B2903 - BIOCHIMICA GENERALE E METABOLISMO DEGLI ACIDI NUCLEICI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso gli studenti avranno acquisito conoscenze sulla struttura, sulle proprietà chimico-fisiche e sulla funzione delle macromolecole biologiche (proteine, acidi nucleici, carboidrati, lipidi) e dei relativi componenti (amminoacidi, basi azotate e nucleotidi, monosaccaridi ed acidi grassi). Struttura, funzione e regolazione degli enzimi. Conoscenza dei processi alla base del metabolismo energetico e del metabolismo informazionale.

Contenuti

Modulo 1. (Biochimica generale) (8 CFU) Prof. Natalia Calonghi

La logica molecolare della vita: caratteristiche fondamentali delle biomolecole. Legami covalenti e legami deboli: ruolo delle interazioni deboli nelle macromolecole. Cenni di termodinamica dei sistemi biologici.

Amminoacidi, peptidi e proteine: Struttura e proprietà degli amminoacidi. Struttura dei peptidi e delle proteine: i quattro livelli di organizzazione strutturale. Legame peptidico e struttura primaria. Struttura tridimensionale: struttura secondaria (alfa-elica, struttura beta, ripiegamento beta). Proteine fibrose e proteine globulari. Motivi e domini della struttura proteica. Struttura terziaria e quaternaria. Denaturazione e ripiegamento della proteine.

Proteine di particolare interesse fisiologico: Emoglobina e mioglobina. Struttura dell'eme. Struttura della mioglobina e dell'emoglobina. Curve di saturazione e cooperatività. Emoglobine anomale e patologiche.

Enzimi: Classificazione degli enzimi. La catalisi enzimatica. Energia di attivazione. Struttura e proprietà generali degli enzimi. Meccanismi generali di catalisi. Cofattori e coenzimi.

Cinetica enzimatica. Acquisizione ed analisi dei dati cinetici e significato dei parametri cinetici (Km, Vmax, Kcat). L'equazione di Michaelis-Menten. Effetto di pH e temperatura sull'attività enzimatica. Inibizione irreversibile. Inibizione dell'attività enzimatica: inibizione reversibile competitiva e non competitiva. Farmaci come inibitori. Regolazione dell'attività enzimatica: enzimi allosterici e cooperatività, modulatori positivi e negativi; modificazioni covalenti reversibili e irreversibili.

I carboidrati: Struttura dei principali monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

I lipidi e le membrane biologiche: Classificazione dei lipidi. Gli acidi grassi, i triacilgliceroli, i glicerofosfolipidi, gli sfingolipidi e gli steroidi. Composizione ed architettura delle membrane biologiche, microviscosità. Proteine di membrana integrali e periferiche. Asimmetria dei fosfolipidi e delle proteine. Modello a mosaico fluido e raft lipidici. Movimenti di molecole attraverso le membrane: sistemi di diffusione semplice, trasporto passivo mediato, trasporto attivo primario e secondario; canali ionici selettivi.

Bioenergetica e metabolismo: Disegno generale di catabolismo e anabolismo. Variazione di energia libera e reazioni accoppiate. Trasferimenti di gruppi fosforici e ATP. I tioesteri. Le reazioni biologiche di ossidoriduzione. Regolazione del flusso nelle vie metaboliche.

Il catabolismo del glucosio: Le reazioni della glicolisi. Destino anaerobico del piruvato: le fermentazioni. Regolazione metabolica della glicolisi. L'ossidazione del glucosio attraverso la via del pentosio fosfato.

Metabolismo del glicogeno e gluconeogenesi: Demolizione e sintesi del glicogeno e loro controllo. Gluconeogenesi: reazioni e regolazione.

Ciclo degli acidi tricarbossilici: Il complesso della piruvato deidrogenasi. Reazioni del ciclo di Krebs. Regolazione e bilancio energetico. Vie anaplerotiche che utilizzano o forniscono intermedi del ciclo.

Trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa: I trasportatori di elettroni nella catena respiratoria mitocondriale. La fosforilazione ossidativa e la sintesi dell'ATP: teoria chemiosmotica. Regolazione della fosforilazione ossidativa Disaccoppiamento e inibizione. Tessuto adiposo bruno e termogenesi.

Il catabolismo degli acidi grassi: Digestione, mobilizzazione e trasporto degli acidi grassi. Utilizzazione degli acidi grassi per la produzione di energia: beta-ossidazione. Formazione e utilizzazione dei corpi chetonici. Caratteristiche, metabolismo e ruolo funzionale degli acidi grassi poliinsaturi.

Biosintesi degli acidi grassi: Biosintesi del palmitato: reazioni e regolazione. Allungamento degli acidi grassi e formazione di acidi grassi insaturi. Biosintesi di triacilgliceroli e fosfolipidi (cenni). Prime tappe della biosintesi del colesterolo e regolazione della via metabolica.

Ossidazione degli amminoacidi e produzione dell'urea: Degradazione delle proteine. Ruolo del piridossal-fosfato nel metabolismo amminoacidico. Le reazioni di transamminazione e deamminazione ossidativa. Escrezione dell'azoto e ciclo dell'urea: localizzazione, reazioni e regolazione.

Biosegnalazione: caratteristiche generali della trasduzione del segnale. Controllo ormonale del metabolismo. Proteine G. Via dell'AMPc . Via del fosfatidilinositolo. Recettori con attività tirosina chinasica.

Modulo 2. Biochimica degli acidi nucleici (3CFU) Prof. Romana Fato

Struttura dei Nucleotidi, differenze tra nucleoside e nucleotide. Biosintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Vie di degradazione dei nucleotidi. Conversione dei nucleosidi monofosfato in nucleosidi trifosfato. Biosintesi dei deossiribonucleotidi. La timilidato sintasi.

Il legame fosfodiestere e la formazione delle catene polinucleotidiche. Appaiamento delle basi e struttura della doppia elica di DNA. Struttura primaria e secondaria del DNA. Coppie di basi canoniche. Fattori che stabilizzano la doppia elica del DNA. DNA A; B e Z; solco maggiore e solco minore. Strutture alternative degli acidi nucleici. Sequenze palindromiche. Stato topologico del DNA: superavvolgimento del DNA e topoisomerasi. RNA ribosomale, messaggero e transfer. Classi di acidi nucleici. Differenze tra DNA e RNA. Vari tipi di RNA. Struttura dell'RNA: struttura primaria, secondaria e terziaria.

DNA negli eucarioti: organizzazione dei cromosomi. Struttura e funzioni della cromatina, cenni sulle modificazioni epigenetiche.

Replicazione semiconservativa del DNA ed enzimi della sintesi del DNA. Meccanismo della replicazione nei batteri. Origini di replicazione. DNA Polimerasi e proteine coinvolte nella replicazione del DNA. Architettura del replisoma.

Meccanismo della trascrizione nei procarioti. Struttura del promotore: elementi in-cis. Subunità della RNA polimerasi procariotiche: ruolo del fattore sigma. Terminazione della trascrizione.

Principi generali della regolazione dell'espressione genica. Organizzazione dell'operone batterico: fattori in-trans. Operone del lattosio e ruolo dei repressori. Operone del triptofano e meccanismo dell'attenuazione.

Il codice genetico: codoni e anticodoni. Mutazioni geniche ed effetti sulla sequenza amminoacidica. mRNA: struttura e modificazioni post-trascrizionali. 

Struttura e funzioni del tRNA. Le aminoacil-tRNA sintetasi. Struttura del ribosoma. Traduzione dell' mRNA: meccanismo della sintesi proteica.

 

 

Testi/Bibliografia

D.L.Nelson e M.M. Cox - I principi di Biochimica di Lehninger - Zanichelli

T.M. Devlin - Biochimica con aspetti clinico farmaceutici- Edises

D.Voet, J.G.Voet, C.W.Pratt - Fondamenti di Biochimica -Zanichelli

R. H. Garrett , C. M. Grisham – Principi di Biochimica – Piccin Editore

J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stayer – Biochimica - Zanichelli

B. Lewin - Gene – Zanichelli

Metodi didattici

Lezioni frontali con l'utilizzo di sistemi anche audiovisivi .

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modulo 1. Biochimica generale

L'esame consiste in una prova orale con tre domande che tenderanno ad accertare la conoscenza teorica da parte dello studente sulla struttura e funzione della macromolecole biologiche, sul metabolismo e sua regolazione. Nell'arco del corso potrà essere istituita “una tantum” una prova in itinere scritta sulla struttura e funzione delle biomolecole costituita da domande a risposta aperta che se superata con voto positivo potrà valere come acquisizione della conoscenze e pesare per 3/11 sul voto finale. In tale caso la prova orale verterà solo sulla parte metabolica e consisterà in due domande.

Modulo 2. Biochimica degli acidi nucleici

La verifica dell'apprendimento avviene tramite una prova scritta della durata di 2 ore, da svolgersi senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in 10 quesiti a risposta multipla, 10 quesiti del tipo Vero/Falso per i quali lo studente, oltre a dover indicare se la definizione è Vera o Falsa dovrà anche giustificare la sua risposta con un breve commento e 3 domande aperte e verterà esclusivamente sugli argomenti trattati a lezione. La valutazione ottenuta nella prova scritta sarà espressa in trentesimi (punteggio minimo pari a 18) e concorrerà al voto finale, determinato come media pesata dei due diversi moduli. La prova scritta viene mantenuta valida per due anni solari; durante questo periodo lo studente potrà sostenere l'esame orale in un qualsiasi appello disponibile. Qualora lo studente non fosse soddisfatto del voto conseguito allo scritto, potrà ripetere tale prova; in tal caso farà fede il voto conseguito dallo studente nell'ultima prova scritta sostenuta. 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.

Strumenti a supporto della didattica

PC e videoproiettore per presentazioni Powerpoint e multimediali; lavagna luminosa.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Natalia Calonghi

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