.
- Chimica Generale, Chimica Organica, Propedeutica Biochimica 1/ed. revisionata.
K. J. Denniston, J. J. Topping, D. Quirk, R. L. Caret, C. Bergamini, S. Bonora, P. Taddei, V.Tugnoli, Mc Graw Hill.
- Campbell - Biologia e Genetica.
L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, R. Orr, Pearson.
- Chimica Generale, Chimica Organica e Biochimica.
L. Frost, T. Deal, Monduzzi.
Metodi didattici
Le lezioni si svolgeranno in presenza. Il materiale didattico sarà depositato sulla specifica piattaforma ad accesso riservato agli studenti (Elly) prima delle lezioni e comprenderà presentazioni iconografiche, audio-video di supporto e link utili per la comprensione dei nuovi concetti. Saranno inclusi esercizi e quiz nel materiale didattico per consolidare le conoscenze acquisite. Eventualmente, si faranno dei test interattivi durante le lezioni per raffermare le conoscenze.
Modalità verifica apprendimento
L’accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal modulo prevede una prova orale o scritta con quiz a risposta multipla e domande aperte. La prova verterà su tutti gli argomenti trattati nel corso. Mediante domande riguardanti i contenuti del corso verrà accertato se lo studente ha raggiunto l’obiettivo della conoscenza e della comprensione dei contenuti.
Si valuterà la possibilità di fare una prova in itinere alla fine del corso.
Gli Studenti con D.S.A./B.E.S. devono preventivamente contattare al Centro di Accoglienza e Inclusione: supporto per studenti con disabilità, D.S.A., B.E.S. (https://www.cai.unipr.it/it/student-con-dsa-e-con-bes/42/)
Altre informazioni
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