OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso è strutturato in due moduli: Biochimica II e Biologia strutturale. Il modulo di Biochimica II ha lo scopo di approfondire alcuni aspetti della Biochimica delle proteine e della Biochimica sistematica umana. Nella parte di laboratorio verranno analizzati e discussi alcuni aspetti metodologici relativi a tecniche biochimiche innovative, utilizzando esempi dalla letteratura scientifica recente. Il modulo di Biologia strutturale intende fornire le basi per la comprensione della struttura tridimensionale di macromolecole di interesse biochimico e biotecnologico quali proteine ed acidi nucleici, correlando, attraverso diversi esempi di letteratura, gli aspetti funzionali a quelli strutturali.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali e laboratorio.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Modulo "Biochimica II"

Biochimica delle proteine

• Modifiche post-traduzionali delle proteine, concetti generali ed esempi (fosforilazione, acetilazione, acilazione, metilazione, prenilazione, modifica delle catene laterali degli amminoacidi
• La glicosilazione delle proteine. Glicoproteine N-linked, struttura e ruoli funzionali
• Glicoproteine O-linked, proteoglicani, glicolipdi, la glicosilazione nella produzione di proteine ricombinanti
• Lectine: struttura ed esempi del significato funzionale delle più importanti lectine endogene. Uso delle lectine come reagenti in laboratorio
• Sorting e traffico delle proteine nei compartimenti subcellulari; mitocondri, nucleo, perossisomi. La sintesi proteica nel reticolo endoplasmatico (SRP, topologia delle proteine di membrana).
• Traffico delle proteine nella via secretiva, vescicole COPI, COPII e rivestite di clatrina. Targeting e riciclo degli enzimi lisosomiali.
• Controllo di qualità delle proteine: chaperon molecolari e chaperonine, co-chaperon (prolil isomerasi, proteina disolfuro isomerasi). La risposta HSF nel citosol.
• Controllo di qualità nel reticolo endoplasmatico: ciclo calnexina/calreticulina, ERAD (Endoplamsic Reticulum Associated Degradation). UPR (Unfolded Protein Response) e principali effettori coinvolti (XBP1, ATF6, PERK).  
• Le proteasi: classificazione, attivazione, inibitori, esempi di alcune proteasi appartenenti alle diverse classi

Biochimica sistematica di organi e tessuti

• Biochimica del sangue: funzioni principali delle proteine plasmatiche, caratteristiche e vie metaboliche principali degli eritrociti, biosintesi dell’eme, metabolismo del ferro, reazioni del processo della coagulazione e sua regolazione.
• Biochimica del fegato: biochimica della digestione e assorbimento delle principali biomolecole, sintesi degli acidi e dei sali biliari, caratteristiche strutturali e principali funzioni del fegato, metabolismo delle sostanze xenobiotiche e dell’etanolo nel fegato, degradazione dell’eme e catabolismo della bilirubina, metabolismo glucidico, proteico e lipidico nel fegato, ruolo di insulina e glucagone nel metabolismo e studio dei loro recettori, metabolismo del colesterolo e sua regolazione, lipoproteine plasmatiche e loro funzioni, chetogenesi epatica.
• Biochimica del tessuto adiposo: caratteristiche strutturali del tessuto adiposo bianco e bruno, metabolismo e regolazione dei trigliceridi, funzione secretoria del tessuto adiposo: leptina, adiponectina e recettori attivati dai prolifera tori dei perossisomi.
• Biochimica dei sistemi contrattili: caratteristiche strutturali del tessuto muscolare e principali nozioni della contrazione muscolare, fibre muscolari scheletriche di tipo I e di tipo II, sistema creatina-fosfocreatina, principali via metaboliche coinvolte nell’esercizio anerobico e aerobico. Muscolo cardiaco: organizzazione strutturale, meccanismo e regolazione della contrazione, omeostasi del calcio, substrati ossidabili dal miocardio, il cuore come organo endocrino. Contrazione e sua regolazione nel tessuto muscolare liscio.
• Biochimica del sistema nervoso: componenti chimici fondamentali del sistema nervoso, metaboliti utilizzati dal tessuto nervoso, principali caratteristiche della barriera ematoencefalica e dei neurotrasmettitori.
• Biochimica sensoriale: biochimica della visione: l’occhio e i suoi componenti principali, coni e bastoncelli e pigmenti visivi, trasmissione del segnale della luce; senso dell’udito: principali caratteristiche dell’orecchio e trasmissione dell’impulso uditivo. Studio dei recettori principali coinvolti nelle vie di trasmissione del segnale del gusto, dell’olfatto e del tatto.

Laboratorio

Durante la parte di laboratorio verranno svolte delle lezioni teoriche-pratiche prendendo come spunto uno o più argomenti trattati durante le lezioni frontali. Tali argomenti verranno ampliati e, utilizzando la letteratura scientifica, verranno analizzate le strategie e le metodiche che sono state o potrebbero essere utilizzate per risolvere i problemi sperimentali relativi a quelle tematiche. Questa parte prevederà un coinvolgimento attivo dello studente al quale verrà richiesto di analizzare una parte della letteratura e anche di discutere e proporre soluzioni  per la risoluzione di problemi specifici. 

Modulo "Biologia Strutturale"

Legami chimici che stabilizzano i polipeptidi: legami covalenti (legame peptidico e sue proprietà), legame a idrogeno, ponti salini, legame idrofobico ed interazioni elettrostatiche deboli. Strutture molecolari, e loro stabilità. Principali classi di molecole organico biologiche e costituzione di acidi nucleici e proteine. Struttura degli acidi nucleici. Struttura primaria e secondaria di DNA e RNA e loro integrazione nel genoma. Struttura terziaria di tRNA e rRNA. Metodi per la definizione della struttura primaria degli acidi nucleici. Struttura quaternaria del ribosoma (integrazione rRNA-proteine). Cenni sulla struttura dei cromosomi umani. Struttura e funzione delle proteine. Metodi per la definizione della struttura primaria delle proteine; degradazione di Edman, spettrometria di massa elettrospray e MALDI a singolo (MS) o a più analizzatori (MS/MS). Livelli di organizzazione strutturale delle proteine (struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria). Motivi e domini. Dinamica e termodinamica dei processi di folding. Evoluzione molecolare, conservazione del fold tridimensionale (evoluzione divergente, evoluzione convergente) e topologie proteiche Classificazione della struttura delle proteine in gerarchie strutturali a dettaglio crescente. Correlazione delle strutture con l’attività biologica delle proteine (esempi di letteratura). Principi di cristallizzazione e analisi dei cristalli di macromolecole biologiche. Principi di idrodinamica e modelli per lo studio delle proteine a bassa risoluzione. Metodi grafici di rappresentazione delle proteine:, Lesk & Hardman, RIBBON, TOPS. Superficie di Van der Waals.. Superfici proteiche ed interazioni con altre proteine, ligandi e acidi nucleici. Criteri per il riconoscimento di siti di legame e catalisi. Catalisi e cinetica enzimatica: e meccanismi di azione di alcune classi di enzimi di interesse biologico, biotecnologico e biomedico.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Modulo di Biochimica II:

Gli studenti potranno utilizzare alcuni testi di appoggio di Biochimica e Biologia cellulare per riprendere alcune nozioni di base che sono propedeutiche al corso.  Tuttavia, per molti argomenti che verranno trattati non sono al momento disponibili libri di testo. Verrà quindi fornito agli studenti del materiale in forma di dispense o lavori e reviews dalla letteratura scientifica.

Modulo di Biologia strutturale

Struttura e funzioni delle proteine - Petsko G. A.; Ringe D. – Zanichelli
Introduction to Protein Structure - Branden C., Tooze J. - Garland Pub