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Oggetto:
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Biochimica

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Biochemistry

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Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
VET0006
Docente
Prof. Paolo Cascio (Responsabile)
Anno
1° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
BIO/10 - biochimica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligo frequenza 80% delle ore esercitative
Tipologia esame
Quiz
Tipologia unità didattica
corso
Prerequisiti
Esame propedeutico: C.I. Propedeutica Biochimica e Fisica.
Si devono conoscere gli argomenti svolti nel precedente corso di Propedeutica biochimica e Fisica. In particolare si devono aver acquisite le competenze chimiche di base necessarie per avere familiarità con la terminologia chimica, la formazione dei legami, gli equilibri in soluzione, le nozioni basilari riguardanti la chimica dei composti del carbonio, con particolare riferimento alla struttura, nomenclatura e reattività dei principali gruppi funzionali, nonché le caratteristiche strutturali delle più importanti molecole organiche di interesse biologico, allo scopo di poter correttamente interpretare i processi biologici e i fenomeni naturali. Inoltre si dovrà essere in possesso delle conoscenze dei principi fisici di base necessari alla comprensione dei processi fisiologici caratteristici degli organismi viventi, e di sviluppare la capacità di comprendere e utilizzare in pratica le espressioni formali delle relazioni quantitative tra le grandezze fisiche. Si deve aver superato l'esame del corso VET0003
Propaedeutic exam: C.I. Propaedeutic biochemistry and physics.
Must have acquired the arguments developed in the previous course of Biochemical Propaedeutics and Physics. In particular, must have acquired the basic chemical skills necessary to be familiar with chemical terminology, bond formation, solution equilibria, the basic notions concerning the chemistry of carbon compounds, with particular reference to structure, nomenclature and reactivity of the main functional groups, as well as the structural characteristics of the most important organic molecules of biological interest, in order to correctly interpret biological processes and natural phenomena. In addition, must possess the knowledge of the basic physical principles necessary for understanding the physiological processes characteristic of living organisms, and to develop the ability to understand and use in practice the formal expressions of quantitative relationships between physical quantities. Must have passed the VET0003 course exam.
Propedeutico a
Propedeutico a SVE0011 e SVE0012
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso si propone di presentare i dati biochimici nel loro contesto funzionale, partendo dal livello molecolare sino alla complessità di organizzazione da cui risulta il funzionamento di tessuti, organi e apparati. Si dovranno apprendere i concetti biochimici e molecolari dell'organizzazione strutturale e funzionale delle cellule e dei processi metabolici cellulari, con particolare riferimento al metabolismo energetico e alla struttura e funzioni degli acidi nucleici e ai loro meccanismi regolatori. Al termine dell'insegnamento si sarà in grado di comprendere le nozioni generali sui principi e sulle metodiche dell'analisi biochimica e sulla interpretazione dei dati  sperimentali.

The course aims to present the biochemical data in their functional context, starting from the molecular level up to the complexity of organization which shows the operation of tissue, organs and systems. Will learn the biochemical and molecular structural and functional organization of the cells and cellular metabolic processes concepts, with particular reference to energy metabolism and structure and function of nucleic acids and their regulatory mechanisms. At the end of the course will be able to understand the general notions on the principles and methods of biochemical analysis and on the interpretation of experimental data.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Durante la prova d'esame si dovrà dimostrare di aver acquisito i concetti essenziali relativi ai vari cicli metabolici trattati a lezione. Si dovrà, inoltre, saper mettere in relazione i vari argomenti dimostrando capacità di ragionamento, avendo ben chiara la valenza interdisciplinare della materia. Inoltre si dovrà dimostrare di aver compreso i principi e le nozioni fondamentali relativi alla struttura e al funzionamento degli acidi nucleici e delle proteine ed essere in grado di valutarne le conseguenze sulla regolazione di alcuni importanti processi cellulari.

During the test exam, must demonstrate that they have acquired the basic concepts relating to the various metabolic pathways covered in class. They will also know how to relate the various arguments demonstrating reasoning skills, having a very clear interdisciplinary value of matter. In addition, must show they understand the principles and fundamental concepts relating to the structure and functioning of nucleic acids and proteins and be able to assess their repercussions on the regulation of important cellular processes.

Oggetto:

Programma

MD Biochimica generale

. Introduzione alla biochimica: organismi autotrofi ed eterotrofi, metabolismo, anabolismo, catabolismo, lavoro, energia, joule, energia interna, sistemi chiusi e aperti, variazione di energia interna, lavoro, calore, entalpia, primo e secondo principio della termodinamica, entropia, energia libera di Gibbs, variazione di energia libera e direzione delle reazioni, reazioni termodinamicamente favorevoli, entropia, entalpia e variazione dell'energia libera, reazioni accoppiate, concentrazione reagenti-prodotti e variazione di energia libera, reazioni all'equilibrio, k di equilibrio, energia di attivazione, velocità delle reazioni, azione degli enzimi, concetti generali di catalisi enzimatica: definizione enzimi, nomenclatura e proprietà generali.

. Catalisi enzimatica: intermedi di reazione, complessi ES e EP, energia di attivazione per gli stati di transizione. Meccanismi di abbassamento dell'energia di attivazione ad opera degli enzimi. Teoria chiave-serratura, dell'adattamento indotto e complementarietà massima enzima-intermedio di reazione. Fattori che influenzano la velocità di reazione: T°, pH, concentrazione enzima e substrato. Nomenclatura enzimi, sistema EC, 6 principali classi di enzimi. Enzimi nel sangue come marcatori diagnostici, isoenzimi, Lattato DH e suoi utilizzi diagnostici.

. Cinetica enzimatica: velocità di reazione, velocità iniziale, stato stazionario, reazione di primo ordine, Vmax, saturazione dell'enzima, equazione di Michaelis-Menten, significato e determinazione di Vmax e Km. Grafico di Lineweaver-Burk o dei doppi reciproci, Kcat, rapporto Kcat/Km, regolazione dell'attività enzimatica: controllo a livello del substrato, regolazione a feedback, modificazione covalente della molecola enzimatica (fosforilazione-defosforilazione), azione su sito secondario dell'enzima (allosterismo), induzione o repressione genica della biosintesi della proteina enzimatica. Regolazione omoallosterica, eteroallosterica, curva sigmoide enzimi allosterici, cooperatività, effettori eteroallosterici positivi e negativi. Inibizione attività enzimatica: inibizione irreversibile, inibizione reversibile, inibitori competitivi (inibizione pura e mista), effetto delle diverse classi di inibitori su Vmax e Km. Inibitori enzimatici come farmaci: aspirina, inibitori ACE, penicillina, statine.

. Introduzione al metabolismo, catabolismo, anabolismo, organismi fototrofi, chemiolitotrofi, eterotrofi, aerobi, anaerobi facoltativi, anaerobi obbligati, ossidazioni biologiche, modalità per il trasferimento di elettroni da una specie chimica ad un'altra, elettronegatività, liberazione di energia libera durante le reazioni redox, stati di ossidazione del carbonio, stadi catabolismo, motivi termodinamici della grande variazione di energia libera associata all'idrolisi dell'ATP, ruolo diretto dell'ATP nella formazione degli intermedi di reazione, metastabilità ATP, emivita dell'ATP e suo consumo orario.

. Metabolismo dei carboidrati: digestione dei polisaccaridi e assorbimento intestinale dei monosaccaridi, funzionamento dei principali trasportatori del glucosio, motivi che spiegano il ruolo centrale del glucosio nel metabolismo di piante, animali e molti microorganismi, glicemia. Struttura, funzioni, meccanismo d'azione dell'insulina, del glucagone e dei rispettivi recettori. Fosforilazione del glucosio, proprietà enzimatiche, funzioni metaboliche e meccanismi di regolazione delle esochinasi I, II, III e IV. Metabolismo glicidico: glicolisi anaerobia (significato biologico, reazioni, enzimi coinvolti, regolazione enzimatica ed ormonale, vie d'accesso alternative, glicolisi nei globuli rossi e azione del 2,3-bisfosfoglicerato sull'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, glicolisi e cancro, patologie causate da alterazioni del catabolismo del galattosio), fermentazione alcoolica e lattica, ciclo di Cori.

. Metabolismo (sintesi e digestione) del lattoso. Gluconeogenesi (significato biologico, reazioni, enzimi coinvolti, regolazione enzimatica ed ormonale). Decarbossilazione ossidativa del piruvato (significato biologico, struttura e funzionamento molecolare della PDH). Ciclo di Krebs: significato biologico, reazioni, enzimi coinvolti, regolazione enzimatica ed ormonale, reazioni anaplerotiche (di ricarica) e formazione di intermedi per vie anaboliche.

. Fosforilazione ossidativa: significato biologico, reazioni, enzimi coinvolti, regolazione enzimatica ed ormonale. Teoria chemiosmotica di Mitchel, complessi I, II, III, IV e V (struttura chimica e funzionamento molecolare), respirasomi, modalità di trasferimento degli equivalenti riducenti nella catena di trasporto degli elettroni, coenzima Q, citocromo C, sintesi dell'ATP (costo energetico e meccanismo di catalisi rotazionale dell'ATP sintasi).

. Glicogenolisi e glicogenosintesi (significato biologico, reazioni, enzimi coinvolti, regolazione enzimatica ed ormonale), glicogenosi. Metabolismo lipidico: lipidi alimentari (digestione e assorbimento intestinale), particelle lipoproteiche (Chilomicroni, VLDL, LDL, HDL), captazione tissutale delle lipoproteine, rimozione del colesterolo in eccesso ad opera delle HDL.

. Metabolismo dei triacilgliceroli e dei fosfolipidi: sintesi e catabolismo. Metabolismo degli acidi grassi: β ossidazione (significato biologico, reazioni, enzimi coinvolti, regolazione enzimatica ed ormonale), ossidazione acidi grassi monoinsaturi e a numero dispari di atomi di carbonio. Sintesi acidi grassi: struttura, meccanismo d'azione, regolazione enzimatica e ormonale dell'acido grasso sintasi. Sintesi degli acidi grassi con più di 16 atomi di carbonio e degli acidi grassi monoinsaturi.

. Corpi chetonici: chetogenesi e chetolisi, chetosi. Catabolismo generale degli aminoacidi: significato metabolico, reazioni, enzimi coinvolti, regolazioni enzimatiche e ormonali. Deaminazione anossidativa per transaminazione, aminoacidi essenziali e non essenziali.

. Deaminazione ossidativa, catabolismo dell'ammoniaca, ciclo dell'urea (cenni). Ciclo glucosio-alanina.

MD Biochimica applicata

. Struttura, proprietà chimico-fisiche e funzioni degli acidi nucleici. Accrescimento 5'-3'degli acidi nucleici. Organizzazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti. Proprietà, funzioni e principali modificazioni chimiche degli istoni.

. Modalità d'azione e struttura dei complessi enzimatici coinvolti nella duplicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti. Funzioni, meccanismo d'azione e ruolo biologico dei telomeri e della telomerasi.

. Definizione del gene. Codice genetico: triplette, degenerazione del codice genetico, vacillamento della terza base, codoni di Stop. Principali meccanismi molecolari di mutazione e riparazione del DNA in procarioti ed eucarioti. Conseguenze delle mutazioni del DNA a livello di struttura e funzione delle proteine e descrizione di alcune malattie genetiche conseguenti: anemia falciforme e retinoblastoma ereditario.

. Modalità d'azione e struttura dei complessi enzimatici coinvolti nei processi di trascrizione e traduzione nei procarioti e negli eucarioti.

. Meccanismi di controllo trascrizionale e traduzionale nei procarioti e negli eucarioti: promotori, operoni del lattosio e del triptofano, regolazione della sintesi delle proteine ribosomiali e della ferritina. Struttura e funzioni dei fattori di trascrizione e degli enhancers.

. Degradazione delle proteine: modalità d'azione e struttura dei complessi enzimatici coinvolti nella via dell'ubiquitina-proteosoma. Struttura e funzioni dei proteasomi 20S e 26S. Ruolo della via ubiquitina-proteasoma nella patogenesi di varie malattie. Oncogeni, proto-oncogeni, anti-oncogeni, onco-proteine, oncosoppressori. Funzioni di P53 e di NFkB e meccanismi di regolazione del loro livello.

. Processi di maturazione dell'mRNA, del tRNA e dell'rRNA nei procarioti e negli eucarioti. Splicing alternativo e auto-splicing. Ribozimi, teoria del mondo a RNA. Maturazione ed assemblaggio ribosomi. Sintesi proteica in eucarioti e procarioti.

. Metilazione del DNA ed ereditarietà epigenetica.

. Polymerase Chain Reaction (PCR): principi di funzionamento e utlizzi pratici.

. Interferenza dell'RNA (RNAi): significato biologico, sintesi, meccanismo d'azione dei microRNA (miRNA) e dei piccoli RNA interferenti (siRNA), struttura e azione del complesso di silenziamento indotto da RNA (RISC).

. Enzimi di restrizione, tecnologia del DNA ricombinante per clonare geni di interesse e produrre proteine ricombinanti.

MD General Biochemistry

. Introduction to Biochemistry: autotrophic and heterotrophic organisms, metabolism, anabolism, catabolism, labor, energy, joules, internal energy, closed and open systems, change in internal energy, work, heat, enthalpy, first and second law of thermodynamics, entropy, Gibbs free energy, free energy change and the direction of the reactions, thermodynamically favorable reactions, entropy, enthalpy and free energy change, coupled reactions, concentration of reactants and products-free energy change, equilibrium reactions, k of balance, energy activation, speed of reaction, enzyme action, general concepts of enzyme catalysis: enzyme definition, classification and general properties.

. Enzymatic catalysis: reaction intermediates, ES and EP complexes, activation energy for transition states. Mechanisms of lowering the energy of activation by the enzyme. Theory chioave-lock, adaptation and maximum enzyme-induced reaction intermediate complementarity. Factors affecting the rate of reaction: T °, ​​pH, enzyme concentration and substrate. Enzyme nomenclature, EC system, six major classes of enzymes. Enzymes in the blood as diagnostic markers, isoenzymes, Lactate DH and its diagnostic use.

. Enzyme kinetics: reaction, initial speed speed, steady-state, first-order reaction, Vmax, enzyme saturation, the Michaelis-Menten equation, meaning and determination of Vmax and Km. Chart Lineweaver-Burk or double-reciprocal, Kcat , Kcat / Km ratio, enzyme activity control: a level control of the substrate, a feedback regulation, covalent modification of the enzyme molecule (phosphorylation-dephosphorylation), action of the enzyme subsite (allosterismo), induction or repression of gene biosynthesis of enzyme protein. Adjusting omoallosterica, eteroallosterica, sigmoid curve allosteric enzymes, cooperativity, positive and negative effectors eteroallosterici. Inhibition of enzyme activity: irreversible inhibition, reversible inhibition, competitive inhibitors (pure and mixed inhibition), effect of different classes of inhibitors of Vmax and Km. Enzyme inhibitors as drugs: aspirin, ACE inhibitors, penicillin, statins.

. Introduction to metabolism, catabolism, anabolism, phototrophic organisms, chemiolytotrophy, heterotrophic, aerobic, facultative anaerobes, obligate anaerobes, biological oxidation, ways for the transfer of electrons from one chemical species to another, electronegativity, release of free energy during reactions ORP, oxidation states of carbon, stadiums catabolism, thermodynamic reasons of great change in free energy associated with hydrolysis of ATP, ATP direct role in the formation of reaction intermediates, metastability ATP, ATP and its half-life time consumption.

. Glucose metabolism: anaerobic glycolysis, gluconeogenesis, glycogenolysis and glycogen synthesis, metabolism of lactose.

. Lipid metabolism: catabolism of fatty acids, ketogenesis and chetolisi, fatty acid synthesis, synthesis and catabolism of triglycerides and phospholipids.

. General amino acid catabolism: transamination, desaminazione oxidative fate of ammonia, notes on the urea cycle. Role of hormones in the regulation of these metabolisms.

MD Applied Biochemistry

. Structure, physical-chemical properties and functions of nucleic acids. Growth 5'-3'degli nucleic acids. Organization of DNA in prokaryotes and eukaryotes. Properties and functions and main chemical modifications of histones.. Mode and enzyme complexes involved in DNA replication in prokaryotes and eukaryotes. Functions, mechanism of action and biological role of telomeres and telomerase.

.Gene definition. Genetic code: triplets, degeneracy of the genetic code, staggering third base, stop codons. Main molecular mechanisms of mutation and DNA repair in prokaryotes and eukaryotes. Consequences of mutations in the DNA in the structure and function of proteins and subsequent description of some genetic diseases: sickle cell anemia and hereditary retinoblastoma. Mode and enzyme complexes involved in transcription and translation processes in prokaryotes and eukaryotes.

. Mechanisms of transcriptional and translational control in prokaryotes and eukaryotes. Structure and functions of transcription factors and enhancers. RNA interference: biological significance, involved enzymes, mute mode of miRNA and siRNA. DNA methylation, epigenetic inheritance, epigenetic reprogramming and genomic imprinting.

. Protein degradation: methods and enzyme complexes involved in via the ubiquitin-proteasome. Structure and functions of the 20S and 26S proteasomes. Role of the ubiquitin-proteasome pathway in the pathogenesis of various diseases. Oncogenes, proto-oncogenes, anti-oncogenes, tumor proteins, tumor suppressors. P53 functions and NFkB and mechanisms of regulation of their level. Processes of maturation of mRNA, tRNA and rRNA in prokaryotes and eukaryotes.

. Alternative splicing and self-splicing. Ribozymes, RNA World theory. Principles of operation and use with regards to research and PCR diagnostics. Separation of DNA fragments by electrophoresis on agarose gels.

. Maturation and ribosome assembly.

. Protein synthesis in eukaryotes and prokaryotes.

. Polymerase Chain Reaction (PCR): operating principles and practical uses.

. Restriction enzymes, recombinant DNA technology to clone genes of interest and produce recombinant proteins.

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Modalità di insegnamento

Il Corso di Biochimica è articolato in 67 ore di didattica frontale, 10 ore di esercitazioni collettive in aula e 3 ore di attività esercitativa svolta nei laboratori didattici a piccoli gruppi (Allestimento di una curva di taratura e determinazione quantitativa di proteine in un campione mediante tecniche spettrofotometriche).
The course of Biochemistry is divided into 67 hours of lectures, 10 hours of group exercises in the classroom and 3 hours of esercitativa activity in educational workshops in small groups (Preparation of a calibration curve and quantitative determination of protein in a sample using techniques spectrophotometric).

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame del corso integrato prevede una prova scritta consistente in un quiz con 30 domande a risposta multipla (6 risposte alternative, una sola delle quali corretta) per domanda.
The exam of the integrated course includes a written test consisting of a quiz with 30 multiple choice questions (6 alternative answers, only one of which is correct) per question.

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Attività di supporto

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Le basi della Biochimica
Anno pubblicazione:  
2006
Editore:  
Zanichelli
Autore:  
Denise R. Ferrier
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Introduzione alla biochimica di Lehninger
Anno pubblicazione:  
1985
Editore:  
Zanichelli
Autore:  
David L. Nelson e Michael M. Cox
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Materiale didattico presentato durante il corso necessariamente integrato con uno dei seguenti libri di testo:

Visto il costo piuttosto elevato dei testi di Biochimica, non si ritiene opportuno indicare un testo specifico di riferimento. Qualunque testo universitario di Biochimica (magari già in possesso o comunque reperibile) può, pertanto, essere adatto allo scopo. Quella che segue è una lista (non esaustiva) di testi utlizzabili.

- Siliprandi, Tettamanti: Biochimica Medica. Piccin

- Champe, Harvey, Ferrier: Le basi della Biochimica. Zanichelli

- Horton, Moran, Scrimgeour, Perry, Rawn: Principi di Biochimica - IV ed. Pearson Prentice Hall.

- Lange Harper: Biochimica - 26/Ed. Mc Graw Hill.

- Berg, Tymoczko, Stryer: Biochimica- VI ed. Zanichelli

- Nelson, Cox: Introduzione alla biochimica di Lehninger. Zanichelli

- Watson J.D.: DNA ricombinante. Zanichelli.

- Lodish H.: Biologia molecolare della cellula. Zanichelli.

- Allison L.A.: Fondamenti di biologia molecolare. Zanichelli.

- Lewin B.: Il gene. Zanichelli.

-  Mathews C.K.: Biochimica. Pearson Prentice Hall.

Teaching material during the course necessarily integrated with one of the following textbooks:

Given the rather high cost of the Biochemistry texts, it is not considered appropriate to indicate a specific reference text. Any university text of Biochemistry (perhaps already in possession or however available) can, therefore, be suitable for the purpose. The following is a (non-exhaustive) list of texts that can be used .

- Siliprandi, Tettamanti: Biochimica Medica. Piccin

- Champe, Harvey, Ferrier: Le basi della Biochimica. Zanichelli

- Horton, Moran, Scrimgeour, Perry, Rawn: Principi di Biochimica - IV ed. Pearson Prentice Hall.

- Lange Harper: Biochimica - 26/Ed. Mc Graw Hill.

- Berg, Tymoczko, Stryer: Biochimica- VI ed. Zanichelli

- Nelson, Cox: Introduzione alla biochimica di Lehninger. Zanichelli

- Watson J.D.: DNA ricombinante. Zanichelli.

-  Lodish H.: Biologia molecolare della cellula. Zanichelli.

-  Allison L.A.: Fondamenti di biologia molecolare. Zanichelli.

-  Lewin B.: Il gene. Zanichelli.

-  Mathews C.K.: Biochimica. Pearson Prentice Hall.

 

 


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Note

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Moduli didattici

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  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 13/09/2021 13:01
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