00061 - BIOCHIMICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base della biochimica generale e metabolica ed applica alcune tecniche di base della biochimica. In particolare, lo studente è in grado di conoscere la struttura e la funzione delle principali molecole biochimiche (zuccheri, proteine, lipidi e acidi nucleici), conoscere le vie metaboliche principali delle cellule eucariote animali e la loro regolazione, avere una panoramica generale dei principi fondamentali e degli elementi unificanti del metabolismo e della regolazione integrata delle varie vie metaboliche.

Programma/Contenuti

Lezioni frontali (7CFU):

Aminoacidi e proteine: Formule e caratteristiche chimico-fisiche degli aminoacidi. Caratteristiche del legame peptidico. Definizione e legami specifici responsabili della struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Cenni sui metodi di predizione delle strutture proteiche. Caratteristiche e classificazione delle proteine di membrana, modificazioni covalenti lipidiche, diagrammi di idropatia.

Lipidi e membrane:  formule e caratteristiche degli acidi grassi saturi ed insaturi,  trigliceridi. I  lipidi di membrana: fosfolipidi e sfingolipidi, lipidi con unità  isopreniche, colesterolo. Struttura delle membrane biologiche, composizione e caratteristiche chimico-fisiche. Asimmetria delle membrane, rafts lipidici.

Metodologie per l'analisi  delle proteine : concetto di proteoma, purificazione delle proteine: strategie generali; frazionamento subcellulare, centrifugazione, precipitazione, tecniche cromatografiche (gel filtrazione, scambio ionico, affinità), metodi spettrofotometrici, elettroforesi (SDS, nativa, 2D), western blot, cenni alle tecniche per lo studio della struttura delle proteine.

Mioglobina ed emoglobina: struttura dell'eme, legame dell'ossigeno, struttura e funzione di mioglobina ed emoglobina, struttura quaternaria dell'emoglobina, curve di saturazione dell'ossigeno delle due proteine; effettori allosterici del legame dell'ossigeno all'emoglobina, emoglobina fetale, emoglobina S ed anemia falciforme.

Enzimi: proteine come catalizzatori molecolari, caratteristiche generali degli enzimi, energia di attivazione, formazione del complesso enzima-substrato, classificazione degli enzimi, principali tipi di catalisi. Cinetica enzimatica: modello di Michaelis-Menten, significato della Km, Vmax e Kcat. Misura sperimentale di Km e Vmax.  Inibizione degli enzimi e analisi cinetiche: inibitori competitivi, non competitivi, in competitivi.                 

Strategie catalitiche: catalisi acido-base, esempio del meccanismo catalitico delle chimotripsina, altre proteasi. Regolazione dell'attivita' enzimatica: controllo allosterico, esempio della aspartato transcabammilasi (ATCasi), modello concertato e sequenziale. Regolazione da proteine regolatrici (PKA), modificazione covalente reversibile (fosforilazione, acetilazione), modificazione covalente irreversibile (proteolisi).

Trasduzione del segnale : modalita'  generale della segnalazione intercellulare, definizione di primo messaggero, concetto di recettore; recettori di superficie e intracellulari: struttura dei recettori a 7-TM, le proteine G eterotrimeriche, i sistemi effettori: adenilato ciclasi e fosfolipasi C, secondi messaggeri (cAMP, IP3, DAG e calcio), protein chinasi e fosfatasi attivate da secondi messaggeri, proteine che legano calcio. Struttura dei recettori ad attivita'  tirosina chinasica,  segnalazione mediata da proteine con domini SH2, la proteina Ras e le MAP chinasi. Insulina e via di segnalazione del recettore dell'insulina.

Canali e pompe: trasporto attraverso le membrane, energia libera, trasporto attivo e passivo; struttura generale dei canali ionici, cenni alla tecnica del patch clamp, struttura del canale del potassio, filtro di selettivita', canali ionici voltaggio dipendenti, inattivazione. Trasporto attivo: ATPasi di tipo P: Na-K-ATPasi e ciclo catalitico;  Ca-ATPasi;  trasportatore del lattosio.

Metabolismo: aspetti generali, anabolismo e catabolismo, reazioni accoppiate, composti ad alta energia: ATP e sue caratteristiche chimiche peculiari, cenni sui principali coenzimi che sono coinvolti nelle vie metaboliche.

Glicolisi: generalita' ;  reazioni con formule, destino metabolico del piruvato: fermentazione alcoolica e lattica, trasporto nei mitocondri e ossidazione; regolazione della glicolisi.

Ciclo degli acidi tricarbossilici: complesso della piruvato deidrogenasi: struttura, coenzimi  e regolazione. Panoramica delle reazioni del ciclo TCA con formule, regolazione, resa energetica. Le reazioni anaplerotiche.

Fosforilazione ossidativa. Ultrastruttura dei mitocondri;  potenziali redox, struttura e funzione dei complessi della catena respiratoria (complessi I, II, III, CIV),  teoria chemiosomotica e concetto di potenziale elettrochimico protonico. ATP sintasi o complesso V: struttura delle porzioni F1 e FO; subunita'  principali e ciclo catalitico. Trasportatori della membrana interna, sistemi navetta per il trasporto equivalenti riducenti nei mitocondri. Bilancio energetico, inibitori dei complessi, disaccoppianti.  Specie reattive dell'ossigeno ed enzimi detossificanti.

Gluconeogenesi : la piruvato carbossilasi; reazioni con formule della gluconeogenesi; regolazione coordinata della gluconeogenesi e della glicolisi. Ciclo di Cori. Sintesi e demolizione del glicogeno, la glicogeno fosforilasi: struttura e regolazione nel muscolo e fegato: ruolo di PKA e PP1. Insulina e glicogenosintesi.

Via dei pentosi-fosfati: fase ossidativa e fase non-ossidativa: reazioni con formule. Regolazione. Produzione di NADPH per le vie biosintetiche e  glutatione.

Metabolismo dei lipidi: Catabolismo: idrolisi dei trigliceridi negli animali;  attivazione, trasporto ed ossidazione degli acidi grassi nella matrice mitocondriale. I corpi chetonici;  sintesi e utilizzazione. Biosintesi degli acidi grassi: reazioni e ruolo del citrato, allungamento;  biosintesi dei lipidi complessi: glicerofosfolipidi e sfingolipidi; biosintesi del colesterolo. 

Metabolismo degli aminoacidi: digestione ed assorbimento delle proteine; turnover delle proteine cellulari: ubiquitina: struttura ed attivazione; struttura del proteasoma. Degradazione degli amminoacidi: destino del gruppo amminico, ciclo dell'urea, relazione tra ciclo dell'urea e ciclo TCA.

 

Il modulo di laboratorio "Metodi per la separazione, quantificazione  ed identificazione di proteine" (1CFU) sarà tenuto dalla prof.ssa Anna Maria Porcelli. Prevede:

Determinazione del contenuto proteico di una miscela mediante colorimetria;

Separazione cromatografica di una miscela di proteine note;

Identificazione delle proteine purificate mediante tecniche spettrofotometriche ed elettroforetiche.

 

Testi/Bibliografia

Biochimica. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer , 7th edition, 2012, Zanichelli

Principi di Biochimica. A.L. Lehninger, D.L. Nelson , M.M. Cox. 2009 Zanichelli

Fondamenti di Biochimica. D.Voet, J.Voet, C.W. Pratt. 2013 Zanichelli.

Biochimica. Molecole e metabolismo. D.R. Appling, S.J Antony-Cahaill, C.K. Mathews. 2017 Pearson. 

Il docente fornirà i files PDF delle diapositive proiettate a lezione  agli studenti, previo iscrizione alla lista di distribuzione al sito AMS Campus e utilizzo della password fornita dal docente. Il materiale fornito è di stretto uso personale.

Metodi didattici

Durante le lezioni verranno discusse in dettaglio la struttura e  funzione delle  principali molecole di interesse biologico ed analizzate alcune importanti vie metaboliche e la loro integrazione.  Il corso viene affiancato da un modulo di esercitazioni pratiche in laboratorio.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Per sostenere la prova di esame e' necessario iscriversi su Almaesami, nel rispetto inderogabile delle cadenze previste. La prova di accertamento e' scritta e prevede  alcune domande volte ad accertare la conoscenza da parte dello studente degli argomenti trattati a lezione e durante il laboratorio sperimentale.

L' esame scritto comprende:

Tre domande aperte su argomenti del programma , di cui una su un ciclo metabolico (6 punti/risposta esauriente).  Se le risposte sono inadeguate, NON si procede nella valutazione.

Quattro formule di aminoacidi, nucleotidi, zuccheri, acidi grassi, fosfolipidi, sfingolipidi, colesterolo, metaboliti (piruvato, gliceraldeide-3-P, fosfoeneolpiruvato, lattato, ossalacetato, citrato, succinato, alfa-chetoglutarato, ribulosio-5-P, ribosio-5-P, xilulosio-5-P, sedoeptulosio-7-P, etc) (1 punto/risposta esatta)

domande a risposta multipla (1 punto/risposta esatta)

Tre affermazioni Vero-Falso (1 punto/risposta esatta)

Quattro semplici esercizi su problemi pratici (preparazione di soluzioni molari, diluizione di soluzioni, determinazione della concentrazione di un soluto dalla assorbanza (legge di Lambert-Beer),  tipi di inibizione enzimatica (1 punto/risposta esatta)

 

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC e presentazioni powerpoint.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michela Rugolo

Consulta il sito web di Anna Maria Porcelli