- Docente: Elisabetta Verderio
- Crediti formativi: 8
- SSD: BIO/10
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Elisabetta Verderio (Modulo 1) Claudia Zanna (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea in Scienze biologiche (cod. 8012)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base della biochimica generale e metabolica ed applica alcune tecniche di base della biochimica. In particolare, lo studente è in grado di conoscere la struttura e la funzione delle principali molecole biochimiche (zuccheri, proteine, lipidi e acidi nucleici), conoscere le vie metaboliche principali delle cellule eucariote animali e la loro regolazione, avere una panoramica generale dei principi fondamentali e degli elementi unificanti del metabolismo e della regolazione integrata delle varie vie metaboliche.
Contenuti
1. LE PRINCIPALI BIOMOLECOLE
1.1.Aminoacidi e proteine: Ripasso delle formule, caratteristiche chimico-fisiche degli aminoacidi e del legame peptidico. Definizione e legami specifici responsabili della struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Cenni sui metodi di predizione delle strutture proteiche.
1.2.Lipidi e membrane biologiche: Gli acidi grassi saturi ed insaturi. Lipidi di deposito: i trigliceridi (formule e caratteristiche). I lipidi di membrana: formule dei principali fosfolipidi e sfingolipidi, lipidi con unità isopreniche, colesterolo (formule e caratteristiche). Struttura delle membrane biologiche, composizione e caratteristiche chimico-fisiche. Asimmetria delle membrane. Caratteristiche e classificazione delle proteine di membrana, modificazioni covalenti lipidiche, diagrammi di idropatia.
1.3.Metodologie per l'analisi delle proteine: concetto di proteoma, purificazione delle proteine: strategie generali; frazionamento subcellulare, centrifugazione, precipitazione, tecniche cromatografiche (gel filtrazione, scambio ionico, affinità), metodi spettrofotometrici, elettroforesi, western blot, cenni alle tecniche per lo studio della struttura delle proteine.
2. STRUTTURA E FUNZIONI DELLE PROTEINE
2.1. Mioglobina ed emoglobina: struttura dell'eme, legame dell'ossigeno, struttura e funzione di mioglobina ed emoglobina, struttura quaternaria dell'emoglobina, curve di saturazione dell'ossigeno delle due proteine; effettori allosterici del legame dell'ossigeno all'emoglobina, emoglobina fetale, emoglobina S ed anemia falciforme.
2.2. Enzimi: proteine come catalizzatori molecolari, caratteristiche generali degli enzimi, energia di attivazione, formazione del complesso enzima-substrato, classificazione degli enzimi, principali tipi di catalisi. Cinetica enzimatica: modello di Michaelis-Menten, significato della Km, Vmax e Kcat. Misura sperimentale di Km e Vmax. Inibizione degli enzimi e analisi cinetiche: inibitori competitivi, non competitivi, incompetitivi.
2.2.1. Strategie catalitiche: catalisi acido-base, esempi di meccanismi catalitici: la lattato deidrogenasi e la chimotripsina, ruolo delle altre proteasi.
2.2.2. Regolazione dell'attività enzimatica: controllo allosterico, esempio della aspartato transcabammilasi (ATCasi), modello concertato e sequenziale. Regolazione da modificazione covalente reversibile: 1) protein chinasi e fosforilazione reversibile. La PKA: struttura, regolazione e funzione; 2) acetilazione. Modificazione covalente irreversibile: proteolisi e cascata degli enzimi digestivi.
3. TRASDUZIONE DEL SEGNALE:
3.1. Modalità generale della segnalazione intercellulare, definizione di primo messaggero, concetto di recettore; recettori di superficie e intracellulari.
3.2. Recettori intracellulari: struttura e meccansimi
3.3. Recettori a 7-TM, struttura ed esempi. Le proteine G eterotrimeriche, i sistemi effettori: adenilato ciclasi e fosfolipasi C, secondi messaggeri (cAMP, IP3, DAG e calcio), protein chinasi e fosfatasi attivate da secondi messaggeri, proteine che legano calcio.
3.4. Recettori ad attività tirosina chinasica, struttura, attivazione, segnalazione mediata da proteine con domini SH2, la proteina Ras e le MAP chinasi.
Insulina e via di segnalazione del recettore dell'insulina: IRS1, PI3-K, PDK1, Akt, Gsk.
4. CONVERSIONI ENERGETICHE E BIOSINTESI
4.1 Principi base del metabolismo: aspetti generali, anabolismo e catabolismo, reazioni accoppiate, composti ad alta energia. I nucleotide. ATP e sue caratteristiche chimiche peculiari e altri composti ad elevato potenziale di trasferimento di gruppo fosfato. NADH e FADH2. Cenni sulle vitamine e i principali coenzimi che sono coinvolti nelle vie metaboliche.
4.2. Glicolisi: generalità; reazioni della via glicolitica con formule, destino metabolico del piruvato in assenza e presenza di ossigeno: fermentazione alcoolica e lattica, trasporto nei mitocondri e ossidazione; regolazione della glicolisi.
4.3. Ciclo del citrato: complesso della piruvato deidrogenasi: struttura, coenzimi e regolazione. Panoramica delle reazioni del ciclo TCA con formule, regolazione, resa energetica. Le reazioni anaplerotiche.
4.4. Fosforilazione ossidativa: trasporto di elettroni e sintesi di ATP Ultrastruttura dei mitocondri; potenziali redox dei componenti dei complessi, struttura e funzione dei complessi della catena respiratoria (complessi I, II, III, CIV), teoria chemiosomotica e concetto di potenziale elettrochimico protonico. ATP sintasi o complesso V: struttura delle porzioni F1 e FO; subunita' principali e ciclo catalitico. Trasportatori della membrana interna, sistemi navetta per il trasporto equivalenti riducenti nei mitocondri. Bilancio energetico, inibitori dei complessi, disaccoppianti. Specie reattive dell'ossigeno ed enzimi detossificanti.
4.5. Gluconeogenesi : la piruvato carbossilasi; reazioni con formule della gluconeogenesi; regolazione coordinata della gluconeogenesi e della glicolisi. Ciclo di Cori. Sintesi e demolizione del glicogeno, la glicogeno fosforilasi: struttura e regolazione nel muscolo e fegato: ruolo di PKA e PP1. Insulina e glicogenosintesi.
4.6. Via dei pentosi-fosfati: fase ossidativa e fase non-ossidativa: reazioni con formule. Regolazione. Produzione di NADPH per le vie biosintetiche e glutatione.
4.7. Metabolismo dei lipidi: Catabolismo: idrolisi dei trigliceridi negli animali; attivazione, trasporto ed ossidazione degli acidi grassi nella matrice mitocondriale. I corpi chetonici; sintesi e utilizzazione. Biosintesi degli acidi grassi: reazioni e ruolo del citrato, allungamento; biosintesi dei lipidi complessi: glicerofosfolipidi e sfingolipidi; biosintesi del colesterolo.
4.8. Metabolismo degli aminoacidi: digestione ed assorbimento delle proteine; turnover delle proteine cellulari: ubiquitina: struttura ed attivazione; struttura del proteasoma. Degradazione degli amminoacidi: destino del gruppo amminico, ciclo dell'urea, relazione tra ciclo dell'urea e ciclo TCA.
Laboratorio "Metodi per la separazione, quantificazione ed identificazione di proteine" (1CFU)
sarà tenuto dalla prof.ssa Anna Maria Porcelli, indicativamente all'inizio di Dicembre 2018. Prevede:
Determinazione del contenuto proteico di una miscela mediante saggio colorimetrico;
Separazione cromatografica di una miscela di proteine note;
Identificazione delle proteine purificate mediante tecniche spettrofotometriche ed elettroforetiche.
Testi/Bibliografia
Biochimica. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer , 7th edition, 2012, Zanichelli
Principi di Biochimica. A.L. Lehninger, D.L. Nelson , M.M. Cox. 2009 Zanichelli
Fondamenti di Biochimica. D.Voet, J.Voet, C.W. Pratt. 2013 Zanichelli.
Biochimica. Molecole e metabolismo. D.R. Appling, S.J Antony-Cahaill, C.K. Mathews. 2017 Pearson.
Il docente fornirà i files PDF delle diapositive proiettate a lezione agli studenti, previo iscrizione alla lista di distribuzione al sito AMS Campus e utilizzo della password fornita dal docente. Il materiale fornito è di stretto uso personale.
Metodi didattici
Durante le lezioni frontali vengono illustrate e discusse in dettaglio la struttura e funzione delle principali molecole di interesse biologico ed analizzate le principali vie metaboliche e la loro integrazione. Il corso viene affiancato da un modulo di esercitazioni pratiche in laboratorio.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Per sostenere la prova di esame è necessario iscriversi su Almaesami, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. La prova di accertamento e' scritta e prevede alcune domande volte ad accertare la conoscenza da parte dello studente degli argomenti trattati a lezione e durante il laboratorio sperimentale.
L' esame scritto comprende:
Tre domande aperte su argomenti del programma, di cui una su un ciclo metabolico (6 punti/risposta esauriente). Se le risposte non sono adeguate, NON si procede nella valutazione.
Quattro formule di composti o identificazione di composti dalla formula (aminoacidi, nucleotidi, zuccheri, acidi grassi, fosfolipidi, sfingolipidi, colesterolo, metabolite: piruvato, gliceraldeide-3-P, fosfoeneolpiruvato, lattato, ossalacetato, citrato, succinato, alfa-chetoglutarato, ribulosio-5-P, ribosio-5-P, xilulosio-5-P, sedoeptulosio-7-P, etc) (1 punto/risposta esatta)
5 domande a risposta multipla (1 punto/risposta esatta)
Tre affermazioni Vero-Falso (1 punto/risposta esatta)
Quattro semplici esercizi su problemi pratici (preparazione di soluzioni molari, diluizione di soluzioni, determinazione della concentrazione di un soluto dalla assorbanza (legge di Lambert-Beer), tipi di inibizione enzimatica (1 punto/risposta esatta)
Strumenti a supporto della didattica
Videoproiettore, PC e presentazioni powerpoint.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Elisabetta Verderio
Consulta il sito web di Claudia Zanna