67117 - BIOCHIMICA GENERALE E DELLA NUTRIZIONE

Anno Accademico 2022/2023

  • Docente: Diana Fiorentini
  • Crediti formativi: 9
  • SSD: BIO/10
  • Lingua di insegnamento: Italiano

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede le conoscenze di base sulla struttura e le funzioni delle principali molecole biologiche. Ha inoltre conoscenze sulle principali vie metaboliche e la loro regolazione e sui meccanismi con i quali l'informazione viene trasmessa dal DNA alle proteine. Acquisisce inoltre competenza sul ruolo esercitato da macro- e micronutrienti e dai componenti nutraceutici nel mantenimento dello stato di salute e conosce il razionale uso degli integratori alimentari.

Contenuti

MODULO I - BIOCHIMICA GENERALE

INTRODUZIONE Macromolecole biologiche, richiami di termodinamica, proprietà solventi dell'H2O, interazioni deboli

PROTEINE Amminoacidi: struttura, proprietà acido base, chiralità, classificazione, modificazioni post-traduzionali. Struttura primaria: legame peptidico. Struttura secondaria: alfa-elica e foglietto beta, proteine fibrose: alfa e beta cheratine, collagene. Struttura terziaria: ripiegamento, chaperoni molecolari, ripiegamenti scorretti, proteine prioniche. Struttura quaternaria. 

MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA Struttura del gruppo eme. Ruolo dell'istidina prossimale e distale. Ruolo fisiologico di emoglobina e mioglobina. Legame mioglobina-O2: curva iperbolica e significato funzionale. Legame emoglobina-O2: curva sigmoide e significato funzionale. Modulatori omotropici ed eterotropici. Cooperatività di legame. Stati T ed R. Effetto del pH e della CO2. Effetto del 2,3-DPG. Emoglobine anomale.

CARBOIDRATI Monosaccaridi e legame semiacetalico. Disaccaridi e legame glicosidico. Struttura di maltosio, cellobiosio, lattosio e saccarosio. Classificazione dei polisaccaridi. Struttura e funzione di amido, glicogeno e cellulosa.

NUCLEOTIDI Basi azotate. Legame N-glicosidico e nucleosidi. Legame estereo e nucleotidi. Nomenclatura. Nucleosidi mono, di- e trifosfati. Legami anidridici. ATP. Funzioni dei nucleotidi. Nucleotidi ciclici: AMPc e GMPc.

LIPIDI Struttura e funzione di: acidi grassi, triacilgliceroli, glicerofosfolipidi e sfingofosfolipidi, colesterolo.

MEMBRANE Doppio strato fosfolipidico, modello a mosaico fluido, asimmetria, proteine di membrana, composizione relativa, fluidità e ruolo del colesterolo. Raft lipidici. Permeabilità selettiva.

ENZIMI Reazioni endo ed esoergoniche. Concetto di equilibrio e di velocità di reazione. Energia di attivazione. Sito attivo e complesso ES. Meccanismo d'azione degli enzimi. Specificità, effetto del pH e della T. Classificazione. Definizione di velocità ed attività enzimatica. Cinetica di Michaelis e Menten. Significato di Vmax e Km. Inibizione enzimatica irreversibile e reversibile. Enzimi allosterici: cinetica sigmoidale, stati T ed R, modulatori. Regolazione covalente: fosforilazione e defosforilazione, zimogeni.

TRASDUZIONE DEL SEGNALE Molecole segnale, recettori, specificità ed amplificazione, risposte cellulari. Meccanismo d'azione degli ormoni idrofili e lipofili. Trasduzione segnale tramite proteine G. Recettori tirosina chinasici. Cenni a recettori tirosina chinasici difettosi e all'apoptosi.

METABOLISMO Significato di catabolismo e anabolismo. Idrolisi dell'ATP. Reazioni accoppiate. Composti ad alta energia di trasferimento del fosfato. Reazioni redox. Struttura e funzione dei Coenzimi piridinici e flavinici.

GLICOLISI Le dieci reazioni della glicolisi. Destino anaerobico del piruvato: fermentazione lattica ed alcolica. Regolazione della glicolisi sulle tre tappe irreversibili. Destino aerobico del piruvato. Struttura del mitocondrio. Piruvato deidrogenasi: TPP, lipoato, Coenzima A, tioesteri, reazione e regolazione allosterica e covalente.

CICLO DI KREBS Inquadramento generale, significato, reazioni, destino dei coenzimi ridotti, regolazione. Bilancio energetico della completa ossidazione del glucosio. Ciclo di Krebs come processo anfibolico.

CATENA DI TRASFERIMENTO ELETTRONICO MITOCONDRIALE E FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA Inquadramento generale, flavoproteine, centri Fe-S, Coenzima Q, citocromi, descrizione dei 4 complessi. Ipotesi chemiosmotica. Cenni alla struttura di Fo-F1-ATPasi e meccanismo di fosforilazione ossidativa. Cenni ai sistemi navetta.

REGOLAZIONE DELLA GLICEMIA Significato di glicemia. Gluconeogenesi: localizzazione, precursori, reazioni, regolazione reciproca di glicolisi e gluconeogenesi mediante enzima tandem. Regolazione ormonale della glicemia. Formazione ed utilizzo di corpi chetonici. Glicogenosintesi e glicogenolisi epatiche. Adrenalina e glicogeno muscolare.

CATABOLISMO ACIDI GRASSI Lipolisi dei trigliceridi del tessuto adiposo. Trasporto di acidi grassi nel sangue. Attivazione degli acidi grassi nel citosol e loro trasporto nel mitocondrio. Beta-ossidazione dell'acido palmitico e resa energetica. Cenni alla beta-ossidazione di acidi grassi insaturi e a catena dispari. Regolazione.

BIOSINTESI ACIDI GRASSI Uscita di citrato dal mitocondrio. Formazione di malonil-CoA. Acido grasso sintasi diE.Coli. Sintesi del butirril-ACP. Regolazione allosterica ed ormonale dell'acetil-CoA carbossilasi. Cenni ad allungamento ed insaturazione di acidi grassi, acidi grassi essenziali.

COLESTEROLO Cenni alle funzioni del colesterolo ed alla sua biosintesi.

CATABOLISMO AMMINOACIDI Escrezione dell'azoto, reazioni di transaminazione, reazione della glutammato deidrogenasi, cenni alla formazione di carbamil-fosfato e al ciclo dell'urea. Trasporto dell'ammoniaca dai tessuti extraepatici al fegato. Prodotti del catabolismo dello scheletro carbonioso degli amminoacidi e loro destino metabolico.

STRUTTURA ACIDI NUCLEICI Legame fosfodiestere, idrolisi enzimatica e non enzimatica di DNA ed RNA, endonucleasi di restrizione, denaturazione. Cenni ai superavvolgimenti nei procarioti e negli eucarioti. RNA: basi modificate, struttura e funzione dei vari tipi di RNA.

REPLICAZIONE DNA Dogma centrale. Replicazione del DNA in E.Coli. Caratteristiche di DNA polimerasi III e I. Fedeltà di replicazione e proof reading. Danni al DNA e mutazioni.

TRASCRIZIONE Trascrizione in E.Coli. Caratteristiche di RNA polimerasi. Fedeltà di trascrizione. Promotori. Geni costitutivi e non costitutivi. Espansione del dogma centrale. Struttura dei ribosomi procariotici. Processo di amminoacilazione.

CODICE GENETICO Definizione, quadri di lettura, codoni di stop, d'inizio e sinonimi, degenerazione, tipi di mutazioni. Interazioni codone-anticodone.

TRADUZIONE Traduzione in E.Coli. Sequenza di Shine-Dalgarno, inizio, allungamento e termine.

DNA RICOMBINANTE Descrizione generica dei passaggi necessari per la costruzione di un DNA ricombinante e possibili applicazioni di tale tecnica.

MODULO II - BIOCHIMICA DELLA NUTRIZIONE

STANDARD NUTRIZIONALI, LINEE-GUIDA ALIMENTARI e CENNI di CALORIMETRIA: Alimentazione e Nutrizione. Concetto di essenzialità. Nutrienti (macro e micronutrienti) e loro funzioni. Qualità nutrizionale degli alimenti. Bomba calorimetrica. Definizione di fabbisogno energetico, metabolismo basale, termogenesi indotta dagli alimenti e attività fisica. Indice di massa corporea (BMI), peso corporeo, costituzione corporea, valutazione dello stato di nutrizione. Alimentazione e salute, sovrappeso e obesità. I LARN, la piramide-guida alimentare, linee guida di corretta alimentazione. Dieta mediterranea.

ACQUA: Acqua corporea esogena ed endogena. Bilancio, fabbisogno idrico ed eventuali alterazioni. Durezza dell'acqua. Acqua come bevanda: acque minerali e di “rubinetto”.

CARBOIDRATI DISPONIBILI E NON DISPONIBILI: fonti nutrizionali, valore energetico. Ruolo dei carboidrati disponibili nella dieta, fabbisogno minimo e raccomandato. Indice glicemico di un alimento. Intolleranza al lattosio. Fibre alimentari solubili ed insolubili. Solubilità, viscosità e fermentescibilità delle fibre alimentari. Effetti benefici e negativi delle fibre. Livelli di assunzione raccomandati.

PROTEINE: significato nutrizionale e valore energetico. Bilancio dell'azoto. Turnover proteico. Amminoacidi: caratteristiche nutrizionali e funzionali. Reazioni di transamminazione. Fabbisogno proteico e di amminoacidi essenziali. Assunzione proteica giornaliera raccomandata in funzione dell'età. Malnutrizione proteico-energetica. Celiachia.

LIPIDI: fonti nutrizionali e valore energetico. Acidi grassi di interesse nutrizionale: saturi, monoinsaturi e poliinsaturi, acidi grassi trans. Famiglia omega-6 e omega-3. Fabbisogno lipidico. Colesterolo alimentare e colesterolo endogeno. Funzioni del colesterolo. Lipoproteine plasmatiche.

BEVANDE ALCOLICHE E ALIMENTI NERVINI: gradazione alcolica. Assorbimento, distribuzione e metabolismo dell'etanolo. Alcool deidrogenasi gastrica ed epatica, MEOS e catalasi. Polimorfismi genetici. Effetto dell'etanolo sullo stato nutrizionale, sul SNC, sull'apparato cardiovascolare, sulla temperatura corporea. Tossicità da abuso. Etanolo e dieta.

BEVANDE NERVINE: Caffè, Te e Cioccolata (cacao). Proprietà ed effetti delle xantine e della caffeina.

VITAMINE: significato nutrizionale e classificazione. Carenze. Stabilità. Sovradosaggio. Vitamine idrosolubili: struttura e funzione del gruppo B e della C. Fabbisogni raccomandati, fonti alimentari, carenza. Vitamine liposolubili: struttura e funzione, fabbisogni raccomandati, fonti alimentari, carenza e tossicità.

MINERALI: funzioni, fonti alimentari e biodisponibilità, fabbisogni raccomandati, carenze e tossicità di Sodio, Potassio, Calcio, Fosforo, Magnesio, Fluoro, Iodio, Manganese, Rame, Zinco, Selenio, Cromo e Ferro.

ROS e ANTIOSSIDANTI: Specie Reattive dell'Ossigeno. Definizione di Stress Ossidativo e di Antiossidante. Ruolo delle ROS nella biosegnalazione e nel danno ossidativo cellulare. Difese antiossidanti cellulari. Vitamine e Sali minerali coinvolti nelle difese antiossidanti cellulari.

ALIMENTI FUNZIONALI e COMPONENTI NUTRACEUTICI: fenoli e polifenoli, in particolare flavonoidi. Fitocomponenti e loro possibili meccanismi d'azione. Considerazioni sulla loro efficacia. Alimenti funzionali "tradizionali".

PRODOTTI DIETETICI ed INTEGRATORI ALIMENTARI: Definizioni e normativa (Notifica ed Autorizzazione). Prodotti dietetici ed integratori per lo sport: prodotti energetici, integratori idro-salini e vitaminici, supplementazione proteica/amminoacidica.

Testi/Bibliografia

- R. Bassi, A. Boffi, I. de Curtis, M. Degano et al. "Biochimica", edi-ermes, 2019

Questo nuovo libro, scritto da autori italiani, espone in modo estremamente chiaro, semplice ed esauriente concetti fondamentali dell'organizzazione strutturale e funzionale delle macromolecole biologiche, includendo la trattazione di tutte le vie fondamentali del metabolismo degli organismi animali e vegetali e gli stati patologici che direttamente conseguono a squilibri biochimici.

- D.L. Nelson, M.M. Cox "Introduzione alla Biochimica di Lehninger", VI edizione, Zanichelli, 2018.

Questo testo è classicamente consigliato agli studenti che affrontano per la prima volta lo studio della Biochimica in virtù della sua chiarezza e capacità didattica. La versione indicata è la più aggiornata ed è stata appositamente studiata dall'editore per i corsi facenti parte delle Lauree triennali, meno corposa di quella proposta nelle Lauree specialistiche a ciclo unico o Magistrali.

- M.K. Campbell, S.O. Farrell, O.M. McDougal "Biochimica", EdiSES, V edizione

Il testo fornisce una visione chiara e completa dei concetti base della biochimica. Ogni capitolo è corredato da una ricca e rinnovata iconografia, che aiuta lo studente nella comprensione, da box "Hot Topic" che approfondiscono le più recenti scoperte e gli argomenti di maggior interesse nel campo della medicina e della biologia, da esercizi di ricapitolazione che permettono di valutare le conoscenze acquisite.

Purtroppo non è possibile consigliare lo stesso testo per lo studio dei due moduli, in quanto i testi riguardanti la nutrizione danno per scontata la conoscenza della Biochimica. Inoltre non esiste il testo "perfetto" per lo studio di questa materia.

- G. Arienti "Le basi molecolari della nutrizione", V edizione, Piccin, 2021

Questo testo è fondamentale per chiunque desideri avere basi solide, approfondite e corrette di nutrizione, sebbene contenga anche molti argomenti che non verranno trattati nel corso

- U. Leuzzi, E. Bellocco, D. Barreca "Biochimica della nutrizione", Zanichelli, 2013

E' un testo adatto agli studenti delle Lauree triennali ma destinato a chi ha già acquisito le nozioni di base di chimica e biochimica: inquadra in poche (circa 300) pagine la maggior parte dei temi trattati nel corso, sebbene ci siano alcuni aspetti non trattati come ad esempio l’acqua e gli alimenti funzionali

- C. Pignatti "Biochimica della nutrizione", Società Editrice Esculapio, 2022

Testo di recentissima pubblicazione, provvisto di chiari schemi e disegni esemplificativi

Metodi didattici

L'insegnamento si compone di 2 moduli didattici, di cui uno da 6 CFU (Biochimica Generale) e uno da 3 CFU (Biochimica della nutrizione). Il modulo di Biochimica generale verrà svolto prima di quello di Biochimica della nutrizione, in quanto impartisce nozioni indispensabili per affrontare lo studio degli argomenti riguardanti la nutrizione. Le lezioni sono frontali, le docenti si avvarranno dell'ausilio di presentazioni Power Point e di semplici video didattici. L'insegnamento non prevede laboratori.

Le docenti ritengono che la frequenza alle lezioni sia molto importante nel processo di apprendimento, pertanto raccomandano agli studenti una presenza costante.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede un esame finale che consiste in un colloquio orale su entrambi i moduli didattici. Ad ogni appello pubblicato su AlmaEsami lo studente troverà la possibilità di iscriversi al solo modulo di Biochimica generale (senza verbalizzazione) o ad entrambi i moduli (con verbalizzazione), precisando che in questo caso il colloquio comincerà obbligatoriamente con il modulo di Biochimica generale se non affrontato precedentemente. Nel caso lo studente abbia già superato il modulo di Biochimica generale, il colloquio verterà soltanto sul modulo di Biochimica della nutrizione.

Nel caso in cui si rinunci a presentarsi ad un appello al quale ci si è iscritti, si raccomanda agli studenti di cancellarsi dalla lista, operazione possibile fino a che la lista è aperta. A lista chiusa si prega di darne comunicazione al docente mediante posta elettronica.

Riguardo al modulo di Biochimica generale verranno poste allo studente tre domande: una di carattere generale, riguardante la struttura e le funzioni delle principali biomolecole (proteine, carboidrati, lipidi, struttura delle membrane, ecc.); la seconda riguarderà la descrizione (con formule) di una via metabolica e la sua regolazione; la terza verterà sulle modalità di trasmissione dell'informazione genica (replicazione, trascrizione, codice genetico, traduzione, ecc.).

Solo in seguito ad una valutazione positiva, lo studente potrà accedere al colloquio relativo al modulo di Biochimica della nutrizione, che consisterà in tre domande riguardanti il programma trattato.

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 verrà calcolato per i 2/3 sul voto conseguito nel modulo di Biochimica generale e per 1/3 su quello conseguito nel modulo di Biochimica della nutrizione. Si precisa che una preparazione anche molto buona/eccellente in uno dei due moduli non potrà assolutamente compensare una preparazione totalmente deficitaria nel modulo restante.

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 dal docente (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.

Il materiale depositato dal docente è in formato pdf, si consiglia di stamparlo e portarlo a lezione, questo renderà più semplice e veloce la presa degli appunti da parte degli studenti. Il docente avrà cura di pubblicare il materiale in anticipo rispetto alle lezioni, tuttavia tale pubblicazione non riguarderà subito l'intero Corso, in quanto le lezioni sono costantemente rivedute ed aggiornate.

Il docente e gli studenti potranno comunicare tra loro, oltre che per mail (diana.fiorentini@unibo.it [mailto:diana.fiorentini@unibo.it] ; cecilia.prata@unibo.it [mailto:cecilia.prata@unibo.it] ), anche mediante la piattaforma Virtuale di Ateneo.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Diana Fiorentini

Consulta il sito web di Cecilia Prata