1000755 - BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE
Modulo 1000756 - BIOCHIMICA

Conoscenza e capacità di comprensione (Knowledge and understanding)

Al termine del corso lo studente dovrà:

- conoscere la struttura, le proprietà e le funzioni delle principali biomolecole (proteine, enzimi, carboidrati, lipidi, acidi nucleici);

- comprendere i principi termodinamici e cinetici che stanno alla base delle reazioni biochimiche;

- conoscere i meccanismi di regolazione del metabolismo cellulare, con particolare riferimento alla regolazione degli enzimi rate-limiting dei cicli metabolici;

- comprendere l’organizzazione e l’integrazione dei principali pathway metabolici.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (Applying knowledge and understanding)

Al termine del corso lo studente dovrà:

- applicare concetti biochimici per interpretare fenomeni biologici e fisiologici;

- collegare processi biochimici con patologie e condizioni cliniche di interesse biomedico.

Autonomia di giudizio (Making judgements)

Al termine del corso lo studente dovrà:

- confrontare ipotesi relative a fenomeni biochimici complessi;

- formulare interpretazioni autonome riguardo ai meccanismi molecolari alla base di processi cellulari fisiologici o patologici.

Abilità comunicative (Communication skills)

Al termine del corso lo studente dovrà:

- comunicare in modo chiaro e rigoroso i concetti biochimici esposti;

- utilizzre un linguaggio specifico appropriato.

Capacità di apprendimento (Learning skills)

Al termine del corso lo studente dovrà:

- possedere le basi teoriche necessarie per l’apprendimento autonomo di contenuti avanzati di biochimica;

- essere in grado di aggiornarsi attraverso la consultazione di articoli scientifici e risorse digitali;

- integrare conoscenze provenienti da discipline affini (chimica, fisiologia, patologia, farmacologia);

- sviluppare capacità di studio critico e continuo, anche in vista di futuri percorsi specialistici o professionali.

Lezioni fontali, in presenza o sulla piattaforma MS Teams, con il supporto di slides e di strumenti audiovisivi.  Al termine di ogni lezione è dato ampio spazio al commento degli argomenti trattati.

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.

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. E' possibile rivolgersi anche al referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) di competenza.

Il corso prevede i requisiti minimi di base per poter seguire con profitto le lezioni e affrontare l’esame finale. Lo studente che frequenta il corso di Biochimica dovrà conoscere i concetti fondamentali di Chimica Generale e Inorganica, Chimica Organica e Propedeutica biochimica ed avere una buona base di conoscenze di fisica e biologia della cellula.

AMINOACIDI E PROTEINE

Struttura, proprietà generali e classificazione degli amminoacidi. Legame peptidico. Definizione di struttura primaria, secondaria, terziaria, quaternaria. Angoli phi, psi, chi, omega. Grafico di Ramachandran. Struttura secondaria: alfa-elica; beta-strand, foglietti beta paralleli, antiparalleli, misti. Ripiegamenti inversi (reverse turn). Strutture supersecondarie. Definizione di dominio proteico. I legami che stabilizzano la struttura terziaria delle proteine. Proteine fibrose e proteine globulari. Classificazione strutturale delle proteine. Proteine fibrose: cheratine, collageno, elastina. Il collageno: struttura primaria, struttura secondaria (tripla elica allungata); sintesi e modificazioni post-traduzionali (idrossilazione delle proline e della lisina; ruolo dell’acido ascorbico; glicosilazioni; trasformazione del pro-collageno in collageno; ossidazione delle lisine e formazione di legami crociati).  Folding e denaturazione delle proteine. Misfolding proteico e patologie umane.

Porfirine e gruppo eme. Struttura della mioglobina, dell’emoglobina e delle catene globiniche. classificazione delle catene globiniche. Curva di saturazione con ossigeno dell'emoglobina e della mioglobina. L’emoglobina come proteina allosterica. Struttura dell’ossiemoglobina e della deossiemoglobina. Effetto Bohr; 2,3 BPG. Emoglobina e trasporto ematico della CO2. Emoglobina e regolazione dell’equilibrio acido-base. Emoglobina fetale. Basi molecolari delle emoglobinopatie e talassemie.

Principi fondamentali delle tecniche per il dosaggio e la purificazione delle proteine (precipitazione, cromatografia, elettroforesi, ultracentrifugazione, dosaggi immunologici). Cristallografia a raggi X, NMR.

BIOENERGETICA MITOCONDRIALE

Richiami di termodinamica chimica; variazione di energia libera standard; chimica dell'ATP e composti ad alta energia; Ruolo dell'ATP nella bioenergetica. Relazione tra variazione di energia libera standard e differenza di potenziale standard di ossidoriduzione.

Coenzimi piridin-nucleotidici: NAD e NADP; struttura e funzione come trasportatori di idrogeno; coenzimi mobili; acido nicotinico e nicotinamide (vitamina PP).

Catena mitocondriale di trasporto degli elettroni: membrana mitocondriale interna ed esterna; potenziali standard di ossidoriduzione dei componenti della catena di trasporto degli elettroni. Organizzazione della catena di trasporto degli elettroni in complessi lipoproteici della membrana interna (complesso I - II - III - IV) e componenti mobili (ubichinone e citocromo C). Coenzimi flavinici (Struttura e funzione come trasportatori di idrogeno; FMN e FAD, riboflavina o vitamina B2); Ferrozolfoproteine; Struttura e funzione dei citocromi; Struttura e funzioni dei complessi mitocondriali. Inibitori del trasporto degli elettroni.

Fosforilazione ossidativa: ATP sintasi mitocondriale (complesso V): struttura e funzione dei fattori F1 e Fo; rapporto P/O; ipotesi dell'accoppiamento chemiosmotico; gradiente elettrochimico di H+; controllo respiratorio; disaccoppianti. Termogenina e tessuto adiposo bruno.

VITAMINE E COENZIMI

Tiamina, riboflavina, piridossina, nicotinamide, acido pantotenico, coenzima A, biotina, acido folico, retinolo, calciferolo, acido ascorbico, funzioni della vitamina B12

METABOLISMO GLUCIDICO E CICLO DI KREBS

Glucidi di importanza biologica: glicogeno, amido, disaccaridi, monosaccaridi.

Glicolisi aerobica ed anaerobica: reazioni chimiche, enzimi e significato funzionale. Origine dell'acido lattico e lattico deidrogenasi (LDH). Fermentazione alcolica. Bilancio energetico della glicolisi.  Decarbossilazione ossidativa dell'acido piruvico. Il ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs: reazioni e bilancio energetico. Localizzazione mitocondriale degli enzimi.

Glicogeno sintesi e glicogenolisi. Regolazione del metabolismo del glicogeno epatico e muscolare. Gluconeogenesi. Meccanismo d'azione dell'adrenalina, del glucagone e dell’insulina. Metabolismo del fruttosio, del lattosio e del galattosio. Via dei pentosi: ruolo del NADPH nel metabolismo. Favismo. Altre reazioni per la riduzione del NADP (enzima malico e transidrogenasi).

METABOLISMO LIPIDICO

Digestione di lipidi; lipasi pancreatica; sali biliari; micelle ed assorbimento intestinale dei lipidi; composizione del succo pancreatico; composizione della bile; colecistochinina-pancreozimina; secretina; steatorrea (da insufficienza pancreatica e insufficienza biliare). Biosintesi dei trigliceridi a livello intestinale (via dei monogliceridi); chilomicroni; biosintesi trigliceridi (fegato e tessuto adiposo); metodi di separazione delle lipoproteine (separazione elettroforetica su gel di agarosio; separazione per ultracentrifugazione a densità crescenti); classificazione e composizione chimica delle lipoproteine (chilomicromi, VLDL, LDL, HDL); ruolo delle lipoproteine nel trasporto dei grassi di origine esogena ed endogena; lipasi lipoproteica; trasporto ematico di acidi grassi non esterificati (NEFA) sotto forma di complessi con l'albumina; endocitosi delle LDL mediata da recettori; regolazione della sintesi del colesterolo e dei recettori delle LDL da parte del colesterolo intracellulare.

Beta-ossidazione degli acidi grassi (ruolo della carnitina, reazioni chimiche, resa energetica, ossidazione degli acidi grassi con numero dispari di atomi di carbonio e ruolo della vit B12, ossidazione degli acidi grassi insaturi, beta-ossidazione perossisomale, alfa-ossidazione). Lipolisi, lipasi adipolitica e sua regolazione.

Biosintesi dei corpi chetonici; utilizzazione dei corpi chetonici; chetoacidosi diabetica.

Biosintesi acidi grassi: trasporto di acetil-CoA dal mitocondrio al citoplasma (ruolo del citrato e della carnitina), acetil-carbossilasi e biotina, sintasi degli acidi grassi e proteina trasportatrice di acili, regolazione della sintesi degli acidi grassi, reazioni di allungamento della catena (sistema microsomiale e mitocondriale); meccanismo della desaturazione degli acidi grassi; acidi grassi essenziali; derivati dell'acido arachidonico (eicosanoidi): prostaglandine, prostaciclina, trombossani, leucotrieni. Patogenesi molecolare delle iperlipidemie.

METABOLISMO DEGLI AMINOACIDI

Digestione delle proteine: meccanismo della secrezione di HCl nello stomaco; proteasi gastriche (pepsina); proteasi pancreatiche (tripsina, chimotripsina, elastasi, carbossipeptidasi); peptidasi intestinali (aminopeptidasi, tripeptidasi, dipeptidasi); assorbimento intestinale degli aminoacidi

Aminoacidi essenziali e non essenziali. Bilancio azotato, richiesta minima proteica giornaliera, valore biologico delle proteine.

Catabolismo degli aminoacidi: desaminazione ossidativa e transaminazione degli aminoacidi; glutamina sintetasi, glutaminasi e funzioni della glutamina; alanina e ciclo "muscolo-fegato"; eliminazione dell'azoto nelle varie specie animali; ciclo dell'urea; correlazione tra ciclo dell'urea e ciclo degli acidi tricarbossilici; aminoacidi glucogenetici e chetogenetici.

Biosintesi dell'eme (vedi metabolismo emoglobina); ruolo nella biogenesi della creatina, del glutatione e nella biosintesi nucleotidi purinici.

Metabolismo della fenilanina e della tirosina: catabolismo fino a fumarato ed acetoacetato; cenni su biosintesi della melanina; biosintesi catecolamine (dopamina, noradrenalina ed adrenalina). Degradazione catecolamine. Fenilchetonuria, alcaptonuria, albinismo.

Decarbossilazione degli aminoacidi: ornitina e biosintesi delle poliamine; biosintesi catecolamine; serotonina; istamina, GABA.

Metabolismo dell’arginina e sintesi di NO.

Metabolismo degli aminoacidi a catena ramificata (valina, isoleucina, leucina).

Biosintesi, trasporto e degradazione delle proteine.

INTEGRAZIONE E CONTROLLO ORMONALE DEL METABOLISMO GLICIDICO, LIPIDICO E PROTIDICO DURANTE IL CICLO DIGIUNO-ALIMENTAZIONE

METABOLISMO DELL’EMOGLOBINA

Biosintesi e catabolismo dell’eme. Metabolismo del ferro. Bilirubina diretta e indiretta. Iperbilirubinemie.

VIE DI TRASDUZIONE DEI SEGNALI

Recettori a sette tratti transmembrana, proteine G, enzimi effettori (adenilato ciclasi, fosfolipasi C), secondi messaggeri (cAMP, IP3, DAG, Ca⁺⁺). Ciclo dei fosfoinositidi. PKA e PKC. GMP ciclico e NO. Recettori ad attività tirosinchinasica. Cascate chinasiche. Vie di trasduzione attraverso PI3K/PKB. Via delle MAP chinasi. Via JAK-STAT.

BIOCHIMICA ORMONALE

Biosintesi e degradazione, rilascio, effetti metabolici e fisiologici, recettori, vie di trasduzione del segnale dei seguenti ormoni: Glucagone, insulina, adrenalina e noradrenalina, ormoni ipofisari ed ipotalamici, ormoni tiroidei, ormoni steroidei (glucocorticoidi, mineralcorticoidi, ormoni sessuali), paratormone, calcitonina e vit. D. Sistema renina-angiotensina. Regolazione ormonale dell’equilibrio idro-salino.

BIOCHIMICA DEL SANGUE

Plasma e siero. Proteine plasmatiche. Coagulazione del sangue.

BIOCHIMICA DEL FEGATO

Ruolo metabolico. Processi di detossificazione. Reazioni di fase 1: il citocromo P450 e gli enzimi CYP. Reazioni di fase 2. Metabolismo epatico dell’etanolo.

1. Nelson Cox. I principi di Biochimica di Lehninger. Zanichelli 
2. Siliprandi-Tettamanti. Biochimica Medica. Piccin.
3. Devlin. Biochimica con aspetti clinici. EdiSES

L’apprendimento è verificato attraverso l’esame finale, svolto contestualmente all’esame di Biochimica Clinica e Biologia Molecolare Clinica e Biologia Molecolare. 

1. Conoscenza e capacità di comprensione (Knowledge and understanding) 

Lo studente deve dimostrare una solida conoscenza dei concetti fondamentali della biochimica, incluse la struttura e la funzione delle principali classi di biomolecole (proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici), il metabolismo (glicolisi, ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa, etc.) e i principi della regolazione genica.

Nel corso dell’esame orale allo studente saranno volte domande volte a valutare la memorizzazione e la comprensione teorica degli argomenti del corso enunciati nella sezione “Risultati attesi”. 

2. Conoscenza e capacità di comprensione applicate (Applying knowledge and understanding) 

Lo studente deve essere in grado di applicare le conoscenze biochimiche scrivendo le formule di struttura dele molecole, i nomi degli enzimi e i principi di regolazione degli stessi, interpretando le vie metaboliche in contesti specifici (es. digiuno, esercizio fisico, iperglicemia).

3. Autonomia di giudizio (Making judgements)

Lo studente deve essere in grado di formulare giudizi autonomi sulle vie metaboliche correlate ad eventi fisiopatologici. Nel corso dell’esame sarà dato spazio a domande che richiedano un'analisi e una riflessione personale su dismetabolismi semplici e complessi. 

4. Abilità comunicative (Communication skills)

Lo studente dovrà essere in grado di presentare oralmente un argomento specifico durante il l'esame, con chiarezza nell'esposizione e capacità di argomentare, comunicando efficacemente informazioni, idee, problemi in ambito biochimico utilizzando un linguaggio tecnico appropriato.

5. Capacità di apprendere (Learning skills)

Lo studente deve aver sviluppato la capacità di approfondire argomenti non trattati in dettaglio durante il corso e consultare autonomamente risorse bibliografiche, necessari per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia, dimostrando iniziativa nella ricerca di informazioni e nell'aggiornamento costante.

La valutazione complessiva dell'esame terrà conto del raggiungimento di tutti questi aspetti, non solo della mera conoscenza mnemonica.

La durata del colloquio è di 45 minuti, compatibilmente con il grado di preparazione dello studente. E’ condizione necessaria la conoscenza delle formule di struttura delle molecole sulle quali verte il colloquio.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio al fine di programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. In tal caso, si consiglia rivolgersi al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di afferenza del Corso di Laurea.

- Regolazione della glicolisi nel fegato

- Sintesi e utilizzazione dei corpi chetonici

- Significato clinico delle transaminasi nel siero