82318 - BIOCHIMICA CELLULARE E STRUTTURALE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze approfondite dei principali meccanismi biochimici di trasduzione dei segnali trans-membrana, delle interazioni funzionali tra organelli, e dei cambiamenti strutturali di proteine coinvolte in importanti funzioni biochimiche quali catalisi, trasduzione del segnale, e interazione proteina-DNA. In particolare, lo studente è in grado di i) analizzare e discutere con padronanza argomenti di biochimica cellulare, ii) comprendere le metodologie utilizzate per tali studi, e iii) proporre strategie sperimentali per lo studio di specifiche funzioni cellulari. Al termine del laboratorio, lo studente acquisisce conoscenze necessarie per i) utilizzare programmi di grafica molecolare, ii) accedere alle banche dati disponibili in rete per analizzare i modelli strutturali, e iii) utilizzare l'informazione strutturale per progettare esperimenti di mutazione sito diretta.

Contenuti

Modulo 1: Biochimica Cellulare

Trasduzione del segnale intracellulare: recettori a 7TM e le loro caratteristiche strutturali e molecolari; analisi delle interazioni molecolari tra la proteina G eterotrimerica e recettore a 7TM; principali strategie di segnalazione dipendenti ed indipendenti da proteine G eterotrimeriche; eventi molecolari nell’inattivazione recettoriale: struttura e funzione della famiglia delle proteine GRKs e delle arrestine; arrestine come scaffold molecolare nella desensitizzazione dei recettori, nell'endocitosi e nella segnalazione cellulare; le fosfolipasi C (PLCs) e il ciclo dei fosfoinositidi (produzione dei secondi messaggeri IP3 e DAG); organizzazione molecolare e regolazione delle PLC beta e gamma; struttura e funzione dei recettori canali per IP3 e rianodinici.

Network versus ultrastruttura del mitocondrio: metodologie per l'analisi della struttura e funzione; le cristae mitocondriali come un esempio di organizzazione sopramolecolare delle membrane biologiche. Sonde fluorescenti specifiche per i mitocondri e loro utilizzo per l'analisi della morfologia del reticolo mitocondriale e del potenziale di membrana mitocondriale.

Dinamica del network mitocondriale: i processi di fusione/fissione e controllo di qualità dei mitocondri in lievito e in mammifero; struttura e funzione delle proteine GTPasi ad elevato peso molecolare quali Dnm1/Drp1, Mitofusine e Opa1. Meccanismi molecolari del controllo di qualità dei mitocondri: ruolo di PINK1 e Parkina nella mitofagia

Caratteristiche ultrastrutturali del subcompartimento MAMs; organizzazione molecolare per la funzione e il mantenimento delle MAMs. Ruolo delle MAMs nell’omeostasi del Ca2+ tra mitocondri e reticolo endoplasmico e nella biosintesi di alcuni lipidi.

Ca²⁺ come secondo messaggero versatile ed universale: concetto di "calcium-signalling toolkit"; trasportatori e canali delle membrane cellulari; organizzazione molecolare e regolazione delle fosfolipasi C; struttura dei recettori per IP3 e rianodinico; aspetti temporali e spaziali della segnalazione mediata da calcio; omeostasi del calcio mitocondriale; uniporto del Ca²⁺ e sua regolazione molecolare; microdomini di calcio tra mitocondri ed ER; misure in vivo del Ca²⁺ mitocondriale mediante tecniche di bio-imaging; proteine coinvolte nell’organizzazione strutturale e funzionale delle MAMs e loro ruolo nell’omeostasi del Ca²⁺ e nella biosintesi di alcuni lipidi.

Modulo 2: Biochimica Strutturale

La prima parte del corso svolta in aula informatica, sarà dedicata alla conoscenza delle principali banche dati disponibili in rete di acidi nucleici e proteine. Nella seconda parte del corso in aula informatica gli studenti apprenderanno l'uso di un programma di grafica molecolare per la visualizzazione e la manipolazione dei dati cristallografici. Si approfondiranno i seguenti argomenti: elementi chiave della struttura secondaria delle proteine, grafico di Ramachandran; strutture super-secondarie, struttura terziaria e quaternaria; cambiamenti conformazionali indotti dal substrato/ligando (adattamento indotto); manipolazione delle strutture cristallografiche, introduzione di mutazioni e valutazione dei modelli; proteine oligomeriche; comparazione tra proteine omologhe. Parte del corso in aula informatica verrà dedicato allo studio di meccanismi molecolari utilizzati da proteine trattate nelle lezioni del modulo 1 di Biochimica Cellulare.

Testi/Bibliografia

Modulo 1:

Riferimenti bibliografici di supporto necessari

Il docente fornirà i riferimenti bibliografici (reviews e lavori scientifici originali) dei vari contenuti del programma. Il materiale didattico discusso durante le lezioni frontali sarà disponibile per gli studenti come files Pdf mediante l’accesso alla piattaforna IOL (https://iol.unibo.it/).

Riferimenti bibliografici di supporto consigliati

Il docente consiglia la consultazione dei seguenti libri di testo per chiarimenti/approfondimenti di concetti e principi di base di biochimica cellulare e strutturale:

"Cellule” Lewin et al

“Struttura e Funzione delle proteine” Petsko & Ringe

“I principi di biochimica di Lehninger” Nelson e Cox

“Biochimica” Berg, Tymoczko e Stryer

Modulo 2:

gli studenti potranno scaricare sui loro supporti informatici tutto il materiale utilizzato durante le esercitazioni (guide, schede di lavoro, articoli scientifici, lezioni introduttive) direttamente dai computer utilizzati nell’aula bioinformatica

Metodi didattici

Modulo 1: Il metodo didattico utilizzato si basa su lezioni frontali durante le quali i contenuti del programma verranno illustrati utilizzando diapositive in formato PowerPoint. La frequenza a tali lezioni non è obbligatoria ma è caldamente consigliata poiché i contenuti del programma verranno presentati e spiegati dal docente e discussi con tutta la classe. Questo metodo didattico faciliterà l’apprendimento dei contenuti e permetterà il raggiungimento delle conoscenze e delle abilità da conseguire da parte di tutta la classe. Gli studenti sono pertanto pregati di segnalare il prima possibile al docente eventuali esigenze tramite e-mail. Questo permetterà al docente di valutare quali strumenti di supporto alla didattica sono più adeguati per rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso.

Modulo 2: lezioni frontali ed esercitazioni pratiche al computer. Le esercitazioni verranno svolte in aula informatica; gli studenti eseguiranno degli esercizi proposti dal docente per approfondire/verificare gli argomenti trattati.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modulo 1: la prova di verifica dell'apprendimento consisterà in un colloquio che prevede almeno 3 domande relative agli argomenti trattatati nel programma al fine di verificare e valutare la conoscenza da parte dello studente degli argomenti svolti e discussi durante le lezioni. Inoltre, durante il colloquio sarà valutata la capacità dello studente di collegare ed integrare i vari argomenti con una particolare attenzione alla terminologia scientifica utilizzata e all’esposizione corretta ed accurata.

Modulo 2: Esame orale con prova pratica al computer. Lo studente dovrà presentare una relazione di biochimica strutturale a sua scelta per iniziare la verifica (presentazione power point). In una seconda parte della prova, lo studente dovrà mostrare di saper utilizzare il programma di grafica molecolare per analizzare i modelli cristallografici. Infine, gli argomenti trattati durante le esercitazioni potranno essere oggetto di domande per verificarne la conoscenza e la comprensione da parte del candidato.

La verifica di apprendimento del Modulo 1 e del Modulo 2 deve essere sostenuta nello stesso appello d’esame. Il voto finale sarà calcolato come media ponderata dei voti ottenuti nei due moduli che compongono l’insegnamento. Il voto ottenuto sarà considerato valido entro l’anno solare. Per ottenere un voto finale pari a 30/30 con lode, lo studente dovrà dimostrare di conoscere e di aver approfondito mediante libri di testo e bibliografia indicata dal docente gli argomenti trattati e di esporre questi ultimi in maniera corretta and integrata e con proprietà di linguaggio scientifico. Per ottenere un voto finale di 30/30, lo studente dovrà dimostrare di conoscere gli argomenti trattati e di esporre questi ultimi in maniera corretta and integrata e con proprietà di linguaggio scientifico. Il voto finale sarà scalato da 30/30 a 18/30 in base al numero di domande alle quali lo studente risponde e alla sua capacità di integrazione degli argomenti e di proprietà di linguaggio scientifico. Per ottenere un voto di 18/30, lo studente dovrà dimostrare di conoscere tutti gli argomenti trattati in modo superficiale e non integrati con una scarsa proprietà di linguaggio scientifico.

Strumenti a supporto della didattica

Modulo 1: i contenuti verranno presentati utilizzando diapositive in formato PowerPoint e discussi con tutta la classe mediante adeguati supporti didattici. Gli studenti sono pregati di segnalare al docente eventuali esigenze tramite e-mail il prima possibile. Questo permetterà al docente di valutare quali strumenti di supporto alla didattica sono più adeguati per rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso.

Modulo 2: presentazioni power point delle lezioni, guida all'apprendimento del programma di grafica molecolare fornita dal docente, utilizzo di aule informatiche. Gli studenti sono pregati di segnalare al docente eventuali esigenze tramite e-mail il prima possibile. Questo permetterà al docente di valutare quali strumenti di supporto alla didattica sono più adeguati per rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesco Francia

Consulta il sito web di Anna Maria Porcelli