00061 - BIOCHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo scopo del Corso è fornire una conoscenza di base sulla struttura e funzioni delle principali molecole biologiche. Verranno poi discusse le principali vie metaboliche sottolineandone le correlazioni e i meccanismi di regolazione. Saranno inoltre affrontati i principii generali secondo i quali il DNA si replica e l'informazione dirige la sintesi dell'RNA e delle proteine.

Contenuti

La logica molecolare della vita: Caratteri fondamentali delle biomolecole. Legami deboli nelle macromolecole. Richiami di termodinamica.

Amminoacidi e proteine: Struttura e proprietà degli amminoacidi. I quattro livelli di organizzazione strutturale delle proteine. Legame peptidico e struttura primaria. Struttura secondaria: alfa-elica, struttura beta, ripiegamento beta. Proteine fibrose e proteine globulari. I dominii delle proteine. Struttura terziaria e quaternaria. Ripiegamento delle proteine: denaturazione e rinaturazione.

Funzione delle proteine: mioglobina ed emoglobina: Struttura dell'eme. Struttura della mioglobina e dell'emoglobina. Curve di saturazione e cooperatività. Emoglobine anomale.

Catalisi enzimatica: Energia di attivazione. Enzimi: struttura e proprietà generali. Meccanismi di catalisi. Cofattori e coenzimi.

Cinetica enzimatica, inibizione e regolazione: analisi dei dati cinetici e significato dei parametri cinetici (Km, Vmax, kcat). Effetto di pH e temperatura sull'attività enzimatica. Inibizione irreversibile. Inibizione reversibile competitiva e non competitiva. Farmaci come inibitori. Regolazione dell'attività enzimatica: enzimi allosterici e cooperatività, modulatori positivi e negativi; modificazioni covalenti reversibili e irreversibili.

Carboidrati: monosaccaridi - legame semiacetalico - anomeri - strutture di ribosio, desossiribosio, glucosio, fruttosio, galattosio. Disaccaridi: legame glicosidico - strutture di maltosio, lattosio, cellobiosio, saccarosio e specifici enzimi idrolitici. Omopolisaccaridi: struttura e funzioni di amido, glicogeno e cellulosa. Struttura della chitina. Eteropolisaccaridi: derivati degli esosi - gli eteropolisaccaridi della matrice extracellulare - acido ialuronico, eparina – gangliosidi e gruppi sanguigni - fattore Rh.

 

Nucleosidi e nucleotidi: legame N-glicosidico e formazione di nucleosidi - nomenclatura. Legame estereo e formazione di nucleotidi - nomenclatura. Legame anidridico e formazione di nucleosidi di- e trifosfati. Struttura dell'ATP. Idrolisi di legami esterei e di legami anidridici. Funzioni dei nucleotidi. Concetto di molecola segnale, di trasduzione del segnale e di secondo messaggero. Struttura dei nucleotidi ciclici AMPc e GMPc e loro reazioni di formazione e degradazione.

I lipidi e le membrane biologiche: Classificazione. Acidi grassi, triacilgliceroli, glicerofosfolipidi, sfingolipidi, steroidi. Micelle e doppi strati lipidici. Struttura e fluidità delle membrane. Proteine di membrana integrali e periferiche. Asimmetria dei fosfolipidi e delle proteine. Modello a mosaico fluido.

Funzioni delle membrane: il trasporto: Cinetica e termodinamica del trasporto. Diffusione semplice, trasporto mediato passivo, trasporto attivo primario e secondario. Canali. Ionofori.

Introduzione al metabolismo: Disegno generale di catabolismo e anabolismo. Considerazioni termodinamiche: variazione di energia libera e reazioni accoppiate. ATP e composti ad alto potenziale di trasferimento del fosfato. I tioesteri. Reazioni redox. Regolazione del flusso nelle vie metaboliche.

Il catabolismo del glucosio: Le reazioni della glicolisi. Destino anaerobico del piruvato: le fermentazioni. Controllo della glicolisi. Metabolismo di zuccheri diversi dal glucosio. La via del pentosio fosfato.

Metabolismo del glicogeno e gluconeogenesi: Demolizione e sintesi del glicogeno: controllo del metabolismo del glicogeno. Gluconeogenesi: reazioni e regolazione.

Ciclo degli acidi tricarbossilici: Il complesso della piruvato deidrogenasi. Reazioni del ciclo. Regolazione e bilancio energetico. Reazioni che utilizzano o forniscono intermedi del ciclo.

Trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa: i mitocondri. Trasportatori di elettroni nella catena respiratoria. La fosforilazione ossidativa: teoria chemiosmotica. Disaccoppiamento e inibizione. Tessuto adiposo bruno e termogenesi.

Il catabolismo lipidico: Digestione, assorbimento e trasporto dei lipidi. Ossidazione degli acidi grassi. Corpi chetonici.

Il catabolismo degli amminoacidi: degradazione delle proteine. Ruolo del piridossal-fosfato nel metabolismo amminoacidico. Le reazioni di transamminazione e deamminazione ossidativa. Il ciclo dell'urea: localizzazione, reazioni e regolazione.

Biosintesi degli acidi grassi: Biosintesi del palmitato: reazioni e regolazione. Allungamento degli acidi grassi e formazione di acidi grassi insaturi. Biosintesi di triacilgliceroli e fosfolipidi. Prime tappe della biosintesi del colesterolo. Regolazione del metabolismo lipidico.

Colesterolo: molteplici ruoli - biosintesi del colesterolo fino alla formazione di mevalonato – regolazione allosterica ed ormonale dell'HMG-CoA reduttasi – cenni alle statine. Trasporto del colesterolo e lipoproteine.

Controllo del metabolismo e trasduzione del segnale: Trasduzione del segnale. Proteine G. Via dell'AMPc . Via del fosfatidilinositolo. Recettori con attività tirosina chinasica. Metabolismo energetico e controllo ormonale: adrenalina, glucagone e insulina.

Vitamine: struttura e funzione delle vitamine A, D, E, C. Vitamina K e coagulazione del sangue : emostasi - ruolo delle piastrine - vie estrinseca ed intrinseca - cascata della coagulazione - zimogeni - serina proteasi - gamma-carbossilazione dei residui di glutammato - struttura e ruolo della vitamina K - inibitori della riduzione della vit. K: anticoagulanti. Trasformazione del fibrinogeno in fibrina - Cenni ai difetti genetici dell'emostasi.

 

Modulo: Struttura e metabolismo degli acidi nucleici

Docente: Dott.ssa Diana Fiorentini

Struttura generale degli acidi nucleici: catene polinucleotidiche e legame 5'-3' fosfodiestereo - idrolisi spontanea ed enzimatica degli acidi nucleici – generalità sulle endonucleasi di restrizione.

Struttura del DNA: basi azotate ed appaiamenti – stabilità della doppia elica – denaturazione. Superavvolgimenti del DNA nei procarioti e negli eucarioti – topoisomerasi. Struttura della cromatina: proteine istoniche – polinucleosomi - acetilazione/deacetilazione degli istoni.

Replicazione del DNA in E.Coli: generalità - reazione di polimerizzazione - DNA polimerasi III – OriC - filamento leader e filamento lento, frammenti di Okazaki - DNA polimerasi I - attività di proof-reading della DNA polimerasi III e I. Cenni alla duplicazione del DNA ed al DNA mitocondriale degli eucarioti.

Danni al DNA degli eucarioti: deamminazione della citosina, danni da radiazioni, danni ossidativi da ROS/RNS. Correlazione tra danni da ROS/RNS, mutazioni e cancro.

Struttura RNA: filamento unico - basi modificate - bolle, forcine, ripiegamenti - forme mature di mRNA, tRNA ed rRNA eucariotici. Cenni ad altri tipi di RNA.

Trascrizione in E. Coli: reazione di polimerizzazione - differenza tra replicazione e trascrizione - RNA polimerasi e subunità sigma - struttura dei promotori e sequenze consenso -geni costitutivi e non costitutivi - RNA polimerasi – fedeltà di trascrizione – bolla di trascrizione - termine.

Regolazione della trascrizione nei procarioti: subunità sigma alternative – sequenze enhancer o silencer - operoni – regolazione del lac operon. Trascrizione/traduzione: procarioti ed eucarioti a confronto.

Cenni alla regolazione della trascrizione negli eucarioti: maturazione dei trascritti primari – meccanismo d'azione di ormoni steroidei come esempio di sequenze enhancer.

Espansione del dogma centrale: trascrittasi inversa e suo meccanismo d'azione - AZT nel trattamento dell'AIDS. Ulteriore espansione del dogma centrale.

Amminoacilazione: amminoacil-tRNA-sintetasi - le due tappe della reazione - riconoscimento del corretto amminoacido e del corrispondente tRNA - proof-reading.

Codice genetico: definizione - codoni - quadri di lettura – associazione codoni/amminoacidi - quadro completo - caratteristiche generali - degenerazione – effetti di possibili mutazioni. RNAt ed appaiamento codone-anticodone - base vacillante. Codone AUG iniziale e per la metionina; tRNA relativi.

Sintesi proteica: struttura dei ribosomi – formazione del complesso di inizio - sequenza di Shine-Dalgarno – allungamento - formazione del legame peptidico - traslocazione del ribosoma - termine. Cenni alle modificazioni post-traduzionali delle proteine.

Clonazione del DNA: endonucleasi di restrizione - frammentazione di DNA - vettori di clonaggio - preparazione del DNA ricombinante – trasfezione in una cellula batterica.

 

Testi/Bibliografia

D.Voet, J.G.Voet e C.W.Pratt - Fondamenti di Biochimica - 2a edizione, Zanichelli 2007

D.L.Nelson e M.M. Cox - I principi di Biochimica di Lehninger - 4a edizione, Zanichelli 2006

M.K.Campbell e S.O.Farrell - Biochimica - 3a Edizione, Edises 2010

J.Berg, J.L.Tymoczko e L.Stryer, Biochimica 6a Edizione, Zanichelli 2008

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame si svolge oralmente ed è preceduto da una prova scritta strutturata a quiz a risposta multipla riguardante gli argomenti del modulo "Struttura e metabolismo degli acidi nucleici”. L'esito della prova scritta potrà essere discusso durante l'orale. Il superamento della prova scritta è indispensabile per sostenere l'orale; la prova scritta è valida per sei mesi.

Strumenti a supporto della didattica

PC e videoproiettore per presentazioni Powerpoint e multimediali; lavagna luminosa.

Le diapositive aggiornate delle lezioni sono disponibili, in formato pdf, al seguente indirizzo: http://campus.cib.unibo.it.

Per il modulo  “STRUTTURA E METABOLISMO DEGLI ACIDI NUCLEICI”, l'accesso è riservato agli studenti che frequentano le lezioni, iscritti ad una lista di distribuzione reperibile presso http://dsa.unibo.it. Per l'iscrizione a tale lista occorre essere in possesso delle credenziali d'Ateneo nome.cognome@studio.unibo.it e della password fornita dal docente a lezione.

I Docenti potranno comunicare con gli studenti utilizzando la sezione Avvisi della Pagina Web Docente del Portale di Facoltà

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gabriele Hakim

Consulta il sito web di Diana Fiorentini