Obiettivi formativi
Conoscere, comprendere e saper comunicare in modo efficace, e commentare con autonomia di giudizio:
- le caratteristiche, le funzioni, la struttura e il ruolo metabolico delle principali biomolecole (proteine, acidi nucleici, enzimi e coenzimi, vitamine);
- i meccanismi di produzione dell'energia metabolica e l’omeostasi energetica e strutturale del vivente.
- i principali aspetti molecolari della trasmissione dell'informazione genetica. Applicare i concetti appresi allo studio, alla diagnosi ed alla cura delle patologie umane.
Prerequisiti
Per essere ammessi a sostenere l'esame di Biochimica e Biologia Molecolare gli studenti devono aver sostenuto con esito positivo l'esame di Chimica e Propedeutica Biochimica
Contenuti dell'insegnamento
Il corso di BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE introduce lo studente alla struttura ed alle funzioni delle principali molecole di interesse biologico. Si articola su 3 moduli, aventi i seguenti contenuti:
BIOCHMICA A:
Mioglobina, emoglobina e trasporto dell'ossigeno. Enzimi, cinetica enzimatica, catalisi ed inibizione. Cofattori e coenzimi utilizzati nelle reazioni metaboliche. Bioenergetica e ossidazioni biologiche. ATP, struttura e funzioni. Potere riducente, fosforilazione ossidativa, ruolo dell’ossigeno nel metabolismo.
BIOCHIMICA C:
Struttura delle proteine, protein folding e modelli di folding. L’omeostasi proteica: modifiche post-traduzionali, smistamento, controllo qualità del folding. Misfolding ed aggregazione delle proteine.
Vitamine idrosolubili: struttura, funzione, meccanismo di azione e sindromi carenziali.
BIOLOGIA MOLECOLARE:
Nozioni di base sugli aspetti molecolari della trasmissione dell'informazione genetica. Il corso inizialmente introduce le basi del concetto di ereditarietà, quindi introduce gli acidi nucleici come molecole in grado di assicurare la trasmissione dell'informazione genetica attraverso i meccanismi di replicazone del DNA, trascrizione dell'RNA e traduzione delle proteine. Quindi vengono introdotti i concetti di danno/mutazione del DNA e le implicazioni per la salute umana. In ultimo si forniscono le basi per la conoscenza delle principali tecniche di manipolazione del DNA e dell'espressione genica, e applicazioni di queste in vari ambiti di ricerca diagnosi e cura delle malattie umane e in medicina forense.
Programma esteso
BIOCHIMICA C:
Struttura delle proteine - Legame peptidico: planarita’, configurazione, rigidita’ e rotazioni. Peptidi e proteine, dettagliata descrizione dei gradi di struttura delle proteine.
Motivi e domini strutturali - Definizioni di motivo e dominio. Esempi di motivi e domini di tipo alfa, beta ed alfa/beta. Proteine a domini multipli.
Proteine fibrose – Cheratina e collagene: aspetti strutturali e funzionali. Collagenopatie. Elementi strutturali di Immunoglobuline G. Caratteristiche strutturali delle proteine di membrana.
Omeostasi delle proteine - Modificazioni post-traduzionali, smistamento delle proteine in nucleo, mitocondrio, reticolo endoplasmico; via secretiva, localizzazione in lisosomi e membrana cellulare.
Protein folding - Termodinamica e folding, esperimento di Anfinsen, paradosso di Levinthal, modelli di folding, modello energy landscape.
Omeostasi delle proteine - Controllo qualità del folding: proteina disolfuro isomerasi, peptidilprolil cis/trans isomerasi, chaperones molecolari, chaperonin, unfolded protein response.
Degradazione delle proteine mediata da lisosoma e sistema ubiquitina-proteasoma.
Misfolding ed aggregazione di proteine - Malattie conformazionali, fibra amiloide: struttura cross-beta, meccanismi di formazione, crescita e propagazione della aggregazione. Prioni e contagio conformazionale.
Vitamine idrosolubili del complesso B e vitamina C:
- formula di struttura
- fonti alimentari
- azione biologica, meccanismo di azione della forma coenzimatica
- livelli di assunzione giornaliera raccomandati
- sindrome carenziale
BIOCHIMICA A:
Struttura del gruppo eme. Mioglobina e emoglobina: struttura e funzione. Le catene dell'Hb umana. Legame dei ligandi all'eme. Legame reversibile. proteina-ligando. Costanti di associazione e dissociazione. Rappresentazione grafica del legame del ligando. Emoglobina: transizione stato T e R. Il legame cooperativo e equazione di Hill. Curva di saturazione di Hb e Mb. Effetto Bohr sul trasporto dell'O2 dell'Hb. Trasporto CO2. Legame 2,3 BPG. Effetto della temperatura e pH sulla curva di saturazione. Hb e NO. Hb e CO. Emoglobine anomale.
Classificazione e nomenclatura degli enzimi. Energia libera di Gibbs. Stato di transizione. Meccanismi di catalisi. Cinetica enzimatica: equazione di Michaelis Menten, grafico di Lineweaver Burk. Efficienza catalitica. Inibizione enzimatica. Enzimi allosterici. Regolazione enzimatica. Regolazione delle vie metaboliche. Bioenergetica e ossidazioni biologiche. ATP, struttura e funzioni. Carica energetica cellulare. Potenziali redox. Struttura e funzione di NAD, NADH, FAD, FADH2. Catena respiratoria dei mitocondri. Potere riducente, fosforilazione ossidativa, ruolo dell’ossigeno nel metabolismo. Ciclo del Q.
Shuttle del glicerolo 3-fosfato. Shuttle malato-aspartato. Regolazione del metabolismo energetico. Disaccoppianti.
BIOLOGIA MOLECOLARE:
Da Darwin a Mendel fino alla scoperta del principio trasformante: basi della trasmissione dell'informazione genetica.
Gli acidi nucleici: composizione e struttura.
Struttura 3D del DNA, topologia del DNA:avvolgimento e superavvolgimento.
Topoisomerasi.
Istoni, cromatina, cromosomi.
Cenni di modifiche epigenetiche del DNA e degli istoni.
Replicazione del DNA:caratteristiche delle DNA polimerasi, meccansimo di replicazione.
Farmaci che interferiscono con il processo di replicazione del di azione.
Le forche replicative, assemblaggio del replisoma, modello a trombone.
Origine di replicazione, meccanismo di controllo delle origini negli eucarioti.
Terminazione della replicazione.
Il problema delle estremità dei cromosomi lineari: la telomerasi
Danni e mutazioni del DNA.
Meccanismi di riparo del danno: meccanismi diretti, indiretti, riparo della rottura del doppio filamento.
La trascrizione dell'RNA negli eucarioti: caratteristiche delle RNA polimerasi, formazione del complesso di inizio, allungamento, terminazione della trascrizione.
Caratteristiche dei promotori procariotici ed eucariotici.
Regolazione dell'espressione genica negli eucarioti.
La maturazione dell'RNA: capping, splicing, tailing, editing.
Cenni di RNA interference.
Dall'RNA alle proteine: meccanismi ed enzimi della traduzione dell'RNA messaggero. Il codice genetico.
Traduzione dell'mRNA messaggero: molecole ed enzimi coinvolti
t-RNA, ribosomi, amminoacil-tRNAsintetasi
Fasi della traduzione: inizio, allungamento, terminazione.
Farmaci che interferiscono con il processo di traduzione proteica.
Bibliografia
Nelson DL, Cox MM: I principi di Biochimica di Lehninger, Zanichelli, Bologna.
JD Watson et al.: Biologia Molecolare del gene. Zanichelli, Bologna.
G. Capranico, E. Martegani, G. Musci, G. Raugei, T. Russo, N. Zambrano, V. Zappavigna. Edises
Lieberman, Marks: Biochimica Medica, un approccio clinico. Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
Devlin TM: Biochimica con aspetti clinici. Wiley-Liss, New York.
Garrett RH, Grisham CM: Biochimica. Piccin, Padova.
Mathews CK, van Holde KE, Ahern KG: Biochimica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
Voet D, Voet JG: Biochimica John Wiley & Sons, USA.
Metodi didattici
Le lezioni si svolgeranno in presenza nel rispetto degli standard di sicurezza sanitaria adottati dall'Università di Parma. Gli argomenti saranno trattati con l’ausilio di presentazioni e filmati finalizzati a valorizzare l’approccio molecolare; saranno segnalati siti web e referenze bibliografiche utili.
Il materiale didattico di supporto alla lezione sarà a disposizione degli studenti sulla piattaforma Elly.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell'apprendimento dei contenuti del corso viene effettuata mediante prova scritta a risposte chiuse; essa consta di 30 domande a risposta multipla, di cui circa 20 hanno per oggetto il programma di Biochimica e 10 vertono sulla Biologia Molecolare. Il tempo assegnato per l’esecuzione della prova è di 60 minuti; lo studente che intende ritirarsi dall'esame deve farlo entro i primi 20 min dall’inizio dell’esame, riconsegnando il test alla commissione. Ogni risposta positiva contribuisce con 1 punto alla determinazione del voto finale in trentesimi. Gli esiti delle prove scritte sono comunicati al termine della loro correzione. In caso di esito positivo del test lo studente può scegliere se procedere alla verbalizzazione del voto o sottoporsi ad un esame orale. Non è prevista penalità per le risposte non corrette.
Gli Studenti con DSA/BSE devono preventivamente contattare Le Eli-che: supporto per studenti con disabilità, D.S.A., B.E.S. (https://sea.unipr.it/it/servizi/le-eli-che-supporto-studenti-con-disabilita-dsa-bes).
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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