PRESENTAZIONE

La Biochimica studia a livello molecolare i processi biologici, quali le proprietà strutturali, funzionali e regolatrici delle macromoleole biologiche e le caratteristiche dinamiche delle vie metaboliche negli organismi viventi. La Biochimica svolge un ruolo centrale nelle Biotecnologie perchè fornisce conoscenze di base e metodi di studio per comprendere ed applicare sistemi biologici, dal più semplice (enzima) al più complesso (organismo), al fine di ottenere beni e servizi. 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Lo scopo principale del corso è quello di fornire agli studenti conoscenze approfondite sui principali processi biochimici e metabolici che avvengono nei sistemi biologici. Argomenti specifici riguarderanno: • equilibri ionici in soluzione acquosa di interesse biologico • principali molecole organiche di interesse biologico e delle loro interazioni • principali processi di trasformazione metabolica • principi di bioenergetica • sistemi di regolazione ed integrazione delle vie metaboliche Per quanto riguarda la parte di Laboratorio teorico-pratico il corso si prefigge di fornire allo studente conoscenze di base sui principi di alcune fondamentali tecniche sperimentali biochimiche, utilizzando anche esempi pratici in laboratorio.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà:

• conoscere in modo approfondito le principali macromolecole  presenti all’interno degli organismi viventi,  dimostrando di avere compreso come le proprietà chimiche e fisiche influenzano la loro funzione; applicare le differenze chimico-fisiche delle macromolecole per la loro analisi e separazione nella pratica di laboratorio
• riconoscere i  principali tipi di reazioni chimiche che avvengono all’interno degli organismi, di spiegarne i meccanismi e le variazioni energetiche; disegnare correttamente le formule di struttura dei principali intermedi metabolici.
• conoscere i meccanismi di catalisi e cinetica enzimatica ed essere in grado di applicarli nella pratica di laboratorio
• conoscere la bioenergetica cellulare e ed essere in grado di analizzare criticamente le differenze nei diversi organismi (procarioti, animali e vegetali)
• conoscere le principali vie metaboliche, il loro significato funzionale e i meccanismi di regolazione
• applicare queste conoscenze per spiegare le risposte cellulari e dell'organismo nei mammiferi in risposta all'azione di ormoni, durante il digiuno e lo stato alimentato, e le loro alterazioni in alcuni stati patologici utilizzati come modello (diabete, cellule tumorali)
• applicare le conoscenze acquisite sui meccanismi generali di regolazione metabolica per spiegare le principali differenze tra cellule animali e vegetali
• fornire esempi di applicazioni biotecnologiche di processi biochimici
• aver acquisito una teminologia corretta per l'identificazione delle molecole e descrivere i processi biochimici con un linguaggio adeguato

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali, suddivise in tre parti per un totale di 64 ore, e di una parte di  laboratorio teorico-pratico (32 ore).

Il  Laboratorio sarà tenuto dai Proff. Benatti e Tonetti coadiuvati da  tutors di laboratorio. All’inizio di ogni attività di laboratorio  è prevista una breve introduzione teorica con lo scopo di fornire i principi di base su cui si fondano le metodologie biochimiche che verranno utilizzate nella parte pratica. Nella parte pratica, gli studenti, suddivisi in gruppi di due o tre e con il supporto dei docenti e dei tutor,  dovranno applicare il protocollo sperimentale fornito, applicando le metodiche descritte. Al termine gli studenti dovranno presentare una breve relazione con i risultati ottenuti dall’attività sperimentale. L’organizzazione e le date di svolgimento delle attività di laboratorio verranno comunicate direttamente dal docente all’inizio delle lezioni.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte 1: Le molecole della vita

1. Equilibri ionici in soluzione acquosa
2. Velocità di reazione e equilibri o di reazione. Energia delle reazioni chimiche
3. I gruppi funzionali organici e la loro reattività nei sistemi biologici
4. Principali carboidrati e lipidi nei sistemi biologici.
5. Amminoacidi: struttura e reattività
6. Peptidi e legame peptidico: caratteristiche del legame
7. Proteine: struttura primaria, secondaria, terziaria, quaternaria
8. Proteine: classificazione e funzioni. Proteine coniugate: emoglobina
9. Catalizzatori biologici (enzimi): meccanismi di catalisi e classificazione ; coenzimi e cofattori enzimatici; cinetica enzimatica; inibizione enzimatica

Parte 2: Il metabolismo e le principali vie metaboliche

1. Metabolismo e bioenergetica:  ATP, composti ad alta energia, le reazioni biologiche di ossidoriduzione
2. Principi generali di controllo delle attività enzimatiche e di regolazione delle vie metaboliche.  Il ruolo degli enzimi allosterici nelle tappe limitanti delle vie metaboliche. Le modifiche covalenti reversibili (fosforilazione/defosforilazione).
3. Metabolismo glucidico: glicolisi: ruolo funzionale, reazioni (con formule) e regolazione; glicolisi aerobica ed anaerobica; gluconeogenesi: ruolo funzionale, reazioni (con formule) e regolazione; ruolo del F2,6BP nella regolazione concertata glicolisi/gluconeogenesi; metabolismo del glicogeno: vie di sintesi e degradazione, ruolo funzionale e regolazione;  altri polisaccaridi di interesse biologico: amido, cellulosa e peptidoglicano (cenni); ciclo del pentosio fosfato: reazioni (con formule), ruolo funzionale e regolazione;  specie reattive dell’ossigeno e meccanismi di difesa dallo stress ossidativo e difetto genetico di G6PD; utilizzo di fruttosio e galattosio
4. Piruvato deidrogenasi: ruolo e meccanismo enzimatico (con formule). Fermentazione alcolica.
5. Ciclo dell’acido citrico: ruolo funzionale, reazioni (con formule) e regolazione
6. Fosforilazione ossidativa: potenziali di riduzione standard, ΔE e ΔG, il gradiente protonico,  struttura e funzione dei complessi della catena respiratoria, la ATP-sintasi, termogenesi mitocondriale.
7. Metabolismo lipidico: Trigliceridi: digestione ed assorbimento, trasporto attraverso le lipoproteine; lipolisi,  attivazione degli acidi grassi e trasporto nei mitocondri; ossidazione degli acidi grassi: ruolo funzionale, reazioni (con formule) e regolazione; degradazione degli acidi grassi insaturi e con catena a numero dispari di C (cenni); sintesi degli acidi grassi: correlazioni tra mitocondrio e citosol, reazioni di sintesi (con formule), regolazione; sintesi del colesterolo e regolazione  (cenni); il colesterolo come precursore per altre molecole; sintesi dei glicerofosfolipidi, fosfolipasi e loro ruolo nella generazione di molecole segnale; le ciclossigenasi e la sintesi degli eicosanoidi (cenni)
8. Corpi chetonici: ruolo funzionale, reazioni di sintesi (con formule) e sistemi di utilizzo nei tessuti periferici. 
9. Metabolismo degli amminoacidi: destino metabolico dei gruppi amminici, transaminasi e glutammico deidrogenasi (con formule); il trasporto dei gruppi amminici al fegato: glutammina e ciclo alanina-piruvato (reazioni con formule); ciclo dell’urea
10. Metabolismo  dei nucleotidi: sintesi de novo e di recupero dei nucleotidi purinici e pirimidinici; la formazione dei nucleotidi difosfato e trifosfato; degradazione delle purine ed acido urico (cenni); formazione dei deossiribonucleotidi: ribonucleotide reduttasi, timidilato sintasi; ciclo dei folati; ciclo della SAM
11. Il metabolismo nucleotidico per applicazioni terapeutiche e biotecnologiche (inibitori della TS e della DHFR, farmaci antivirali, la dUTPasi dei batteri, la DHFR come marker di selezione).
12. Metabolismo del NAD(P)
13. Biochimica vegetale: fotosintesi in procarioti e piante superiori, la rubisco e il ciclo di Calvin; sistemi di regolazione enzimatica da parte della luce;  piante C3 e C4 (cenni); ciclo del gliossalato; principali differenze metaboliche tra cellule animali e vegetali.

Parte 3: Regolazione ormonale ed integrazione del metabolismo nei mammiferi

1. Biosegnalazione e caratteristiche generali della trasduzione del segnale
2. Recettori e meccanismo di azione di insulina, glucagone , adrenalina, ormoni steroidei
3. Controllo ormonale del metabolismo: effetti di insulina, glucagone, ormoni steroidei, ormoni del tessuto adiposo; controllo della glicemia,  digiuno
4. Interazioni metaboliche tra organi

Laboratorio teorico- pratico

1. Calcolo di concentrazioni (molarità, normalità, percentuali), diluizioni, calcolo del pH, uso della bilancia analitica, preparazione di soluzioni.
2. Separazione di particelle e molecole: tecniche di centrifugazione, ultrafiltrazione, dialisi, precipitazione, estrazione.
3. Spettrofotometria e spettrofluorimetria: principi base ed applicazioni.
4. Dosaggi spettrofotometrici di DNA e proteine.
5. Dosaggi enzimatici. Determinazione della concentrazione di composti mediante saggi enzimatici
6. Purificazione di proteine mediante cromatografia per affinità
7. Elettroforesi delle proteine: tecniche ed applicazioni.  Western blot: tecniche ed applicazioni

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte  le slides utilizzate durante  le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aulaweb. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell'esame.

I libri sotto indicati sono suggeriti come testi di appoggio, ma gli studenti possono comunque utilizzare anche altri testi di Biochimica di livello universitario, purchè siano edizioni pubblicate negli ultimi 5 anni.

Appling et al. Biochimica, molecole e mtabolismo, Pearson

Tymoczko J, Berg, J. Stryer L. Principi di Biochimica, Zanichelli

Nelson D, Cox M. Introduzione alla Biochimica di Lehninger, Zanichelli.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

UMBERTO BENATTI (Presidente)

MICHELA TONETTI (Presidente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

1 Ottobre 2017

Orari delle lezioni

BIOCHIMICA E LABORATORIO

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame si compone di una parte scritta e una orale.

Lo scritto è relativo agli argomenti del Laboratorio teorico-pratico:  è costituito da un test con 18 domande a risposta multipla (1 punto per ogni risposta giusta, - 0,25 punti per ogni risposta sbagliata) e 7 problemi/domande  a risposta aperta  (2 punti per ciascuno). Esempi di problemi verranno forniti durante l'attività di laboratorio. Lo scritto dovrà essere effettuato prima della prova orale e potrà essere sostenuto sia in appelli precedenti, che nello stesso appello in cui lo studente intende sostenere l’esame orale. La prova scritta verrà ritenuta valida solo fino all’ultimo appello del mese di settembre dell’a.a. in cui è stata sostenuta. Dopo tale data, lo studente dovrà ripetere la prova scritta. 

Per accedere alla prova orale gli studenti dovranno aver superato la prova scritta con un voto minimo di 18/30 e il voto conseguito verrà utilizzato nella valutazione finale tenendo conto del numero dei crediti di ciascuna parte. Un voto pari o superore a 27/30 nella prova scritta non pregiudica comunque la possibilità di ottenere un voto finale di 30/30 dopo la prova orale. 

Saranno disponibili 3 appelli di esame per la sessione invernale (metà gennaio- febbraio)  e 4 appelli per la sessione estiva (giugno,luglio e settembre). Non verranno concessi appelli straordinari al di fuori dei periodi indicati nel regolamento del Corso di Studi, fatta eccezione per gli studenti fuori corso.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

I dettagli sulle modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. 

L’esame orale verterà principalmente sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di valutare non soltanto se lo studente ha raggiunto un livello adeguato di conoscenze, ma se ha acquisito la capacità di analizzare criticamente problemi biochimici che verranno posti nel corso dell'esame. Verrà anche richiesto allo studente di disegnare le formule di struttura di biomolecole e intemedi metabolici, identificando i tipi di reazione coinvolti e le conseguenti variazioni energetiche. Lo studente dovrò anche dimostrare di avere acquisito la capacità di descrivere i processi biochimici in modo chiaro e con una terminologia corretta.  

L’esame scritto verificherà l’effettiva acquisizione delle conoscenze di base su alcune metodologie biochimiche e le loro applicazioni per l’analisi, identificazione e separazione delle principali biomolecole.  Lo studente dovrà essere in grado di collegare e integrare le conoscenze apprese nel corso delle attività laboratoriali con quelle fornite durante le lezioni frontali. I problemi e le domande aperte permetteranno di valutare la capacità di utilizzare le conoscenze in situazioni pratiche che possono verificarsi in laboratorio, anche con riferimento alle misure di sicurezza e alle buone pratiche di laboratorio. 

Calendario appelli