67117 - BIOCHIMICA GENERALE E DELLA NUTRIZIONE

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 in base al gruppo R, il 21° amminoacido, modificazioni post-traduzionali. Struttura primaria: legame peptidico. Significato del grafico di Ramachandran. 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. Cenni alle modificazioni post-traduzionali.

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.

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.

EMOSTASI Ruolo delle piastrine. Zimogeni e cascata della coagulazione. Ruolo della vitamina K. Trasformazione del fibrinogeno in fibrina.

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.

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

LIPIDI Struttura e funzione di: acidi grassi, triacilgliceroli, glicerofosfolipidi e sfingofosfolipidi, colesterolo. Cenni ai glicolipidi e gangliosidi. Cenni alle lipoproteine plasmatiche.

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

METABOLISMO Significato di catabolismo e anabolismo. Idrolisi dell'ATP. Reazioni accoppiate. Composti ad alta energia di trasferimento del fosfato. Liberazione di energia a tappe. Reazioni redox. Coenzimi piridinici: struttura e funzione di NAD+/NADH, NADP+/NADPH. Coenzimi flavinici: struttura e funzione di FAD/FADH2, FMN/FMNH2. Controllo delle vie metaboliche.

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.

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.

GLICEMIA Significato di glicemia. Glicogenosintesi e glicogenolisi epatiche. Gluconeogenesi: localizzazione, precursori, reazioni, regolazione. Regolazione ormonale della glicemia. Adrenalina e glicogeno muscolare.

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.

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. Formazione ed utilizzo di corpi chetonici.

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.

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. RNAt come adattatori. 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

 - J.L. Tymoczko, J.M Berg, L. Stryer “Principi di Biochimica”, Zanichelli, 2010

- D.L. Nelson, M.M. Cox "Introduzione alla Biochimica di Lehninger", V edizione, Zanichelli, 2015

- D.R. Appling, S.J. Anthony-Cahill, C.K. Mathews "Biochimica, molecole e metabolismo", Pearson, 2017

- A. Mariani Costantini, C. Cannella, G. Tomassi "Alimentazione e nutrizione umana", II edizione, Il Pensiero Scientifico Editore

- G. Arienti "Le basi molecolari della nutrizione", IV edizione, Piccin, 2016

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

Metodi didattici

Lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni Power Point e di semplici video didattici

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede un solo esame finale che consiste in un colloquio orale su entrambi i moduli didattici.

La prima parte del colloquio sarà volta ad accertare le conoscenze acquisite dallo studente sul modulo di Biochimica generale, verranno pertanto affrontate la struttura e le funzioni delle principali biomolecole, il metabolismo e la sua regolazione, le modalità di trasmissione dell'informazione genica.

Solo in seguito ad una valutazione positiva, il colloquio proseguirà con l'accertamento della conoscenza delle tematiche del modulo di Biochimica della nutrizione, con particolare riguardo al ruolo dei macro e micronutrienti e dei prodotti dietetici.

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.

Strumenti a supporto della didattica

Si precisa che per "materiale didattico" si intende: il libro di testo consigliato dal docente, sul quale lo studente deve acquisire la propria preparazione; gli appunti presi a lezione dallo stesso studente; la copia delle presentazioni Power Point mostrate a lezione dal docente resa disponibile on line; tutto il resto delle informazioni e degli approfondimenti che il docente riterrà utile fornire agli studenti. La procedura necessaria per l'accesso alla copia delle presentazioni Power Point sarà fornita durante la prima lezione del corso. Tale materiale dovrebbe essere stampato e portato a lezione; si consiglia di non stamparlo con molto anticipo rispetto alla lezione di riferimento: il docente potrebbe apportarvi delle modifiche. La copia delle presentazioni Power Point del docente reperibile on-line non è sostitutiva dei testi di riferimento, ma integrativa a questi, e costituisce una guida per la selezione ed una migliore comprensione degli argomenti da studiare. Il docente potrà comunicare con gli studenti mediante mail indirizzata a tutti gli studenti iscritti alla lista docente-studenti sul sito DSA, oppure utilizzando la sezione Avvisi della Pagina Web Docente del Portale della Scuola di Farmacia, Biotecnologie e Scienze motorie, oppure tramite la piattaforma Moodle di Ateneo.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Diana Fiorentini

Consulta il sito web di Cecilia Prata