Ateneo - UPO

Il corso si propone di fornire i fondamenti dei meccanismi biochimici che regolano la vita nella cellula, mediante un approccio strutturale e funzionale nello studio delle biomolecole e gli eventi molecolari coinvolti nel metabolismo intermedio.

•Introduzione alla Biochimica di Lehninger -Nelson, Cox
•Principi di Biochimica di Lehninger- Nelson, Cox
•Biochimica – Campbell Farrel
•Biochimica- Mathews, Van Holte, Ahern
•Biochimica-nuova edizione 2020 8ed -Berg, Tymozcko, Gatto,Stryer
• Biochimica -molecole e metabolismo Appling Cahill Mathews. Pearson
• Testo atlante di Biochimica - Koolman, Rohm
• Le basi della biochimica - 3ed -Abali, Cline, Franklin, Viselli. Zanichelli

L’obiettivo del corso è che le studentesse e gli studenti acquisiscano i principi fondamentali per la comprensione dei meccanismi biochimici a livello cellulare e molecolare: 1. principi fondamentali e metodologici della struttura e della funzione delle biomolecole (carboidrati, lipidi, acidi nucleici e proteine); 2. funzione e attività degli enzimi e principi catalisi enzimatica; 3. Bioenergetica, metabolismo centrale e principi di regolazione metabolica. Il corso fornisce quei fondamenti che saranno propedeutici per seguire i corsi delle Fisiologie e di Patologia generale e avviare le studentesse e gli studenti all’approccio sperimentale in campo biochimico.

Il docente sconsiglia di affrontare lo studio della materia senza le opportune basi culturali, che si intendono come: buone basi in matematica e fisica; buona conoscenza della Chimica Generale e soprattutto della Chimica Organica. Buone conoscenze di base della biologia cellulare. Una adeguata proprietà di linguaggio e padronanza scientifica

Lezioni frontali, esercitazioni in aula ed in laboratorio.

Controllo dell'apprendimento: discussione degli argomenti del programma svolto durante le lezioni. Il corso e` supportato nella sezione DIR (Principi di biochimica) con materiale ad uso delle studentesse e degli studenti per verificare il grado di preparazione iniziale e dell'apprendimento in itinere. Sono disponibili tracce di discussione e verifica studio degli argomenti trattati nel corso. Sono inoltre disponibili test con domande a risposta aperta e multipla ed esercizi numerici per la valutazione dello studio. I docenti rispondono solo alle e-mail firmate e provenienti dal dominio: matricola@studenti.uniupo.it.
Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con
Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati
rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e
consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-
disabili-e-dsa.
Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo,
possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle
modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. L'esame prevede il superamento di una prova, in forma scritta, della durata di due ore. Le domande della prova scritta comprendono: test a risposta multipla/strutture molecolari/esercizi numerici, domande a risposta aperta, relative a tutti gli argomenti del corso. Le risposte alle domande aperte vengono giudicate sia per il contenuto sia per il linguaggio scientifico appropriato. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18). Durante la prova scritta non è permesso consultare alcun tipo di materiale.

Obiettivi: La prima parte del corso ha l’obiettivo di fornire alle studentesse e agli studenti la comprensione dei rapporti struttura-funzione delle principali molecole biologiche, i meccanismi biochimici essenziali per una corretta funzionalità metabolica, la chiave per la comprensione del contesto chimico e biologico nelle biomolecole e i fondamenti delle principali metodologie applicabili allo studio dei meccanismi molecolari nella cellula. PARTE PROPEDEUTICA: FONDAMENTI Richiami di biologia cellulare: organizzazione e compartimentazione cellulare; la cellula animale; la cellula vegetale; la cellula batterica; strutture sopramolecolari. Richiami di chimica: i legami del carbonio; la natura del legame chimico; proprietà dei principali gruppi funzionali e delle diverse classi dei composti organici; isomeria; interazioni deboli nei sistemi acquosi; ionizzazione dell’acqua degli acidi deboli e delle basi deboli; meccanismi tampone nei sistemi biologici. LE BIOMOLECOLE Carboidrati: definizioni classificazione e nomenclatura. La classificazione dei monosaccaridi. La configurazione e la conformazione. Isomeria ottica. Chiralità, proiezioni di Fisher e Haworth. I derivati degli zuccheri. Il legame glicosidico. I disaccaridi. I polisaccaridi strutturali: la cellulosa. Polisaccaridi di riserva: amido e glicogeno. Chitina. La struttura della membrana batterica. Lipidi e membrane: La classificazione dei lipidi. Gli acidi grassi naturali saturi ed insaturi. I triacilgliceroli. Le cere. Le vitamine. I glicolipidi. I doppi strati lipidici. Perchè si formano i doppi strati fosfolipidici. La mobilità dei lipidi nelle membrane. Le proteine integrali di membrana. Interazioni proteine lipidi. Le proteine periferiche di membrana. Struttura e assemblaggio delle membrane. Il modello a mosaico fluido. L'asimmetria delle membrane. Meccanismi di riconoscimento a livello di membrana e biosegnalazione. Acidi nucleici: i componenti dei nucleosidi e dei nucleotidi: struttura e nomenclatura. Polinucleotidi: struttura primaria e secondaria di DNA ed RNA. Amminoacidi: Proprietà generali degli amminoacidi naturali. Classificazione e caratteristiche. Le proprietà acido-base. La stereochimica. Amminoacidi non standard. Il Glutatione e gli antiossidanti. La stereochimica nei sistemi viventi. LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLE PROTEINE Peptidi e proteine. Il legame peptidico. La struttura primaria. La struttura delle proteine. Livelli di organizzazione strutturale delle proteine: strutture secondarie e supersecondarie. Forze che stabilizzano le strutture tridimensionali. Ripiegamento e stabilità delle proteine. Denaturazione e ripiegamento. Conformazioni tridimensionali nelle proteine. LA FUNZIONE DELLE PROTEINE: STRUTTURE BIOLOGICHE Cheratina: il capello e la lana. I coiled coils. Fibroina: la struttura della seta. Collagene. Mioglobina ed Emoglobina. Studio delle strutture molecolari. Evoluzione molecolare. Il gruppo eme. Il legame con ossigeno. Il trasporto della CO2. Curve di saturazione dell’ossigeno. Fattori che regolano l’ossigenazione dell’emoglobina. Basi strutturali del legame con gli effettori molecolari. Cooperatività nel legame con O2. Effetto Bohr. Effetto BPG. Fattori che modificano l’affinità di Hb per O2. Transizioni molecolari nello stato T ed R: modelli molecolari. Il globulo rosso: la membrana. HbS una malattia molecolare: approccio allo studio delle proprietà chimico fisiche. GLI ENZIMI Principi termodinamici, energia di attivazione. Cinetica enzimatica, derivazione dell’equazione di Michaelis-Menten, significato di Km, Vmax, Kcat ed efficienza catalitica, grafico dei doppi reciproci, esempi numerici. Misura dell’attività catalitica (UI e Katal). Effetto del pH e della temperatura sulla cinetica enzimatica. Inibizione enzimatica., metodi grafici per la caratterizzazione dell’inibizione competitiva, incompetitiva, e non competitiva. Effetti allosterici, Classificazione degli enzimi in base al tipo di reazione catalizzata, coenzimi e cofattori. Spettrofotometria uv/vis (assorbanza e trasmittanza, la legge di Lambert Beer) Bioenergetica e termodinamica cellulare: energia libera, entropia, equilibrio chimico. Significato delle variazioni dell’equilibrio chimico. ATP ed altri composti ad alta energia: le basi strutturali delle differenze in energia libera; ruolo nelle reazioni biologiche. Il trasferimento di gruppi fosforici. Reazioni chimiche accoppiate: ossidazioni e riduzioni, il ruolo dei coenzimi trasportatori. Compartimentazione cellulare delle vie metaboliche. Metabolismo degli esosi. Sistemi di trasporto del glucosio. Fosforilazione del glucosio: ruolo delle isoforme dell'esochinasi. La glicolisi: significato, tappe di reazione, di regolazione e bilancio energetico. La fosforilazione a livello del substrato. Destino del piruvato in condizioni anaerobiche: fermentazioni alcolica e lattica. La degradazione del glicogeno. Significato e regolazione muscolare ed epatica. Regolazione allosterica e covalente della glicogeno fosforilasi. Trasduzione dei segnali extracellulari: proteine G e secondi messaggeri. Ruolo dell’AMPc e della proteina chinasi A nella regolazione del metabolismo del glicogeno. Il ciclo di Cori. Il ciclo dei pentosi fosfati. Struttura e funzione dei mitocondri. Il ciclo dell’acido citrico: la Piruvato deidrogenasi e le fasi della decarbossilazione ossidativa del piruvato. Meccanismo del ciclo dell’ acido citrico, significato metabolico e tappe di regolazione . Il ciclo del gliossilato. La catena di trasporto degli elettroni: sistemi ossidoriduttivi e loro componenti. Generazione e utilizzazione del gradiente protonico transmembrana. Trasporto di piruvato, fosfato inorganico, ATP e ADP attraverso la membrana mitocondriale interna. L'ATP sintasi: organizzazione molecolare e meccanismo di funzionamento. Fosforilazione ossidativa. La teoria chemiosmotica. Regolazione. Bilancio energetico complessivo dell’ ossidazione del glucosio: rendimento. Catabolismo lipidico. Trasporto ed ossidazione mitocondriale. L’ossidazione del palmitato: le tappe ed i prodotti. Regolazione. Bilancio energetico per l’ossidazione del palmitato: rendimento. Corpi chetonici: significato metabolico. Catabolismo delle proteine e degli amminoacidi. Forme di escrezione dell’azoto. Il ciclo glucosio-alanina. Il trasporto del gruppo amminico nel fegato: deamminazione ossidativa. Escrezione dell’azoto e ciclo dell’urea. Collegamento con il ciclo dell’acido citrico. Bilancio energetico. Ossidazione dello scheletro carbonioso: amminoacidi glucogenici e chetogenici. Coordinazione metabolica tra organi. Metodologie applicate. Spettrofotometria e dosaggi proteici. Misure volumetriche. Seminario di approfondimento sul metabolismo alterato dei tumori. Durante la trattazione degli aspetti storici della biochimica si farà cenno all'integrazione della dimensione di genere nella ricerca scientifica.

Acquisizione di conoscenze approfondite sui concetti relativi ai meccanismi struttura funzione nelle biomolecole e sulle principali vie metaboliche. Acquisizione della padronanza, in chiave energetica, degli strumenti per l’interpretazione dei processi biochimici nel metabolismo cellulare.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Saper applicare le conoscenze acquisite di biochimica e di biologia cellulare alla analisi delle basi molecolari della funzionalità di cellule e organismi e dell’interazione con I' ambiente. Essere in grado di cogliere le interconnessioni tra strutture macromolecolari e metabolismo nella loro interdipendenza e regolazione.
Autonomia di giudizio.
Acquisizione di autonomia di giudizio nella valutazione di dati sperimentali riguardanti problematiche biochimiche o relative al funzionamento delle biomolecole e la loro connessione nei processi metabolici.
Abilità comunicative.
Dimostrare capacità di estrarre e sintetizzare l'informazione rilevante, perfezionamento del lessico disciplinare in ambito biochimico nonché della capacità di descrivere, con chiarezza e senso critico, fenomeni e problematiche biochimiche anche ai non addetti ai lavori. Dimostrare abilità di riassumere e presentare l'informazione sia in termini matematici che grafici.
Capacità di apprendimento.
Capacità di leggere, comprendere e commentare un testo scientifico di biochimica cellulare, anche in lingua inglese Acquisizione della capacità di approfondire e aggiornare criticamente obiettivi e/o i risultati di un piano di ricerca secondo un approccio sia quantitativo che qualitativo.