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.Aminoacidi e proteine: Ripasso delle formule, caratteristiche chimico-fisiche degli aminoacidi 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, diagrammi di idropatia.

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, cenni alle tecniche per lo studio della struttura delle proteine.

 

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; effettori allosterici del legame dell'ossigeno all'emoglobina, emoglobina fetale, 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, Vmax e Kcat. Misura sperimentale di Km e Vmax.  Inibizione degli enzimi e analisi cinetiche: inibitori competitivi, non competitivi, incompetitivi.                 

2.2.1. Strategie catalitiche: catalisi acido-base, esempi di meccanismi catalitici: la lattato deidrogenasi e la  chimotripsina, ruolo delle altre proteasi.

2.2.2. Regolazione dell'attività enzimatica: controllo allosterico, esempio della aspartato transcabammilasi (ATCasi), modello concertato e sequenziale. Regolazione da modificazione covalente reversibile: 1) protein chinasi e fosforilazione reversibile. La PKA: struttura, regolazione e funzione;  2) acetilazione.  Modificazione covalente irreversibile: proteolisi e cascata degli enzimi digestivi.

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 intracellulari: struttura e meccansimi

3.3. 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.

3.4. Recettori ad attività  tirosina chinasica, struttura, attivazione,  segnalazione mediata da proteine con domini SH2, la proteina Ras e le MAP chinasi.

Insulina e via di segnalazione del recettore dell'insulina: IRS1, PI3-K, PDK1, Akt, Gsk.

4. CONVERSIONI ENERGETICHE E BIOSINTESI

4.1 Principi base del metabolismo: aspetti generali, anabolismo e catabolismo, reazioni accoppiate, composti ad alta energia. I nucleotide.  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. 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.

4.4. 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),  teoria chemiosomotica e concetto di potenziale elettrochimico protonico. 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. Bilancio energetico, inibitori dei complessi, disaccoppianti.  Specie reattive dell'ossigeno ed enzimi detossificanti.

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: ruolo di PKA e PP1. Insulina e glicogenosintesi.

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 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: glicerofosfolipidi e sfingolipidi; biosintesi del colesterolo. 

4.8. Metabolismo degli aminoacidi: digestione ed assorbimento delle proteine; turnover delle proteine cellulari: ubiquitina: struttura ed attivazione; struttura del proteasoma. Degradazione degli amminoacidi: destino del gruppo amminico, ciclo dell'urea, relazione tra ciclo dell'urea e ciclo TCA.

 

Laboratorio "Metodi per la separazione, quantificazione  ed identificazione di proteine" (1CFU) 

 sarà tenuto dalla prof.ssa Anna Maria Porcelli, indicativamente all'inizio di Dicembre 2018. Prevede:

Determinazione del contenuto proteico di una miscela mediante saggio colorimetrico;

Separazione cromatografica di una miscela di proteine note;

Identificazione delle proteine purificate mediante tecniche spettrofotometriche ed elettroforetiche.

 

Testi/Bibliografia

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, previo iscrizione alla lista di distribuzione al sito AMS Campus e utilizzo della password fornita dal docente. Il materiale fornito è di stretto uso personale.

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.  Il corso viene affiancato da un modulo di esercitazioni pratiche in laboratorio.

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 e prevede  alcune domande volte ad accertare la conoscenza da parte dello studente degli argomenti trattati a lezione e durante il laboratorio sperimentale.

L' esame scritto comprende:

Tre domande aperte su argomenti del programma, di cui una su un ciclo metabolico (6 punti/risposta esauriente).  Se le risposte non sono adeguate, NON si procede nella valutazione.

Quattro formule di composti o identificazione di composti dalla formula  (aminoacidi, nucleotidi, zuccheri, acidi grassi, fosfolipidi, sfingolipidi, colesterolo, metabolite: piruvato, gliceraldeide-3-P, fosfoeneolpiruvato, lattato, ossalacetato, citrato, succinato, alfa-chetoglutarato, ribulosio-5-P, ribosio-5-P, xilulosio-5-P, sedoeptulosio-7-P, etc) (1 punto/risposta esatta)

5 domande a risposta multipla (1 punto/risposta esatta)

Tre affermazioni Vero-Falso (1 punto/risposta esatta)

Quattro semplici esercizi su problemi pratici (preparazione di soluzioni molari, diluizione di soluzioni, determinazione della concentrazione di un soluto dalla assorbanza (legge di Lambert-Beer),  tipi di inibizione enzimatica (1 punto/risposta esatta)

 

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC e presentazioni powerpoint.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michela Rugolo

Consulta il sito web di Anna Maria Porcelli