90968 - GENERAL AND MOLECULAR BIOCHEMISTRY

Anno Accademico 2022/2023

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

Il corso di Biochimica Generale e Molecolare è composto da 10 crediti (CFU), suddivisi in 3 parti/moduli:

- MODULO 1 - BIOCHIMICA STRUTTURALE (3 CFU, 24h) Prof. C. Cappadone

1. Introduzione alla biochimica. Concetti chimici per spiegare le proprietà delle molecole biologiche: legami chimici; struttura dell'acqua; Primo e Secondo Principio della Termodinamica; principi di chimica acido-base.

2. Aminoacidi e proteine: caratteristiche e funzione. Struttura primaria delle proteine: formazione del legame peptidico; Angoli Phi e Psi; Diagramma di Ramachandran.

3. Struttura secondaria: alfa-elica, beta-foglietto, beta-turns. Struttura terziaria. Proteine fibrose. Proteine globulari.

4. Struttura quaternaria delle proteine. Mioglobina ed Emoglobina. Allosterismo e cooperatività. Anemia falciforme.

5. Enzimi: potere catalitico; Regolamento di specificità. Ribozimi. Cofattori e coenzimi. Cinetica enzimatica - Equazione di Michaelis-Menten - KM e significato di Vmax.

6. Parametri cinetici utilizzati per confrontare le attività enzimatiche. Reazioni sequenziali. Reazioni a doppio spostamento. Enzimi allosterici. Strategie regolatorie.

7. Controllo dell'attività enzimatica. Coagulazione del sangue. Emofilia-Vitamina K.

8. Lipidi e membrane. Acidi grassi nel sistema biologico: Fosfolipidi; Trigliceridi; Sfingolipidi; Steroidi.

9. Doppi strati lipidici. Liposomi. Proteine di membrana. Modello a mosaico fluido. Zattere lipidiche.

10. Bioenergetica. Variazione di energia libera - Reazioni accoppiate. ATP. Catena di trasporto degli elettroni - Fosforilazione ossidativa.

- MODULO 2 - METABOLISMO (4 CFU, 32h) Prof. C. Prata

1. Introduzione al metabolismo - Vie anaboliche e cataboliche.

2. Biosegnalazione - Segnalazione cellulare, ormoni e recettori - Recettori accoppiati alla proteina G. Meccanismi di trasduzione del segnale (le vie del cAMP e del fosfatidilinositolo). Recettore tirosina chinasi. Ormoni. ROS, antiossidanti e segnalazione Redox.

3. Glicolisi - Ossidazione del glucosio: le reazioni della glicolisi e la loro regolazione. Il metabolismo anaerobico del piruvato: le fermentazioni.

4. Il ciclo dell'acido citrico (Ciclo di Krebs). Ossidazione mitocondriale del piruvato e sintesi dell'acetil-Coenzima A. Reazioni del ciclo dell'acido citrico e sua regolazione. Reazioni legate al ciclo dell'acido citrico.

[Breve rassegna di Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa - Trasportatori di elettroni nella catena respiratoria mitocondriale, Fosforilazione ossidativa e sintesi di ATP. Regolazione della fosforilazione ossidativa. Disaccoppiamento e inibizione del sistema di fosforilazione ossidativa. Tessuto adiposo bruno e termogenesi].

5. Metabolismo del glicogeno - sintesi, scomposizione e controllo del glicogeno.

6. Gluconeogenesi - reazioni e regolazione.

7. I corpi chetonici

8. La via del pentoso fosfato (chiamata anche via del fosfogluconato o shunt dell’esoso monofosfato). Generazione di NADPH e pentosi (zuccheri a 5 atomi di carbonio) nonché di ribosio 5-fosfato, un precursore per la sintesi dei nucleotidi

9. Catabolismo/ossidazione degli acidi grassi - Digestione, degradazione, assorbimento e trasporto dei lipidi. Uso degli acidi grassi per la produzione di energia: beta-ossidazione. Formazione e utilizzo del colesterolo. Caratteristiche, metabolismo e ruolo funzionale degli acidi grassi polinsaturi.

10. Biosintesi degli acidi grassi - Sintesi del palmitato: reazioni e regolazione. Biosintesi degli acidi grassi polinsaturi: allungamento e desaturazione. Acidi grassi essenziali. Sintesi di triacilgliceroli e glicerofosfolipidi. Sintesi del colesterolo: primi passi. Regolazione del metabolismo degli acidi grassi e del colesterolo.

11. Ossidazione degli aminoacidi e produzione di urea: degradazione delle proteine. Ruolo del piridossal-fosfato nel metabolismo degli aminoacidi. Reazioni di transaminazione e deaminazione ossidativa. Escrezione dell'azoto e ciclo dell'urea.

12. Panoramica generale sulla regolazione delle vie metaboliche

- MODULO 3 - BIOCHIMICA MOLECOLARE (3 CFU, 24h) Prof. G. Farruggia

1. Basi puriniche e pirimidiniche: strutture, forme tautomeriche e polarità

2. Nucleosidi e nucleotidi: strutture e funzioni

3. Strutture chimiche del DNA e dell'RNA: legame fosfodiesterico, direzionalità e polarità delle catene polinucleotidiche

4. Stabilità del DNA e dell'RNA: idrolisi spontanea, nucleasi, endonucleasi di restrizione

5. Struttura secondaria del DNA: la struttura di Watson-Crick: doppia elica, appaiamento di basi complementari, stabilità. Denaturazione del DNA. Superavvolgimento del DNA. Topoisomerasi. Organizzazione della cromatina eucariotica

6. Struttura dell'RNA: basi modificate. Strutture a forcina e loop. Tipi di RNA e loro funzioni.

7. Il dogma centrale

8. Replicazione del DNA nei procarioti: DNA polimerasi III in E. coli. La reazione di polimerizzazione. Oric. Filamento principale e ritardato. Ruoli della DNA polimerasi I e della ligasi. Proof-reading della DNA polimerasi I e III. Danno e mutazioni del DNA.

9. Trascrizione dell'RNA nei procarioti: RNA polimerasi in E. coli. La reazione di polimerizzazione. Promotori e sequenza di consenso. Fasi della trascrizione in E. coli. Subunità sigma. Brevi informazioni sulla trascrizione eucariotica, fattori di trascrizione e potenziatori. Elaborazione dell'RNA. Trascrittasi inversa.

10. Regolazione dell'espressione genica nei procarioti: diversi fattori sigma. Operoni. Regolazione dell'operone Lac. Brevi informazioni sull'espressione genica negli eucarioti

11. Aminoacil-tRNA sintetasi: reazione, specificità e fedeltà

12. Il codice genetico: definizione, caratteristiche, codoni, cornice di lettura. Tipo di mutazioni. Interazioni codone-anticodone. L'accoppiamento "oscillante". tRNA isoaccettante. tRNA della metionina.

13. Sintesi proteica nei procarioti: struttura dei ribosomi. La sequenza Shine-Dalgarno. Iniziazione. Allungamento della catena. Formazione di un legame peptidico. Terminazione della catena.

14. La clonazione del DNA. Editing del DNA.

Testi/Bibliografia

Lehninger Principles of Biochemistry 7th edition

David L. Nelson and Michael M. Cox.

-Biochemistry

Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham

- Biochemistry

Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer

- Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations

Thomas M. Devlin

Metodi didattici

Lezioni frontali con presentazioni in ppt

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame è unico per tutti i 3 moduli e mira a valutare il raggiungimento dei seguenti obiettivi:

- struttura e funzione delle principali macromolecole biologiche e nozioni fondamentali di enzimologia

- bioenergetica cellulare, trasduzione del segnale, principali vie metaboliche e loro regolazione

- le basi della biochimica molecolare, i meccanismi molecolari dei sistemi viventi e la logica molecolare della loro regolazione;

L'esame consiste in una valutazione scritta.

L'esame si compone di domande a scelta multipla e 4 domande aperte.

È richiesta la registrazione ad AlmaEsami.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico è composto da:

uno dei libri consigliati,

file pdf delle presentazioni ppt spiegate durante le lezioni,

materiale aggiuntivo fornito sulla piattaforma "Virtuale" in formato pdf o brevi video

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Cecilia Prata

Consulta il sito web di Concettina Cappadone

Consulta il sito web di Giovanna Farruggia