BIOCHIMICA GENERALE

• Acquisire le conoscenze sulla struttura, la funzione e la regolazione delle macromolecole biologiche.
• Acquisire le conoscenze dei meccanismi generali di regolazione del metabolismo.
• Acquisire le conoscenze sulle principali vie e cicli metabolici con particolare riguardo al metabolismo glucidico, lipidico e amminoacidico. 

Lezioni frontali con esercitazioni.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi, inoltre, alla docente referente CInAP (Centro per l’Inclusione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof. Anna De Angelis.

Per poter sostenere l'esame è necessario aver superato l'esame di Chimica Organica

Sono inoltre richieste le seguenti conoscenze:

Chimica Generale - Legami chimici. Termodinamica. Acidi e basi. Proprietà delle soluzioni: pH, pK, tamponi, pressione osmotica. Ossido-riduzioni.

Richiami di chimica organica – Ibridizzazione del carbonio. Idrocarburi saturi, insaturi, cilici. Composti eterocilici e aromatici Delocalizzazione elettronica e risonanza. Gruppi funzionali di maggiore interesse biochimico: -OH, -SH, -COOH, -COH, -CO, -NH2, -NH3. Acidità e basicità dei composti organici. Isomeria. 

La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata; risulta essere obbligatoria per gli studenti che intendono partecipare alle prove in itinere e conclusiva previste durante il corso di lezioni.

Richiami di chimica generale - Legami chimici. Termodinamica. Caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua. Proprietà delle soluzioni: pH, pK, tamponi, pressione osmotica. Funzione dell’acqua nei sistemi biologici.

Richiami di chimica organica – Ibridizzazione del carbonio. Gruppi funzionali di maggiore interesse biochimico: -OH, -SH, -COOH, -COH, -CO, -CH₃, -NH₂, -NH₃. Acidità e basicità dei composti organici. Isomeria.

Molecole di importanza biologica

Carboidrati - Struttura e funzione. Monosaccaridi: classificazione, formule di Fisher e di Haworth, ciclizzazione, mutarotazione, reazioni dei gruppi aldeidici e chetonici. Il legame glicosidico. Oligosaccaridi. Omopolisaccaridi di struttura e di riserva. Eteropolisaccaridi. Proteoglicani, glicoproteine, glicosamminoglicani e glicolipidi.

Lipidi - Struttura e funzione. Lipidi semplici: caratteristiche chimiche e chimico-fisiche degli acidi grassi. Lipidi complessi: neutri e polari. Mono-, di- e trigliceridi. Fosfolipidi. Sfingosina e sfingolipidi. Cerebrosidi, globosidi e gangliosidi. Terpeni e steroli. Lipoproteine. Micelle, membrane artificiali e membrane biologiche.

Basi puriniche e pirimidiniche - Struttura e funzione. Forme tautomeriche. Nucleosidi e nucleotidi. Dinucleotidi. Acidi nucleici: struttura e funzione.

Amminoacidi – Struttura e funzione. Proprietà chimiche e chimico-fisiche. Punto isoelettrico. Classificazione e proprietà specifiche delle catene laterali. Legame peptidico e sue caratteristiche. Angoli fi e psi. Il grafico di Ramachandran. Peptidi di importanza biologica.

Proteine - Struttura e funzione delle proteine. Classificazione. Cenni di purificazione di proteine (cromatografia, elettroforesi, determinazione del P.M.). Struttura primaria. Legami responsabili della struttura. Importanza dei legami deboli per la flessibilità e attività. Strutture secondarie: alfa-elica, foglietto-beta, elica del collageno. Struttura terziaria. Struttura quaternaria. Relazione tra struttura primaria e conformazione. Denaturazione e rinaturazione. Avvolgimento (folding) delle proteine. Termodinamica del folding. Cenni sul folding assistito (chaperonine). Proteine fibrose - Collageno ed elastina. Proteine globulari – Le emoproteine coinvolte nel trasporto dei gas (O2, CO2). Il gruppo prostetico dell’eme. Struttura tridimensionale di mioglobina ed emoglobina. Meccanismo di legame dell’ossigeno alla mioglobina ed all’emoglobina. Affinità per l’ossigeno. Modulazione allosterica dell’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno. Effetto Bohr. Curve di saturazione, cooperatività grafico di Hill, interazioni omotropiche ed eterotropiche dell’emoglobina. L’effetto del 2,3-difosfoglicerato. Il modello di Monod-Wyman-Changeux (MWC) e il modello sequenziale: stato T e stato R. Eterogeneità dell’ emoglobina circolante: metemoglobina, emoglobina fetale, emoglobina glicosilata. La metemoglobina reduttasi, il glutatione (GSH) e il NADPH per il mantenimento della funzionalità dell’emoglobina. Deficit di G-6-PDH, ossidazione dell’emoglobina, malaria. Patologia molecolare delle emoglobine anormali. Emoglobina S e meccanismo di polimerizzazione. Biochimica comparata delle proteine respiratorie. Entalpia di ossigenazione dell’emoglobina e suo ruolo fisiopatologico.

La catalisi biochimica. - Enzimi - Classificazione. Coenzimi e vitamine. Catalizzatori chimici e catalizzatori biologici. Equazione di Michaelis-Menten. Km, Vmax, numero di turnover, Kcat/Km. Il grafico dei doppi reciproci. Effetto del pH e della temperatura sull’attività enzimatica. Inibizione irreversibile. Inibizione reversibile: competitiva, non-competitiva, incompetitiva e mista. Effetto dei diversi tipi di inibitori sul grafico dei doppi reciproci. Meccanismi generali della catalisi enzimatica (catalisi acido-base, covalente, da stato di transizione, da ioni metallici). Enzimi multimerici e regolazione allosterica. Complessi multienzimatici. Regolazione attività enzimatica.

Il metabolismo - Introduzione: sua organizzazione generale – Concetto di vie e di mappe metaboliche. Vie degradative (catabolismo) e vie biosintetiche (anabolismo). Bioenergetica. Molecole energeticamente cariche. Utilizzo dell’energia biochimica nella cellula. Ruoli biochimici del NADH e del NADPH. Meccanismi generali di regolazione del metabolismo - controllo ormonale, regolazione a feedback, enzimi allosterici, zimogeni, isoenzimi, amplificazione a cascata, compartimentazione, regolazione genica.

Le reazioni biochimiche della glicolisi – Regolazione della glicolisi: esochinasi, fosfofruttochinasi, GAPDH, piruvatochinasi. Ossidazione dell’acido piruvico: il complesso multienzimatico della piruvico deidrogenasi e il suo meccanismo di reazione. Riduzione dell’acido piruvico: la lattico deidrogenasi.

Degradazione del glicogeno – La glicogeno fosforilasi: meccanismo di reazione e il suo controllo ormonale. La trasduzione del segnale ormonale all’interno della cellula: le proteine G, l’AMP ciclico, l’adenilato ciclasi, le proteine chinasi. Glicogeno epatico e glicogeno muscolare: stessa molecola, due finalità metaboliche.

Reazioni del ciclo dell’acido citrico – Regolazione del ciclo. Reazioni della via dei pentosio fosfati – Significato biochimico.

La fosforilazione ossidativa - Il mitocondrio come centrale energetica della cellula. Le scale di potenziali redox di molecole di importanza biologica. Macchinario per il trasporto degli elettroni: struttura e funzioni dei complessi I, II, III e IV. I centri ferro-zolfo. Il ciclo Q nel complesso III. I complessi trans-membrana e il trasporto dei protoni. I potenziali elettrochimici nel trasporto degli elettroni. Utilizzazione dell’ossigeno. L’ATP sintasi: struttura e meccanismo d’azione. Trasporto dei nucleotidi attraverso il mitocondrio: il trasportatore dei nucleotidi adenilici

Reazioni della beta-ossidazione degli acidi grassi – Assorbimento e trasporto dei grassi alimentari. Attivazione della lipolisi e trasporto degli acidi grassi liberi. Attivazione e trasporto nel mitocondrio: l’acil-CoA sintetasi, la carnitina e il trasportatore acilcarnitina-carnitina. Le 4 reazioni della beta-ossidazione. Controllo e resa energetica. Degradazione degli acidi grassi insaturi e degli acidi grassi a numero dispari di atomi di carbonio. Interrelazioni col metabolismo del glucosio. Chetogenesi

Reazioni di transamminazione degli amminoacidi. – Gli amminoacidi e i chetoacidi nelle transamminazioni. Le transaminasi: meccanismo di reazione. La navetta malato-aspartato: suo funzionamento e ruolo metabolico. La transdeamminazione ossidativa degli amminoacidi. - Meccanismo di reazione della glutammato deidrogenasi.

Ciclo dell’urea. – Attivazione dell’ammoniaca: la carbammilfosfato sintetasi. Le reazioni del ciclo e la sua compartimentazione.

Degradazione dei nucleotidi – Catabolismo e vie di recupero delle purine e delle pirimidine.

Degradazione dell’eme: struttura e funzione dei sali biliari.

1. I Principi di Biochimica del Lehninger, Nelson e Cox et al., Zanichelli ed.;
2. Fondamenti di Biochimica, Voet e Voet, Zanichelli ed.;
3. Biochimica, Garrett, Zanichelli ed.;
4. Biochimica, Stryer, Zanichelli ed.;
5. Principi di Biochimica, Garrett e Grisham, Piccin ed.
6. Fondamenti di biochimica, L.Pollegioni, EdiSES ed
7. Biochimica, Matthews, Van Holde et al., Piccin ed.

La valutazione dell’apprendimento prevede due prove in itinere e una conclusiva. In ciascuna di esse, verranno proposte 31 domande a risposta multipla riguardanti parti diverse del programma del corso. Ogni domanda ha una sola risposta corretta è valutata +1, mentre quelle non corrette o non date sono valutate 0 (zero). La prova risulta superata con un voto minimo di 18, mentre se il voto è compreso tra 15 e 17, la prova si considera "superata con riserva". Il voto finale è il risultato di una media ponderata di tutte le prove, in cui il voto di quelle in itinere contribuisce per il 30% al voto finale, mentre quella conclusiva per il 40%. L’esame si intende superato con un voto minimo di 18.

Gli studenti che non superano una delle prove in itinere o non frequentano le lezioni, possono sostenere comunque un esame finale. Quest’ultimo prevede 52 domande a risposta multipla su tutto il programma del corso. Ogni domanda ha una sola risposta corretta (valutata +0.6), mentre quelle non corrette o non date sono valutate 0 (zero).

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

• Le principali classi di macromolecole biologiche e la loro importanza per il metabolismo cellulare
• La struttura e la funzione delle proteine e il loro ruolo negli organismi.
• Le principali proteine coinvolte nel trasporto dell’ossigeno
• Ruolo degli enzimi nella regolazione delle vie metaboliche e descrizione dei principali fattori che influenzano la loro attività.
• Ruolo dell'ATP nel metabolismo e come viene prodotto nei diversi compartimenti cellulari
• I principali passaggi della glicolisi e il loro significato metabolico.
• La regolazione della gluconeogenesi e le condizioni di attivazione di questa via
• Le principali tappe del ciclo di Krebs e come contribuisce alla produzione di energia
• Definizione del metabolismo lipidico e come i lipidi vengono utilizzati come fonte di energia.
• Il ruolo del trasporto elettronico e della fosforilazione ossidativa nella produzione di energia