84898 - BIOCHIMICA GENERALE E MOLECOLARE

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente acquisisce le conoscenze di base della biochimica generale e molecolare. 
In particolare, lo studente è in grado di: - comprendere la struttura e funzione delle principali molecole di interesse biologico; - comprendere i meccanismi molecolari delle attività metaboliche e della segnalazione e la loro regolazione, con particolare riguardo alle basi biochimiche dell'azione dei farmaci, utili per l’apprendimento delle conoscenze dei corsi successivi.

Contenuti

MODULO 1 Prof.ssa 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.

 MODULO 2 – Prof. Bergamini 4 CFU

 

Trasduzione del segnale

Metabolismo: Introduzione e definizione dei processi metabolici (catabolismo e anabolismo), organizzazione del metabolismo catabolico

Glicolisi e sua regolazione

Utilizzo di altri zuccheri (galattosio, fruttosio e mannosio)

La via del pentoso fosfato. Ricadute biologiche: effetto Warbourg

Glicogenolisi e glicogeno sintesi e loro regolazione

Gluconeogenesi e relativa regolazione

Il ciclo dell'acido citrico e sua regolazione

La catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa.

Degradazione ossidativa degli acidi grassi: la beta-ossidazione.

La sintesi degli acidi grassi e aspetti della regolazione in relazione alle richieste energetiche e alla disponibilità di glucosio

La sintesi del colesterolo

La degradazione del gruppo amminico delle proteine: ciclo dell'urea.

MODULO 3 – Prof. Fiorentini 3 CFU

Carboidrati: isomeri D, ciclizzazione, mutarotazione. Strutture di glucosio, galattosio, fruttosio, ribosio, deossiribosio. Legame O-glicosidico. Strutture di maltosio, lattosio, cellobiosio e saccarosio. Struttura e funzione di amido, glicogeno e cellulosa. Cenni agli eteropolisaccaridi eparina e acido ialuronico.

Nucleotidi: strutture delle basi azotate. Struttura e funzione di nucleotidi, nucleosidi trifosfati. Legami anidridici e legami esterei. l'ATP come molecola in cui si conserva l'energia chimica. AMPc e GMPc.

 

Struttura generale degli acidi nucleici: legame 5'-3' fosfodiestere. Idrolisi basica dell'RNA. Idrolisi enzimatica degli acidi nucleici, endonucleasi di restrizione. DNA: modello di Watson e Crick, denaturazione, superavvolgimenti e loro significato. Topoisomerasi di tipo I e II. RNA: struttura, forme mature di mRNA, tRNA, rRNA eucariotici e loro funzioni.

Genomi: procariotici ed eucariotici. Genoma umano, struttura della cromatina

Replicazione del DNA in E. Coli: reazione di polimerizzazione. Funzioni e caratteristiche della DNA polimerasi III. OriC. Meccanismo di replicazione. Funzioni e caratteristiche della DNA polimerasi I. Proof-reading della DNA polimerasi III e I. Cenni alla replicazione del DNA negli eucarioti.

Danni al DNA degli eucarioti: depurinazione, deamminazione. Agenti mutageni, danni da radiazioni. Radicali liberi e specie reattive dell'ossigeno (ROS). Reazioni di Fenton e di Haber-Weiss. Funzioni fisiologiche delle ROS. Cenni ai sistemi di riparazione del DNA. Cenni al DNA mitocondriale.

Trascrizione in E. Coli: reazione di polimerizzazione. Caratteristiche della RNA polimerasi. Meccanismo della trascrizione. Promotori. Subunità sigma alternative. Cenni alla trascrizione negli eucarioti. Splicing e significato dello splicing alternativo. Aggiornamento del dogma centrale: retrovirus, trascrittasi inversa, costruzione di un cDNA.

Amminoacilazione: amminoacil-tRNA sintetasi, meccanismo di reazione, riconoscimento del corretto amminoacido e del corrispondente tRNA.

Codice genetico: definizione, descrizione del quadro completo, degenerazione, codoni sinonimi. Riconoscimento della selenocisteina. Mutazioni silenti, di senso e non senso.

Appaiamento codone/anticodone: modalità di appaiamento, ipotesi della base vacillante e wobbling. tRNA per il codone AUG.

Sintesi proteica (traduzione) in E. Coli: ribosomi procariotici. Fase di inizio, sequenza di Shine-Dalgarno, fase di allungamento, formazione del legame peptidico, termine. Cenni alle modificazioni post-traduzionali.

Regolazione dell’espressione genica degli eucarioti: regolazione da parte di attivatori (ormoni steroidei o peptidici); regolazione da parte di RNA non codificanti (lncRNA, miRNA, siRNA) e loro meccanismo d’azione, RNA interferente, applicazioni terapeutiche; regolazione da parte di modificazioni epigenetiche: acetilazione/deacetilazione degli istoni, metilazione del DNA e sua trasmissibilità, differenze tra genotipo e fenotipo.

DNA ricombinante: costruzione di un DNA chimerico, vettori di clonaggio, costruzione di una libreria genomica e di una libreria di cDNA. Modalità di produzione dell’insulina da parte dei batteri.


Testi/Bibliografia

- D.L. Nelson, M.M. Cox "I principi di Biochimica di Lehninger", VII edizione, Zanichelli, 2018.

- J. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer “Biochimica” VIII edizione, Zanichelli, 2020

- T.M. Devlin “Biochimica con aspetti clinico-farmaceutici”, EdiSES, 2013

- D. Voet, J.G. Voet, C. W. Pratt “Fondamenti di Biochimica” IV edizione, Zanichelli, 2018

- Bassi, Boffi, de Curtis et al. "Biochimica" Edi.Ermes 2019

Tutti i testi consigliati possono essere utilizzati per lo studio dei tre moduli che compongono il Corso. Data l’importante mole dei volumi, è opportuno affiancare la selezione e l’approfondimento degli argomenti da studiare con il materiale didattico depositato su VIRTUALE dai docenti.

Metodi didattici

Il corso consiste di tre moduli per 10 crediti complessivi, dei quali 3 CFU per il modulo 1 (struttura e funzione delle principali macromolecole e introduzione all'enzimologia), 4 CFU per il modulo 2 (biochimica metabolica e regolazione) e 3 CFU per il modulo 3 (struttura e metabolismo degli acidi nucleici). Per tutto il perdurare della pandemia da Coronavirus le lezioni si svolgeranno in modalità mista (docente in aula, studenti in aula prenotati tramite l’applicativo “Presente”, studenti collegati on line) oppure da remoto (docente e studenti collegati on line). I docenti si avvarranno dell'ausilio di presentazioni Power Point e di semplici video didattici. L'insegnamento non prevede laboratori.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite bacheca elettronica (AlmaEsami), nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Si precisa che per essere ammessi all’esame orale del Modulo 2 occorrerà obbligatoriamente avere superato preventivamente le prove scritte relative ai Moduli 1 e 3.

Qualora lo studente non dovesse superare l'esame orale nel periodo di validità delle prove scritte dovrà ripetere tali prove per essere ammesso all'orale. Coloro che non riuscissero ad iscriversi entro la data prevista, sono tenuti a comunicare tempestivamente (e comunque prima della chiusura ufficiale delle liste di iscrizione) il problema al docente tramite posta elettronica. Sarà facoltà del docente ammetterli a sostenere la prova. Per correttezza nei confronti dei docenti, gli studenti che per qualsiasi motivo non intendono presentarsi ad un appello al quale si erano precedentemente iscritti sono tenuti a darne comunicazione ai docenti per posta elettronica.

Modulo 1

La prova di verifica dell'apprendimento è scritta, verte sulla struttura e funzione delle biomolecole ed è costituita da 2 minitemi, se superata con voto positivo potrà valere come acquisizione della conoscenze e pesare per 3/10 della valutazione finale

Modulo 2

L’esame consiste in un colloquio orale che può essere sostenuto in presenza o tramite piattaforma Teams. Per sostenere l'esame occorre avere superato lo scritto relativo ai Moduli 1 e 3 da non più di un anno solare e avere superato e verbalizzato gli esami propedeutici di BIOLOGIA ANIMALE e CHIMICA ORGANICA. Nella valutazione finale, la Commissione accerterà che lo studente abbia raggiunto gli obiettivi stabiliti dal Corso e porrà particolare attenzione alla capacità del candidato di inquadrare con precisione l'argomento, di averne raggiunto una visione organica complessiva ed il possesso della proprietà di linguaggio specifico. Il punteggio finale verrà calcolato per i 4/10 sul voto conseguito nel Modulo 2, per 3/10 su quello conseguito nel Modulo1 e per 3/10 sul voto conseguito nel modulo 3.

Modulo 3

La verifica delle conoscenze relative al Modulo 3 viene effettuata tramite una prova scritta, alla quale è possibile accedere tramite la piattaforma Zoom, che deve essere installata sul proprio PC (https://zoom.us/download).

Non è possibile usare il cellulare o un tablet, e' obbligatorio utilizzare un computer.

Ogni prova contiene domande relative a tutti gli argomenti trattati a lezione, facendo riferimento al Programma pubblicato su Virtuale.

La prova è così organizzata: 5 domande a risposta multipla (ciascuna vale 3 punti) che ammettono PIU' di 1 risposta (fra 5 proposte); 2 domande a risposta multipla (ciascuna vale 1.5 punti) che ammettono 1 UNICA risposta (fra 5 proposte); 3 domande a risposta aperta (ciascuna vale 4 punti), alle quali occorre rispondere in modo conciso. Il punteggio è quindi dato da 15 (5x3) + 3 (1.5x2) + 12 (4x3) = 30. Alle risposte sbagliate non viene assegnato punteggio. Per superare la prova occorre aver totalizzato un minimo di 18 punti. Il tempo concesso per la prova è di 32 minuti, durante i quali gli studenti saranno obbligati a condividere il loro schermo con quello del docente. La prova scritta potrà essere registrata. I risultati saranno visibili su AlmaEsami, l'eventuale giudizio "Ritirato" si riferisce al mancato raggiungimento della sufficienza e alla conseguente NON ammissione all'esame orale relativo al Modulo 2 del Prof. Bergamini. In tal caso occorrerà ripetere la prova. Se superata, la prova rimarrà VALIDA PER UN ANNO SOLARE, indipendentemente da quante volte verrà sostenuta la prova orale relativa al Modulo 2 del Prof. Bergamini. Si precisa inoltre che: - Gli studenti non ammessi all’orale e coloro che non sono soddisfatti del voto conseguito nella prova scritta possono sempre ripetere la prova (in genere il giorno precedente la data stabilita per l'orale, iscrizione su AlmaEsami). In questo caso fa fede il voto conseguito nell’ultima prova sostenuta - Gli studenti non ammessi all’orale possono scrivere alla docente chiedendo spiegazioni relative alla correzione del loro compito scritto; la docente invierà una mail contenente la spiegazione dettagliata degli errori commessi. Alla fine del corso relativo al Modulo 3 gli studenti iscritti al secondo anno (e non quelli iscritti agli anni successivi) potranno usufruire di una prova scritta, formulata nello stesso modo esposto sopra ed avente la medesima validità.


Strumenti a supporto della didattica

Il libro di testo consigliato dal docente è lo strumento sul quale lo studente deve acquisire la propria preparazione. Il restante materiale didattico, cioè gli appunti presi a lezione dallo stesso studente, la copia delle presentazioni Power Point mostrate a lezione dai docenti (disponibile sulla piattaforma VIRTUALE) e tutto il resto delle informazioni e degli approfondimenti che il docente riterrà utile fornire agli studenti, non è sostitutivo del libro di testo, ma costituisce una guida e una base per la selezione e la migliore comprensione degli argomenti da studiare.

L'iscrizione alla piattaforma VIRTUALE sulla quale trovare copia delle lezioni avviene automaticamente da Corso di Studio; qualora uno studente non dovesse trovare il suo nome è pregato di comunicarlo al docente, che provvederà ad iscriverlo manualmente. La piattaforma consente anche il dialogo diretto docente/studente e l’invio di mail a tutti gli studenti iscritti da parte del docente, per comunicazioni urgenti.

Il materiale depositato dai docenti è in formato pdf, per quanto possibile i docenti avranno cura di pubblicarlo in anticipo rispetto alle lezioni, ma la revisione e l’aggiornamento delle lezioni potrebbe comportare anche qualche ritardo nella pubblicazione. In ogni caso l’uso del materiale didattico da parte degli studenti è strettamente personale, non ne è consentita la divulgazione e non ne è autorizzata la circolazione di copie a stampa.

Orario di ricevimento

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