OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento della Biochimica si propone di fornire le nozioni per la conoscenza dei meccanismi che sono alla base della vita definendo la struttura e la funzione delle biomolecole, le modificazioni metaboliche che esse subiscono e le loro interazioni sia a livello molecolare che a livello cellulare. L’insegnamento della Biochimica applicata fornisce approcci generali alla sperimentazione biochimica.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studio della Biochimica ha come obbiettivo lo studio della struttura e della funzione della cellula per una migliore comprensione dei processi vitali che avvengono negli esseri viventi con particolare attenzione alle interrelazioni dei processi catabolici e anabolici ed ai loro meccanismi di regolazione. Comprendere, infatti i processi biochimici è un requisito indispensabile per qualsiasi profilo professionale nell'area di scienze biologiche. Durante il corso  si approfondiranno la struttura, funzione e metabolismo dei glucidi, lipidi e protidi con particolare attenzione alla catalisi enzimatica alla sua regolazione ed al suo controllo. Si introdurrano poi i concetti legati alla Biologia Molecolare con particolare attenzione ai processi di replicazione del DNA, trascrizione dell'RNA e della sintesi proteica tramite la traduzione. La parte conclusiva del corso sarà dedicata alla Biochimica Applicata con l'approfondimento delle principali tecniche utilizzate in un laboratorio biochimico con particolare attenzione a quelle utilizzate nei processi di purificazione delle proteine. I temi trattati nel corso sono la chimica delle macromolecole biologiche con accenni alla fisicochimica, termodinamica e bioenergetica.

Durante il corso lo studente dovrà raggiungere determinati obbiettivi:

• acquisire il concetto di relazione tra struttura e funzione delle biomolecole soprattutto delle proteine
• acquisire il concetto di relazione tra strutture e funzione degli enzimi. Particolare attenzione dovrà essere data alla catalisi enzimatica.
• acquisire il concetto di relazione struttura e funzione dei carboidrati e dei lipidi
• conoscere le vie metaboliche di tipo catabolico utilizzate per ottenere energia dalla degradazione delle biomolecole
• Conoscere le vie metaboliche di tipo anabolico a carico di carboidrati, lipidi, amminoacidi e nucleotidi, componenti necessari alla struttura e funzione cellulare
• conoscere le basi della biologia molecolare: il DNA come materiale genetico, i meccanismi di replicazione, trascrizione, traduzione e regolazione. 
• conoscere dal punto di vista teorico dei principi fondamentali delle principali tecniche utilizzate in un laboratorio biochimico ponendo particolare attenzione alle tecniche utilizzate nella purificazione di proteine.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali ed esercitazioni facoltative in laboratorio.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Gli aminoacidi e le proteine Classificazione e proprietà chimiche degli aminoacidi. Struttura primaria, secondaria e terziaria delle proteine: esempi. Struttura quaternaria. Emoglobina e mioglobina: struttura e funzione. Emoglobine patologiche. Catalisi e cinetica enzimatica: fattori e leggi che la regolano. Inibizione enzimatica, allosterismo e regolazione dell’attività degli enzimi.

Il metabolismo ed i problemi energetici collegati Anabolismo e catabolismo, sintesi e demolizione di legami ad alto contenuto energetico.

Metabolismo glucidico Struttura dei prioritari mono, di e polisaccaridi. Principali vie di utilizzazione del glucosio. Glicolisi: tappe enzimatiche, coenzimi e vitamine interessati, bilancio energetico e regolazione. Shunt dell’esoso monofosfato e sua importanza biologica. Il glutatione ridotto: struttura e funzioni. Interconversione degli zuccheri fosforilati. Sintesi e demolizione del glicogeno e regolazione ormonale (adrenalina, glucagone ed insulina). Metabolismo del fruttoso, mannoso e galattoso. Gluconeogenesi: tappe enzimatiche specifiche e regolazione. La decarbossilazione ossidativa dell’acido piruvico: coenzimi vitaminici ed enzimi coinvolti. Il ciclo dell’acido citrico: tappe enzimatiche, bilancio energetico e regolazione.

Metabolismo lipidico Metabolismo degli acidi grassi. Demolizione ossidativa delle principali classi di acidi grassi (pari e dispari, saturi ed insaturi): tappe enzimatiche e rendimento energetico. Formazione di corpi chetonici in condizione normali e patologiche. Sintesi degli acidi grassi: complesso dell’acido grasso sintasi, processo di allungamento e di insaturazione. Sintesi e demolizione di triacilgliceroli, fosfolipidi, sfingolipidi. Metabolismo dell’acido arachidonico. Colesterolo: struttura, funzione, tappe enzimatiche della sintesi e regolazione.  Sintesi dei composti derivati dal colesterolo e isoprenoidi.

Bioenergetica Fosforilazione ossidativa: organizzazione e localizzazione nel mitocondrio dei complessi proteici di trasporto degli elettroni, sintesi di ATP e pompe protoniche. Fotosintesi: fase luminosa ed oscura. Fotorespirazione.

Metabolismo azotato Metabolismo degli aminoacidi. Transaminazione e deaminazione ossidativa. Tappe enzimatiche del ciclo dell’urea. Degradazione ossidativa dello scheletro carbonioso degli aminoacidi. Processi biosintetici correlati agli aminoacidi. Sintesi ex-novo, vie di recupero e demolizione dei nucleotidi purinici e pirimidinici.

L’informazione biologica Struttura degli acidi nucleici. Replicazione del DNA. Trascrizione. Maturazione dell’RNA. Codice genetico. Sintesi delle proteine. Modificazioni post-traduzionali, trasporto e demolizione delle proteine. Regolazione dell’espressione genica nei procarioti: lac operon.

Biochimica Applicata Approccio generale alla ricerca biochimica. Lavorare in laboratorio: le buone pratiche di laboratorio, la strumentazione di base, le soluzioni. Purificazione delle proteine: tecniche di separazione (metodi di rottura delle cellule, tecniche centrifugative, precipitazione frazionata, tecniche cromatografiche), tecniche di analisi (elettroforesi, dosaggi spettrofotometrici e radioisotopici, tecniche immunochimiche, tecniche citofluorimetriche). Determinazione della struttura primaria e del peso molecolare delle proteine tramite degradazione di Edman e tecniche di spettrometria di massa. 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Nelson D.L e Cox M.M., I Principi di Biochimica di  Lehninger, Zanichelli ed.
• Berg J., Tymoczko J.L. e Stryer L., Biochimica, Zanichelli ed.
• Garret R.H. e Grisham C.M., Biochimica con aspetti molecolari della Biologia cellulare, Zanichelli ed.
• Voet D., Voet J.G. e Pratt C.W., Fondamenti di Biochimica, Zanichelli ed.
• Garret R.H. e Grisham C.M., Biochimica, Piccin ed.
• Stoppini M., Bellotti V., Biochimica Applicata, EdiSES Ed.
• Bonaccorsi Di Patti M.C., Contestabile R., Di Salvo M.L., Metodologie Biochimiche, Zanichelli Ed.
• Maccarrone M, Metodologie Biochimiche e Biomolecolari, Zanichelli Ed.