84898 - BIOCHIMICA GENERALE E MOLECOLARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente al termine del corso conosce e comprende la Biochimica generale (struttura e funzione delle principali molecole biologiche, meccanismi chimici e biochimici alla base della catalisi enzimatica, organizzazione e tappe del metabolismo cellulare) e delle componenti fondamentali della Biologia molecolare (duplicazione del DNA, trascrizione e traduzione); possiede competenze adeguate sia per ideare e sostenere argomentazioni che per risolvere problemi di tipo biochimico; ha la capacità di raccogliere e interpretare i dati (per es. discutere un grafico della velocità di una reazione catalizzata vs. il tempo) ritenuti utili a giudicare un problema biochimico; ha sviluppato quelle capacità di apprendimento che sono loro necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia.

Contenuti

Modulo: Biochimica 1 (6 CFU) Prof. Silvana Hrelia

La logica molecolare della vita: caratteristiche fondamentali delle biomolecole. Legami covalenti e legami deboli: ruolo delle interazioni deboli nelle macromolecole. Cenni di termodinamica dei sistemi biologici.

Amminoacidi, peptidi e proteine: Struttura e proprietà degli amminoacidi. Struttura dei peptidi e delle proteine: i quattro livelli di organizzazione strutturale. Legame peptidico e struttura primaria. Struttura tridimensionale: struttura secondaria (alfa-elica, struttura beta, ripiegamento beta). Proteine fibrose e proteine globulari. Motivi e domini della struttura proteica. Struttura terziaria e quaternaria. Denaturazione e ripiegamento della proteine.

Proteine di particolare interesse fisiologico: Emoglobina e mioglobina. Struttura dell'eme. Struttura della mioglobina e dell'emoglobina. Curve di saturazione e cooperatività. Emoglobine anomale e patologiche.

Enzimi: Classificazione degli enzimi. La catalisi enzimatica. Energia di attivazione. Struttura e proprietà generali degli enzimi. Meccanismi generali di catalisi. Cofattori e coenzimi.

Cinetica enzimatica: Acquisizione ed analisi dei dati cinetici e significato dei parametri cinetici (Km, Vmax, Kcat). L'equazione di Michaelis-Menten. Effetto di pH e temperatura sull'attività enzimatica. Inibizione irreversibile. Inibizione dell'attività enzimatica: inibizione reversibile competitiva e non competitiva. Farmaci come inibitori. Regolazione dell'attività enzimatica: enzimi allosterici e cooperatività, modulatori positivi e negativi; modificazioni covalenti reversibili e irreversibili.

I lipidi e le membrane biologiche: Classificazione dei lipidi. Gli acidi grassi, i triacilgliceroli, i glicerofosfolipidi, gli sfingolipidi e gli steroidi. Composizione ed architettura delle membrane biologiche, microviscosità. Proteine di membrana integrali e periferiche. Asimmetria dei fosfolipidi e delle proteine. Modello a mosaico fluido e raft lipidici. Movimenti di molecole attraverso le membrane: sistemi di diffusione semplice, trasporto passivo mediato, trasporto attivo primario e secondario; canali ionici selettivi.

Bioenergetica e metabolismo: Disegno generale di catabolismo e anabolismo. Variazione di energia libera e reazioni accoppiate. Trasferimenti di gruppi fosforici e ATP. I tioesteri. Le reazioni biologiche di ossidoriduzione. Regolazione del flusso nelle vie metaboliche.

Il catabolismo del glucosio: Le reazioni della glicolisi. Destino anaerobico del piruvato: le fermentazioni. Regolazione metabolica della glicolisi. L'ossidazione del glucosio attraverso la via del pentosio fosfato.

Metabolismo del glicogeno e gluconeogenesi: Demolizione e sintesi del glicogeno e loro controllo. Gluconeogenesi: reazioni e regolazione.

Ciclo degli acidi tricarbossilici: Il complesso della piruvato deidrogenasi. Reazioni del ciclo di Krebs. Regolazione e bilancio energetico. Vie anaplerotiche che utilizzano o forniscono intermedi del ciclo.

Il catabolismo degli acidi grassi: Digestione, mobilizzazione e trasporto degli acidi grassi. Utilizzazione degli acidi grassi per la produzione di energia: beta-ossidazione. Formazione e utilizzazione dei corpi chetonici. Caratteristiche, metabolismo e ruolo funzionale degli acidi grassi poliinsaturi.

Biosintesi degli acidi grassi: Biosintesi del palmitato: reazioni e regolazione. Allungamento degli acidi grassi e formazione di acidi grassi insaturi. Biosintesi di triacilgliceroli e fosfolipidi (cenni). Prime tappe della biosintesi del colesterolo e regolazione della via metabolica.

Ossidazione degli amminoacidi e produzione dell'urea: Degradazione delle proteine. Ruolo del piridossal-fosfato nel metabolismo amminoacidico. Le reazioni di transamminazione e deamminazione ossidativa. Escrezione dell'azoto e ciclo dell'urea: localizzazione, reazioni e regolazione.

Modulo: Biochimica 2 (4 CFU) Dott. Christian Bergamini

Trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa: I trasportatori di elettroni nella catena respiratoria mitocondriale. La fosforilazione ossidativa e la sintesi dell'ATP. Regolazione della fosforilazione ossidativa Disaccoppiamento e inibizione.Tessuto adiposo bruno e termogenesi.

Trasduzione del segnale . Via dell'AMPc . Via del fosfatidilinositolo. Recettori con attività tirosina chinasica.

Struttura generale degli acidi nucleici : legame 5'-3' fosfodiestereo. Direzionalità e polarità delle catene polinucleotidiche. Idrolisi basica dell'RNA. Idrolisi enzimatica degli acidi nucleici. Generalità sulle endonucleasi di restrizione.

Struttura del DNA : struttura elicoidale – presenza di due filamenti – importanza dei legami ad idrogeno - appaiamento delle basi – modello proposto da Watson e Crick. Complementarieta' dei filamenti. Fattori che stabilizzano la doppia elica. Denaturazione del DNA.

Superavvolgimenti del DNA in E.Coli : supereliche negative e positive e loro significato. Topoisomerasi.

Superavvolgimento del DNA negli eucarioti : proteine istoniche – polinucleosomi - struttura della cromatina. Acetilazione/deacetilazione degli istoni.

Dogma centrale : formulazione iniziale ed aggiornamenti. Sintesi di DNA a partire da RNA - trascrittasi inversa e sue caratteristiche – AZT.

Replicazione del DNA in E.Coli : replicazione semiconservativa - bidirezionale – formazione di primer - chimica della reazione di polimerizzazione e considerazioni energetiche. OriC e formazione della forcella di replicazione. Caratteristiche della DNA polimerasi III. Importanza della fedeltà di replicazione e proof-reading. Allungamento: filamento leader e filamento lento, frammenti di Okazaki. Funzioni della DNA polimerasi I e sue caratteristiche. Cenni alla duplicazione del DNA negli eucarioti. Cenni al DNA mitocondriale degli eucarioti.

Danni al DNA degli eucarioti : generalità, deamminazione della citosina, danni da radiazioni, agenti alchilanti ed intercalanti, danni da ROS. Correlazione tra danni al DNA e sviluppo del cancro.

Struttura RNA : filamento unico - basi modificate e loro descrizione - bolle, forcine, ripiegamenti. Forme mature di mRNA, tRNA ed rRNA eucariotici e loro funzioni.

Trascrizione in E. Coli: differenza tra replicazione e trascrizione - filamento stampo e non stampo - caratteristiche della RNA polimerasi di E. Coli – fedeltà di trascrizione – bolla di trascrizione - termine. Promotori e subunita' sigma della RNA polimerasi - geni costitutivi e non costitutivi - struttura dei promotori e sequenze consenso - promotori forti e deboli. Cenni alla trascrizione negli eucarioti. Trascrizione/traduzione nei procarioti e negli eucarioti.

Maturazione RNA: trascritti primari nei procarioti: RNA policistronici – operoni. Trascritti primari negli eucarioti: maturazione degli RNA – introni ed esoni – splicing e significato dello splicing alternativo.

Controllo della trascrizione: subunità sigma alternative dei procarioti. Induzione e repressione del lac-operon. Cenni alla regolazione della trascrizione negli eucarioti: fattori di trascrizione - meccanismo d'azione di ormoni steroidei come esempio di sequenze enhancer.

Amminoacilazione : descrizione della reazione in due tappe - riconoscimento del corretto amminoacido - amminoacil-tRNA-sintetasi e proof-reading - riconoscimento del corrispondente tRNA.

Codice genetico: definizione. Codoni, modalità di lettura, effetti di inserzioni/delezioni, associazione codoni/amminoacidi. Descrizione del quadro completo - degenerazione – effetti di possibili mutazioni. Gli RNAt come interpreti del codice.

Appaiamento codone-anticodone : ipotesi della base vacillante. Riconoscimento di 61 codoni mediante tRNA. AUG iniziale e AUG per la metionina.

Traduzione : Sequenza di Shine-Dalgarno - formazione del complesso di inizio. Allungamento: scelta del corretto aa-tRNA - formazione del legame peptidico. Termine: legame di fattori di rilascio - liberazione del polipeptide. Cenni alle modificazioni post-traduzionali delle proteine.

Clonazione del DNA : endonucleasi di restrizione - frammentazione di DNA - vettori di clonaggio - preparazione del DNA ricombinante – trasfezione - amplificazione del DNA mediante coltura batterica.

Testi/Bibliografia

D.L.Nelson e M.M. Cox - I principi di Biochimica di Lehninger - 7a edizione, Zanichelli 2018 

T.M. Devlin - Biochimica con aspetti clinico farmaceutici- 1a edizione, Edises 2013

D.Voet, J.G.Voet, C.W.Pratt - Fondamenti di Biochimica - 2a edizione, Zanichelli 2007

R. H. Garrett , C. M. Grisham – Principi di Biochimica – Piccin Editore 2004

J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stayer – Biochimica - 7a edizione, Zanichelli 2012

B. Lewin - Gene – Zanichelli

Metodi didattici

Lezioni frontali con l'utilizzo di sistemi anche audiovisivi

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento al termine del corso si propone di valutare il raggiungimento dei seguenti obiettivi:

- Conoscere la struttura e funzione delle principali macromolecole biologiche e le nozioni fondamentali di enzimologia.

- Conoscere la bioenergetica cellulare, le principali vie metaboliche e i meccanismi sottesi alla loro regolazione e alla trasduzione del segnale

- Conoscere le nozioni fondamentali di Biologia molecolare, i meccanismi molecolari di base dei sistemi viventi, e la logica molecolare della loro regolazione

L'esame consiste in una valutazione scritta (modulo di Biochimica 2) e una prova orale (modulo di Biochimica 1). E' richiesta per entrambe le prove la registrazione su Alma Esami.

Modulo di Biochimica 1: l'esame consiste in una prova orale con tre domande che tenderanno ad accertare la conoscenza teorica da parte dello studente sulla struttura e funzione della macromolecole biologiche, sul metabolismo e sua regolazione. Nell'arco del corso potrà essere istituita “una tantum” una prova in itinere scritta sulla struttura e funzione delle biomolecole costituita da 2 minitemi che se superata con voto positivo potrà valere come acquisizione della conoscenze e pesare per il 50% della valutazione del modulo. In tale caso la prova orale verterà solo sulla parte metabolica e consisterà in due domande. La prova in itinere non è obbligatoria e lo Studente puo’ decidere di sostenere l’esame del modulo di Biochimica 1 su tutto il programma come prova orale.

Modulo di Biochimica 2: la prova di verifica dell'apprendimento è scritta. La prova scritta è costituita da domande a risposta multipla e domande a risposta aperta su argomenti di Biologia molecolare. Per ogni risposta esatta, è assegnato un punteggio indicato nel compito; per le domande aperte è indicato un punteggio massimo. Non si assegnano punteggi negativi per risposte non date o sbagliate. La prova è superata se il punteggio ottenuto è almeno 18.

Il voto finale del corso sarà la media pesata dei voti ottenuti nei due moduli (Biochimica 1 e Biochimica 2).

Strumenti a supporto della didattica

PC e videoproiettore per presentazioni Powerpoint e multimediali; lavagna luminosa

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvana Hrelia

Consulta il sito web di Christian Bergamini