00061 - BIOCHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

L'obiettivo del corso e' quello di fornire la conoscenza della biochimica generale e della biologia molecolare ai fini della comprensione della struttura e della funzione delle molecole di interesse biologico, dei meccanismi delle attivita' metaboliche e della loro regolazione, dei meccanismi molecolari dei fenomeni biologici e patologici in rapporto all'azione e all'impiego terapeutico dei farmaci.

Contenuti

La logica molecolare della vita: Caratteri fondamentali delle biomolecole – Legami deboli presenti nelle macromolecole: ponti salini, legami idrogeno, forze di van der Waals, interazioni idrofobiche – Effetto dell'acqua sui legami deboli.

Struttura e funzione delle proteine: I 20 amminoacidi presenti nelle proteine e loro classificazione basata sulla catena laterale – Proprietà acido-base e pI degli amminoacidi – Oligopeptidi di interesse biologico: ormoni, antibiotici, encefaline, glutatione – I 4 livelli di organizzazione strutturale delle proteine – Caratteristiche del legame peptidico – Angoli phi e psi – L' alfa-elica – La struttura beta –Il ripiegamento beta– Le proteine fibrose: cheratine, fibroina, collagene – La conformazione delle proteine globulari – I domini delle proteine – Ripiegamento delle proteine: importanza dell'effetto idrofobico – Chaperonine – Denaturazione e rinaturazione.

Le proteine trasportatrici di ossigeno: Struttura dell'eme e coordinazione del Fe2+ – Struttura della mioglobina e dell'emoglobina – Curve di saturazione della mioglobina ed emoglobina – Cooperatività del legame con 02 – Forme T e R – Modificazioni conformazionali dell'emoglobina: effetto del pH, CO2 e BPG sull'affinità per l'O2 – Emoglobine patologiche: HbS, anemia mediterranea – controllo del pH del sangue: sistema acido carbonico/bicarbonato.

Gli enzimi: Classificazione – Oloenzimi ed apoenzimi – Energia di attivazione della reazione non catalizzata e catalizzata – Fattori che contribuiscono all'efficienza catalitica: adattamento indotto, effetto di prossimità, catalisi acido–base, catalisi covalente – Cinetica enzimatica: equazioni di Michaelis e Menten e Lineweaver e Burk – Significato di Km, Vmax, Kcat – Effetto del pH e della temperatura sull'attività degli enzimi – Inibizione irreversibile – Inibizione reversibile: competitiva, non competitiva – Farmaci come inibitori enzimatici – Regolazione dell'attività enzimatica: enzimi allosterici e cooperatività, modulatori positivi e negativi, modificazioni covalenti reversibili (fosforilazione e defosforilazione) e irreversibili (zimogeni pancreatici).

Cofattori degli enzimi: ioni metallici e coenzimi – Struttura e funzione dei coenzimi derivati dalle vitamine idrosolubili e dai coenzimi nucleotidici: NAD e NADP, FMN e FAD, tiammina pirofosfato, biotina, piridossalfosfato, tetraidrofolato, Coenzima A, lipoato, B12, ATP, UTP, GTP, CTP.

I carboidrati: Struttura di monosaccaridi e derivati di interesse biologico – Disaccaridi: maltosio, lattosio, saccarosio, cellobiosio – Omopolisaccaridi: glicogeno, amido, cellulosa –Eteropolisaccaridi: funzioni generali - oligosaccaridi determinanti i gruppi sanguigni.

I lipidi: Classificazione – Acidi grassi saturi ed insaturi –Acido arachidonico ed eicosanoidi – Triacilgliceroli – Cere – Glicerofosfolipidi – Plasmalogeni – Sfingolipidi – Steroidi – Il colesterolo e i suoi derivati di interesse biologico – Le vitamine liposolubili A, D, E, K – La vitamina K ed il processo della coagulazione.

Composizione, struttura e funzione delle membrane biologiche: I liposomi come modelli di membrana – Modello a mosaico fluido – Asimmetria dei fosfolipidi e delle proteine – Effetto del colesterolo - proteine intrinseche ed estrinseche, glicoproteine, glicolipidi - Le funzioni delle membrane – Stress ossidativo - Specie reattive dell'ossigeno – Enzimi antiossidanti ed antiossidanti a basso peso molecolare – Perossidazione lipidica e vitamina E.

Trasporto attraverso membrana: Diffusione semplice, pori e canali, trasporto passivo (GLUT) ed attivo primario e secondario – cinetica ed energetica del trasporto.

Trasduzione del segnale: I quattro tipi di sistemi – Ligandi lipofili e regolazione della trascrizione – Recettori a serpentina – Proteine G – Via dell'AMPc – Via del fosfatidilinositolo – Vitamina A e processo della visione – Recettore tirosina cinasico dell'insulina e dei fattori di crescita.

La bioenergetica e il metabolismo: Disegno generale del catabolismo e anabolismo – La variazione di energia libera e le reazioni accoppiate – Ruolo centrale dell'ATP – Altri composti ad alto potenziale di trasferimento del fosfato – I tioesteri – Reazioni redox – Relazione tra Delta E e Delta G– Regolazione del flusso nelle vie metaboliche: tappe controllate dal substrato e tappe controllate dall'enzima.

Fosforilazione ossidativa:  Compartimentazione mitocondriale – I complessi della catena respiratoria – I trasportatori di elettroni della catena respiratoria: Coenzima Q, i citocromi a, b, c, le flavoproteine e le proteine ferro-zolfo – Flusso elettronico e traslocazione protonica – Inibitori della respirazione – Struttura dell'ATP sintasi – Ipotesi chemiosmotica - Forza motrice protonica e sintesi di ATP – Tessuto adiposo bruno e termogenesi.

Il catabolismo dei glucidi: Trasporto dei monosaccaridi negli enterociti – La glicolisi: reazioni, bilancio energetico e regolazione allosterica e covalente – La glicogenolisi: glicogeno epatico e muscolare – Reazioni e controllo allosterico e covalente della glicogenolisi – I monosaccaridi che alimentano la glicolisi – Intolleranza al galattosio e galattosemia.

L'anabolismo dei glucidi: Gluconeogenesi: significato e reazioni caratteristiche – Substrati gluconeogenetici – Regolazione allosterica e covalente – Ciclo di Cori e ciclo glucosio/alanina – La sintesi del lattosio – Glicogenosintesi: reazioni – Regolazione allosterica e covalente integrata della glicogenosintesi e della glicogenolisi: – Effetto dell'insulina, glucagone, glucocorticoidi e adrenalina sul metabolismo glucidico.

Via del pentosio monofosfato: Reazioni e significato della via metabolica – Interrelazioni tra la via dei pentosi e la glicolisi – Carenza di glucosio 6–fosfato deidrogenasi e anemia emolitica.

Ciclo degli acidi tricarbossilici: La piruvato deidrogenasi: enzimi, coenzimi e regolazione – Reazioni del ciclo – Regolazione e bilancio energetico del ciclo – Via anfibolica e destino degli intermedi – Reazioni anaplerotiche – Navette del glicerofosfato e del malato – aspartato.

Il catabolismo lipidico: Funzione energetica dei lipidi – Lipolisi e lipasi ormone-sensibile – Attivazione degli acidi grassi e trasporto nel mitocondrio – ossidazione degli acidi grassi a numero pari di atomi di carbonio – ossidazione degli acidi grassi insaturi – Ossidazione degli acidi grassi dispari e ruolo del coenzima B12 – Resa energetica della ossidazione – Regolazione dell'ossidazione degli acidi grassi – I corpi chetonici: sintesi e loro destino come substrati energetici – Chetosi acida.

Il catabolismo degli amminoacidi: Ruolo del piridossalfosfato nel metabolismo amminoacidico – Le reazioni di transamminazione – Glutammato deidrogenasi – Sintesi di glutammina – Amminoacidi essenziali, glicogenici e chetogenici – Il ciclo dell'urea: localizzazione, reazioni e regolazione – Reazioni di decarbossilazione degli amminoacidi (cenni).

L'anabolismo lipidico: Biosintesi del palmitato: reazioni, regolazione e bilancio energetico – Reazione di allungamento degli acidi grassi – Formazione degli acidi grassi insaturi – Acidi grassi essenziali ed eicosanoidi – Biosintesi dei triacilgliceroli e dei fosfolipidi – Prime tappe della biosintesi del colesterolo e regolazione – Effetto dell'insulina, glucagone e adrenalina sul metabolismo lipidico.

Modulo: Struttura e metabolismo degli acidi nucleici

Docente: Dott.ssa Diana Fiorentini

Basi azotate: struttura – tautomeria cheto-enolica – polarità

Nucleosidi e nucleotidi

Struttura primaria DNA ed RNA: legame fosfodiestereo – direzionalità delle catene polinucleotidiche – polarità

Idrolisi non enzimatica ed enzimatica di RNA e DNA

Struttura secondaria DNA: doppia elica – appaiamento di basi – denaturazione – superavvolgimenti – danni al DNA - struttura della cromatina: istoni – nucleosomi – polinucleosomi – solenoide – cromosomi

Struttura secondaria RNA: basi modificate – formazione di forcine, loop e rigonfiamenti – strutture mature di RNAm, RNAt, RNAr

Dogma centrale

Replicazione DNA nei procarioti: caratteristiche di DNA polimerasi III di E. coli – chimica della reazione di polimerizzazione – OriC e formazione del complesso d'inizio – replicazione del filamento veloce e del filamento lento – frammenti di Okazaki – ruolo della DNA polimerasi I e della ligasi – attività di “proof reading” della DNA polimerasi III e I - Cenni alla riparazione del DNA

Trascrizione RNA nei procarioti: definizione di gene - caratteristiche RNA polimerasi di E. coli – chimica della reazione di polimerizzazione – concetto di promotore – subunità sigma - inizio della trascrizione – allungamento – termine

Regolazione della trascrizione nei procarioti: geni costitutivi e non costitutivi – promotori forti e deboli – riconoscimento dei promotori da parte di subunità sigma alternative - operon ed RNA policistronici – regolazione del lac operon del lattosio - complesso CRP-AMPc

Cenni alla trascrizione negli eucarioti e sua regolazione: fattori di trascrizione generici e specifici – sequenze enhancer ed ormoni steroidei

Trascrittasi inversa ed estensione del dogma centrale – caratteristiche della trascrittasi inversa –meccanismo d'azione del farmaco AZT

Maturazione degli RNA nei procarioti: modificazioni delle estremità e delle basi azotate - cenni alla maturazione degli RNA negli eucarioti - ribosomi procariotici ed eucariotici

Amminoacil-tRNA sintetasi: reazione di amminoacilazione - riconoscimento del corretto amminoacido – riconoscimento del corretto tRNA

Codice genetico: definizione – quadri di lettura – codoni di inizio e di stop – codice degenerato ed universale - tRNA come interprete del codice – accoppiamento codone-anticodone - posizione vacillante - tRNA isoaccettori – tRNA per la metionina

Sintesi proteica: sequenza di Shine-Dalgarno – formazione del complesso d'inizio – fase di allungamento – formazione del legame peptidico – ribozimi – traslocazione del ribosoma – fase di termine – modificazioni post-traduzionali delle proteine – ripiegamento delle proteine nella loro forma nativa

Clonaggio del DNA: endonucleasi di restrizione – cenni alla separazione dei frammenti di DNA - vettori di clonaggio – formazione del DNA ricombinante - applicazioni

Testi/Bibliografia

Nelson, Cox, I Principi di Biochimica di Lehninger, Zanichelli.

Campbell, Farrell, Biochimica, EdiSES

McKee, McKee, Biochimica, McGraw-Hill

Metodi didattici

Il corso prevede un modulo di "Struttura e metabolismo degli acidi nucleici". Lezioni frontali mediante l'ausilio di lucidi e computer.

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consta di una prova scritta strutturata a quiz a risposta multipla riguardante il modulo " Struttura e metabolismo degli acidi nucleici" che si effettua il giorno precedente la prova orale e il cui superamento e' necessario per accedervi. La prova scritta viene mantenuta valida per 6 mesi.

La stessa prova scritta viene anche  proposta "in itinere" alla conclusione delle lezioni del modulo stesso.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna luminosa, videoproiettore, PC.

Il materiale relativo al corso è reperibile nel sito:

http://www.kpsglobuli.tk/

per accedere a tale sito occorre inviare una mail a :

kpsglobuli@yahoo.it

Il materiale relativo al modulo "Struttura e metabolismo degli acidi nucleici" e' reperibile al seguente indirizzo: http://campus.cib.unibo.it

Link ad altre eventuali informazioni

http://campus.cib.unibo.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Laura Landi

Consulta il sito web di Diana Fiorentini