84898 - BIOCHIMICA GENERALE E MOLECOLARE

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

PROGRAMMA MODULO 1 – PROF. PAOLO NEYROZ

1) L'acqua come solvente generale delle molecole biologiche: Struttura e caratteristiche chimiche

2) Struttura delle proteine 1: struttura generale di un amminoacido (a.a.), le proprietà delle diverse catene laterali dei 20 a.a. essenziali, legame peptidico e livelli della struttura delle proteine.

3) Struttura proteine 2: struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. L'esperimento di Anfinsen.

4) Struttura proteine 3: le caratteristiche strutturali delle alfa-cheratine, fibroina della seta e tripla elica del collageno.

5) Emoglobina e Mioglobina: Struttura e funzione, effetto cooperativo, regolatori allosterici (pH, CO₂, BPG), emoglobina fetale e anemia falciforme.

6) Enzimologia: definizione di Catalisi, meccanismi chimici, considerazioni termodinamiche e cinetiche, derivazione della equazione di Micaelis-Menten, grafico della velocità vs. [S], grafico di Lineweaver-Burk, inibizione enzimatica, meccanismi catalitici conservati, le triadi catalitiche delle proteasi.

7) Metabolismo: Introduzione e definizione dei processi metabolici (catabolismo e anabolismo), l'ATP come molecola in cui si conserva l'energia chimica.

8) Organizzazione del metabolismo catabolico

9) Glicolisi e sua regolazione

10) Utilizzo di altri zuccheri (galattosio, fruttosio e mannosio)

11) La Via del pentoso fosfato. Ricadute biologiche: Effetto Warbourg

12) Glicogenolisi e glicogeno sintesi e loro regolazione

13) Gluconeogenesi e relativa regolazione

14) Il Ciclo dell'acido Citrico e sua regolazione

15) La catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa.

16) Degradazione ossidativa degli acidi grassi: La beta-ossidazione.

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

18) La sintesi del colesterolo

19) La degradazione del gruppo amminico delle proteine: Ciclo dell'urea.

20) Struttura delle membrane biologiche

21) Trasduzione del segnale

PROGRAMMA MODULO 2 – PROF. DIANA FIORENTINI

Carboidrati: isomeri D, semiacetali e C anomerico, mutarotazione. Strutture di glucosio, galattosio, fruttosio, ribosio, deossiribosio. Acetali e legame O-glicosidico. Strutture di maltosio, lattosio, cellobiosio e saccarosio. Omopolisaccaridi: amido, glicogeno e cellulosa. Cenni agli eteropolisaccaridi eparina e acido ialuronico.

Nucleotidi: strutture delle basi azotate, tautomeria. Formazione di nucleosidi e di nucleotidi, nucleosidi trifosfati. Struttura ATP, legami anidridici e legami esterei. Funzioni dei nucleotidi. AMPc e GMPc.

Emostasi: definizione, ruolo di: vasi sanguigni, piastrine e fattori della coagulazione. Descrizione della cascata della coagulazione, attivazione proteolitica dei fattori della coagulazione, gamma-carbossilazione dei residui di glutammato e ruolo della vitamina K. Conversione del fibrinogeno in fibrina. Cenni agli anticoagulanti orali e ai difetti genetici dell’emostasi.

Struttura generale degli acidi nucleici: legame 5'-3' fosfodiestere. Idrolisi basica dell'RNA. Idrolisi enzimatica degli acidi nucleici: eso ed endonucleasi, endonucleasi di restrizione. DNA: modello di Watson e Crick, complementarietà dei filamenti, fattori stabilizzanti la doppia elica, denaturazione, superavvolgimenti e loro significato. Topoisomerasi di tipo I e II. Inibitori delle topoisomerasi come farmaci. RNA: struttura, basi modificate, bolle, forcine e ripiegamenti. 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. Replicazione del filamento leader e di quello ritardato, frammenti di Okazaki. Funzioni e caratteristiche della DNA polimerasi I. Fedeltà di replicazione: attività di proof-reading della DNA polimerasi III e I, significato del primer di RNA. Cenni alla replicazione del DNA negli eucarioti.

Danni al DNA degli eucarioti: depurinazione, deamminazione della citosina e dell’adenina. Agenti mutageni: additivi alimentari, agenti metilanti, intercalanti, aflatossine e benzopirene, danni da radiazioni. Definizione di radicale libero e di specie reattive dell'ossigeno. Formazione di ROS: anione radicale superossido, perossido di idrogeno e radicale idrossile. Reazioni di Fenton e di Haber-Weiss. Cenni a monossido di azoto e perossinitrito. 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. Bolla di trascrizione. Subunità sigma e riconoscimento del promotore. Descrizione dei promotori forti e deboli, geni costitutivi e non costitutivi. Subunità sigma alternative. Cenni alla trascrizione negli eucarioti. Maturazione degli RNA eucariotici: introni catalitici, spliceosomi. Maturazione dei vari tipi di RNA. 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, modalità di lettura, associazione codoni/amminoacidi. Quadro completo, codoni di stop e di inizio, degenerazione non uniforme, codoni sinonimi. Riconoscimento della selenocisteina. Scivolamento del quadro di lettura, effetti di inserzioni/delezioni. Codice genetico e protezione dalle mutazioni. 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

TESTI/BIBLIOGRAFIA

- J. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer “Biochimica” settima edizione, Zanichelli, 2012

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

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

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

Tutti i testi consigliati possono essere utilizzati per lo studio di entrambi i 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 IOL dai docenti.

Metodi didattici

L'insegnamento si compone di 2 moduli didattici, di cui 7 CFU del Modulo 1 (struttura generale delle biomolecole e parte metabolica con relativa regolazione) e 3 CFU del Modulo 2 (struttura e metabolismo degli acidi nucleici). In seguito al trattamento delle conoscenze di base, i due moduli procederanno parallelamente. Le lezioni sono frontali, i docenti si avvarranno dell'ausilio di presentazioni Power Point e di semplici video didattici. L'insegnamento non prevede laboratori.

Per facilitare l'apprendimento, durante il corso ci si servirà delle possibilità offerte dalla piattaforma Moodle (IOL) per proporre attività di autovalutazione.

Il Corso di Studio richiede l’obbligatorietà della frequenza alle lezioni in ragione del 70%, pertanto i docenti raccoglieranno le firme di frequenza e al termine delle lezioni comunicheranno agli uffici competenti l’elenco degli studenti che avranno frequentato il corso e quello degli studenti ai quali non verrà riconosciuta la firma di frequenza.

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. Saranno pubblicate due date: una relativa alla prova scritta sul Modulo 2 e l’altra (generalmente il giorno dopo) relativa alla prova orale sul Modulo 1. Si precisa che per essere ammessi all’esame orale del Modulo 1 occorrerà obbligatoriamente avere superato preventivamente la prova scritta relativa al Modulo 2. Gli studenti potranno scegliere se sostenere nello stesso appello la prova scritta e quella orale (nel giorno successivo) oppure se sostenerle separatamente, dal momento che la prova scritta relativa al Modulo 2 ha validità di un anno solare. Durante questo periodo gli studenti potranno sostenere l'esame orale in un qualsiasi appello disponibile. 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. Nel caso in cui lo studente non fosse soddisfatto del voto conseguito allo scritto, potrà ripetere tale prova; in tal caso farà fede il voto conseguito nell'ultima prova scritta sostenuta. 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.

Biochimica (Modulo 1)

La verifica dell'apprendimento prevede un esame finale che consiste in un colloquio orale. Il superamento della prova scritta relativa al Modulo 2 costituisce requisito indispensabile per l'ammissione alla prova orale. Allo studente verranno poste due 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.

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 2/3 sul voto conseguito nel Modulo 1 e per 1/3 su quello conseguito nel Modulo 2.

Biochimica (Modulo 2)

La verifica dell'apprendimento avviene tramite una prova scritta della durata di 1 ora, da svolgersi senza l'aiuto di appunti, libri o dispositivi tecnologici e costituisce requisito indispensabile per l’ammissione all’esame orale relativo al Modulo 1. La prova scritta consiste in 5 quesiti a risposta multipla (3 dei quali ammettono più risposte vere e 2 un’unica risposta) e 3 domande aperte e verte esclusivamente sugli argomenti trattati a lezione. Per superare la prova scritta occorre ottenere una votazione minima di 18/30, ma si precisa che è necessario ottenere anche un minimo di 3 punti (sui 9 totali) nelle domande aperte. Prove che ottengano punteggi pari o superiori a 18 nelle domande a risposta multipla ma che non raggiungano almeno 3 punti nelle risposte aperte verranno considerate INSUFFICIENTI e non consentiranno l’ammissione all’orale.

Alla fine del corso gli studenti frequentanti potranno usufruire di una prova scritta a loro riservata, 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 IOL) 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 IOL 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 dai docenti 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. I docenti avranno cura di pubblicare il materiale in anticipo rispetto alle lezioni, tuttavia tale pubblicazione potrà anche non riguardare subito l'intero Corso, in quanto i docenti rivedono ed aggiornano costantemente le proprie lezioni.

Docenti e studenti potranno comunicare tra loro, oltre che per mail (paolo.neyroz@unibo.it [mailto:cecilia.prata@unibo.it] diana.fiorentini@unibo.it [mailto:diana.fiorentini@unibo.it] ), anche mediante la piattaforma IOL di Ateneo.

Orario di ricevimento

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