00061 - BIOCHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base della biochimica generale e metabolica ed applica alcune tecniche di base della biochimica. In particolare, lo studente è in grado di conoscere la struttura e la funzione delle principali molecole biochimiche (zuccheri, proteine, lipidi e acidi nucleici), conoscere le vie metaboliche principali delle cellule eucariote animali e la loro regolazione, avere una panoramica generale dei principi fondamentali e degli elementi unificanti del metabolismo e della regolazione integrata delle varie vie metaboliche.

Contenuti

1. LE PRINCIPALI BIOMOLECOLE

1.1.Amminoacidi e proteine: Ripasso delle formule, caratteristiche chimico-fisiche degli amminoacidi e del legame peptidico. Definizione e legami specifici responsabili della struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Cenni sui metodi di predizione delle strutture proteiche.

1.2.Lipidi e membrane biologiche: Gli acidi grassi saturi ed insaturi. Lipidi di deposito: i trigliceridi (formule e caratteristiche). I lipidi di membrana: formule dei principali fosfolipidi e sfingolipidi, lipidi con unità isopreniche, colesterolo (formule e caratteristiche). Struttura delle membrane biologiche, composizione e caratteristiche chimico-fisiche. Asimmetria delle membrane. Caratteristiche e classificazione delle proteine di membrana, modificazioni covalenti lipidiche.

1.3.Metodologie per l'analisi delle proteine: concetto di proteoma, purificazione delle proteine: strategie generali; frazionamento subcellulare, centrifugazione, precipitazione, tecniche cromatografiche (gel filtrazione, scambio ionico, affinità), metodi spettrofotometrici, elettroforesi, western blot, ELISA, cenni alle tecniche per lo studio della struttura delle proteine, ruolo delle proteasi.

2. STRUTTURA E FUNZIONI DELLE PROTEINE

2.1. Mioglobina ed emoglobina: struttura dell'eme, legame dell'ossigeno, struttura e funzione di mioglobina ed emoglobina, struttura quaternaria dell'emoglobina, curve di saturazione dell'ossigeno delle due proteine; emoglobina S ed anemia falciforme.

2.2. Enzimi: proteine come catalizzatori molecolari, caratteristiche generali degli enzimi, energia di attivazione, formazione del complesso enzima-substrato, classificazione degli enzimi, principali tipi di catalisi. Cinetica enzimatica: modello di Michaelis-Menten, significato della Km e Vmax. Inibizione degli enzimi e analisi cinetiche: inibitori competitivi, non competitivi, acompetitivi.

3. TRASDUZIONE DEL SEGNALE:

3.1. Modalità generale della segnalazione intercellulare, definizione di primo messaggero, concetto di recettore; recettori di superficie e intracellulari.

3.2. Recettori a 7-TM, struttura ed esempi. Le proteine G eterotrimeriche, i sistemi effettori: adenilato ciclasi e fosfolipasi C, secondi messaggeri (cAMP, IP3, DAG e calcio), protein chinasi e fosfatasi attivate da secondi messaggeri, proteine che legano calcio.

3.3. Recettori ad attività tirosina chinasica, struttura, attivazione, segnalazione mediata da proteine con domini SH2, la proteina Ras e le MAP chinasi. Recettore di EGF (fattore di crescita epidermico) come modello per questa via di segnalazione.

4. CONVERSIONI ENERGETICHE E BIOSINTESI

4.1 Principi base del metabolismo: aspetti generali, anabolismo e catabolismo, reazioni accoppiate, composti ad alta energia. I nucleotidi. ATP e sue caratteristiche chimiche peculiari e altri composti ad elevato potenziale di trasferimento di gruppo fosfato. NADH e FADH2. Cenni sulle vitamine e i principali coenzimi che sono coinvolti nelle vie metaboliche.

4.2. Glicolisi: generalità; reazioni della via glicolitica con formule, destino metabolico del piruvato in assenza e presenza di ossigeno: fermentazione alcoolica e lattica, trasporto nei mitocondri e ossidazione; regolazione della glicolisi.

4.3. Metabolismo del glicogeno e ingresso di altri zuccheri nella via glicolitica

4.4. Ciclo del citrato: complesso della piruvato deidrogenasi: struttura, coenzimi e regolazione. Panoramica delle reazioni del ciclo TCA con formule, regolazione, resa energetica. Le reazioni anaplerotiche.

4.5. Fosforilazione ossidativa: trasporto di elettroni e sintesi di ATP Ultrastruttura dei mitocondri; potenziali redox dei componenti dei complessi, struttura e funzione dei complessi della catena respiratoria (complessi I, II, III, CIV). ATP sintasi o complesso V: struttura delle porzioni F1 e FO; subunita' principali e ciclo catalitico. Trasportatori della membrana interna, sistemi navetta per il trasporto equivalenti riducenti nei mitocondri.  

4.5. Gluconeogenesi : la piruvato carbossilasi; reazioni con formule della gluconeogenesi; regolazione coordinata della gluconeogenesi e della glicolisi. Ciclo di Cori. Sintesi e demolizione del glicogeno, la glicogeno fosforilasi: struttura e regolazione nel muscolo e fegato.

4.6. Via dei pentosi-fosfati: fase ossidativa e fase non-ossidativa: reazioni con formule. Regolazione. Produzione di NADPH per le vie biosintetiche e glutatione .

4.7. Metabolismo dei lipidi: Catabolismo: idrolisi dei trigliceridi negli animali; attivazione, trasporto (CPT I e CPTII) ed ossidazione degli acidi grassi nella matrice mitocondriale. I corpi chetonici; sintesi e utilizzazione. Biosintesi degli acidi grassi: reazioni e ruolo del citrato, allungamento; biosintesi dei lipidi complessi: biosintesi del colesterolo.

4.8. Metabolismo degli amminoacidi: digestione ed assorbimento delle proteine. Degradazione degli amminoacidi: destino del gruppo amminico, ciclo dell'urea, relazione tra ciclo dell'urea e ciclo TCA.

5. SESSIONE BIOINFORMATICA

Questa parte del corso (1 CFU) sarà dedicata all'utilizzo di risorse bioinformatiche ad esempio (ma non esclusivamente) quelle dello Swiss Institute of Bioinformatics, ed in particolare gli strumenti relativi all'analisi proteomica, e ad includere calcoli comuni di laboratorio.

Inoltre ci sara' la possibilita' di preparare un poster scientifico su un tema biochimico a carattere applicativo, seguendo linee guida volte a sviluppare uno standard professionale di comunicazione scientifica. 

Testi/Bibliografia

Introduzione alla Biochimica di Lehninger. D. L. Nelson, M. M. Cox, sesta edizione italiana, 2018, Zanichelli

Biochimica. M. K. Campbell, S. O. Farrell, O. M. McDugal. Quinta edizione, 2019, EdiSES

Biochimica. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer , 7th edition, 2012, Zanichelli

Principi di Biochimica. A.L. Lehninger, D.L. Nelson, M.M. Cox. 2009 Zanichelli

Fondamenti di Biochimica. D. Voet, J. Voet, C.W. Pratt. 2013 Zanichelli.

Biochimica. Molecole e metabolismo. D.R. Appling, S.J Antony-Cahaill, C.K. Mathews. 2017 Pearson.

Il docente fornirà i files PDF delle diapositive proiettate a lezione agli studenti attraverso lo spazio virtuale del corso. Il materiale fornito è di stretto uso personale. Le diapositive sono una guida allo studio (titoli, parole chiavi, illustrazioni)  e non sostituiscono testi (libri) o altro materiale di apprendimento (articoli, siti web, video), che gli studenti sono invitati a consultare per un approfondimento degli argomenti ed il loro apprezzamento in modo indipendente.

Metodi didattici

Durante le lezioni frontali vengono illustrate e discusse in dettaglio la struttura e funzione delle principali molecole di interesse biologico ed analizzate le principali vie metaboliche e la loro integrazione.

Vengono fornite indicazioni per l’approfondimento individuale di alcuni argomenti e la loro applicazione.

Il corso viene affiancato da un modulo di esercitazioni bioinformatiche e di comunicazione scientfica.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Per sostenere la prova di esame è necessario iscriversi su Almaesami, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. La prova di accertamento e' scritta.

L' esame scritto comprende:

Parte A: QUIZ

-Domande: prevalenza di domande a risposta multipla, ma anche domande a risposta breve, brevi esercizi (il rapporto tra questi tipi di domande potra’ variare a pari difficolta’ del QUIZ);

-Argomenti: tutti gli argomenti trattati.

-Tempo assegnato: 75 minuti

Parte B: Domanda aperta

- Gli argomenti proposti riguardano le vie metaboliche e richiedono: (i) descrizione dettagliata di reazioni biochimiche rilevanti; (ii) discussione e apprezzamento (conoscenza approfondita della materia).

- Tempo assegnato: 30 minuti

 

Oltre all'esame sara' proposta un'attivita' opzionale riservata agli studenti del corso 2021/2022: il Poster Scientifico (da consegnare entro il termine del corso alla scadenza assegnata).

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni powerpoint.

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisabetta Verderio