44113 - BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente conosce la struttura e funzioni delle principali molecole biologiche (carboidrati, lipidi e proteine) e le nozioni fondamentali di enzimologia. Conosce la bioenergetica cellulare, ha una buona conoscenza delle principali vie metaboliche, dei meccanismi sottesi alla loro regolazione e della trasduzione del segnale. Conosce le nozioni fondamentali di Biologia molecolare, i meccanismi molecolari di base dei sistemi viventi, quali la replicazione, la trascrizione e la sintesi proteica, e la logica molecolare della loro regolazione.

Programma/Contenuti

Modulo di Biochimica (8 CFU) Prof. Natalia Calonghi

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 carboidrati: Struttura dei principali monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

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.

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

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.

Biosegnalazione: caratteristiche generali della trasduzione del segnale. Controllo ormonale del metabolismo. Proteine G. Via dell'AMPc . Via del fosfatidilinositolo. Recettori con attività tirosina chinasica.

Modulo di Biologia Molecolare (3CFU) Prof. Romana Fato

Dogma centrale della Biologia Molecolare.

Nucleotidi, nucleosidi e basi. Legame fosfodiestere e sequenze nucleotidiche. Appaiamento delle basi e struttura della doppia elica di DNA. Strutture B della doppia elica di DNA. Strutture A e Z della doppia elica e strutture secondarie di acidi nucleici. Sequenze palindromiche.

Replicazione semiconservativa del DNA ed enzimi della sintesi del DNA. Meccanismo della replicazione nei batteri. Origini di replicazione.

DNA lineare e circolare. Plasmidi ed enzimi di restrizione. Clonaggio del DNA e librerie di vettori ricombinanti.

RNA ribosomale, messaggero e transfer. Struttura dell'RNA: struttura primaria, secondaria e terziaria.

Meccanismo della trascrizione nei procarioti. Struttura del promotore: elementi in-cis. Subunità della RNA polimerasi procariotiche: ruolo del fattore sigma. Terminazione della trascrizione.

Principi generali della regolazione dell'espressione genica. Organizzazione dell'operone batterico: fattori in-trans. Operone del lattosio e ruolo dei repressori. Operone del triptofano e meccanismo dell'attenuazione.

Il codice genetico: codoni e anticodoni. Mutazioni geniche ed effetti sulla sequenza amminoacidica. mRNA: struttura e modificazioni post-trascrizionali.

Struttura e funzioni del tRNA. Le aminoacil-tRNA sintetasi. Struttura del ribosoma. Traduzione dell' mRNA: meccanismo della sintesi proteica.

Struttura del gene eucariotico: introni ed esoni. Il cDNA e trascrittasi inversa. Clonaggio di cDNA ed espressione di proteine eterologhe in batteri e lieviti.

Testi/Bibliografia

D.L.Nelson e M.M. Cox - I principi di Biochimica di Lehninger - Zanichelli

T.M. Devlin - Biochimica con aspetti clinico farmaceutici- Edises

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

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

J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stayer  –  Biochimica - Zanichelli

B. Lewin - Gene – Zanichelli

Metodi didattici

Lezioni frontali con l'utilizzo di sistemi anche audiovisivi .

Modalità di verifica dell'apprendimento

 

Modulo 1 (Biochimica)

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 domande a risposta aperta che se superata con voto positivo potrà valere come acquisizione della conoscenze e pesare per 3/11 sul voto finale. In tale caso la prova orale verterà solo sulla parte metabolica e consisterà in due domande.

Modulo 2 (Biologia molecolare)

La verifica dell'apprendimento avviene tramite una prova scritta della durata di 2 ore, da svolgersi senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in 10 quesiti a risposta multipla, 10 quesiti del tipo Vero/Falso per i quali lo studente oltre a dover indicare se la definizione è Vera o Falsa dovrà anche giustificare la sua risposta con un breve commento e 3 domande aperte e verterà esclusivamente sugli argomenti trattati a lezione. La valutazione ottenuta nella prova scritta sarà espressa in trentesimi (punteggio minimo pari a 18) e concorrerà al voto finale, determinato come media pesata dei due diversi moduli. La prova scritta viene mantenuta valida per due anni solari; durante questo periodo lo studente potrà sostenere l'esame orale in un qualsiasi appello disponibile. Qualora lo studente non fosse soddisfatto del voto conseguito allo scritto, potrà ripetere tale prova; in tal caso farà fede il voto conseguito dallo studente nell'ultima prova scritta sostenuta. Qualora lo studente non dovesse superare l'esame orale nel periodo di validità della prova scritta dovrà ripetere tale prova per essere ammesso all'orale.

Strumenti a supporto della didattica

 

PC e videoproiettore per presentazioni Powerpoint e multimediali; lavagna luminosa.



Orario di ricevimento

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