67174 - BIOCHIMICA GENERALE, APPLICATA E DELLA NUTRIZIONE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente ha acquisito le conoscenze di base della biochimica generale e della biologia molecolare. In particolare, lo studente è in grado di comprendere la struttura e la funzione delle principali molecole di interesse biologico. L'insegnamento fornisce inoltre le conoscenze di base delle tecniche utilizzate nell'indagine biochimica e in particolare le metodiche per separare ed isolare le principali molecole biologiche, per rivelarne le qualità funzionali e misurarne la concentrazione. Il corso prevede un laboratorio di 24 ore che impartisce gli aspetti pratici della parte teorica trattata durante le lezioni. Lo studente conosce infine gli elementi di base sul ruolo biochimico e nutrizionale dei macronutrienti, dei micronutrienti e dei componenti nutraceutici contenuti negli alimenti di comune utilizzo nella nutrizione umana, ed è in grado di comprendere il razionale d'uso dei principali integratori alimentari.

Contenuti

Il corso è formulato in 5 moduli didattici:

Biochimica generale - Modulo 1A (3CFU) Dott. Marco Malaguti

Amminoacidi, peptidi e proteine: Struttura e proprietà degli amminoacidi. Struttura dei peptidi e delle proteine: i quattro livelli di organizzazione strutturale. Legame peptidico e struttura primaria. Struttura tridimensionale: struttura secondaria (alfa-elica, struttura beta). Struttura terziaria e quaternaria. Denaturazione e ripiegamento della proteine. Proteine di particolare interesse fisiologico: Emoglobina e mioglobina. Struttura dell'eme. Struttura della mioglobina e dell'emoglobina. Curve di saturazione e cooperatività. Emoglobine anomale e patologiche.

Enzimi: Classificazione degli enzimi. La catalisi enzimatica. Energia di attivazione. Struttura e proprietà generali degli enzimi. Meccanismi generali di catalisi. Cofattori e coenzimi.

Cinetica enzimatica. Significato dei parametri cinetici (Km, Vmax). L'equazione di Michaelis-Menten. Effetto di pH e temperatura sull'attività enzimatica. Inibizione irreversibile. Inibizione dell'attività enzimatica: 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.

I carboidrati: Struttura dei principali monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

I lipidi e le membrane biologiche: Classificazione dei lipidi. Gli acidi grassi, i triacilgliceroli, i glicerofosfolipidi, gli sfingolipidi e gli steroidi. Composizione ed architettura delle membrane biologiche. Proteine di membrana integrali e periferiche. Asimmetria dei fosfolipidi e delle proteine. Modello a mosaico fluido. Movimenti di molecole attraverso le membrane: sistemi di diffusione semplice, trasporto passivo mediato, trasporto attivo primario e secondario; canali ionici selettivi.

Dogma centrale della Biologia Molecolare. Nucleotidi, nucleosidi e basi. Appaiamento delle basi e struttura della doppia elica di DNA.

Replicazione semiconservativa del DNA ed enzimi della sintesi del DNA. Meccanismo della replicazione nei batteri.

RNA ribosomale, messaggero e transfer. Struttura dell'RNA. Meccanismo della trascrizione nei procarioti. Subunità della RNA polimerasi procariotiche: ruolo del fattore sigma.

Cenni generali della regolazione dell'espressione genica. Il codice genetico: codoni e anticodoni.  mRNA: struttura e modificazioni post-trascrizionali.

Struttura e funzioni del tRNA. Le aminoacil-tRNA sintetasi. Struttura del ribosoma. Traduzione dell' mRNA: meccanismo della sintesi proteica.

Biochimica generale - Modulo 1B (3CFU) Dott. Francesco Vieceli Della Sega

Bioenergetica e metabolismo:catabolismo e anabolismo. Variazione di energia libera e reazioni accoppiate. Trasferimenti di gruppi fosforici e ATP. Le reazioni biologiche di ossidoriduzione. Regolazione del flusso nelle vie metaboliche.

Metabolismo glucidico . La glicolisi. I destini metabolici del piruvato. La regolazione della glicolisi. La via del pentoso fosfato. Metabolismo del glicogeno e gluconeogenesi: Demolizione e sintesi del glicogeno e loro controllo. Gluconeogenesi: reazioni e regolazione.

Ciclo degli acidi tricarbossilici, la sua regolazione e le sue interazioni con gli altri metabolismi (ruolo anaplerotico).

Trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa : I trasportatori di elettroni nella catena respiratoria mitocondriale. La fosforilazione ossidativa e la sintesi dell'ATP. Regolazione della fosforilazione ossidativa Disaccoppiamento e inibizione.

Metabolismo lipidico .  Beta-ossidazione degli acidi grassi.  Formazione e utilizzazione dei corpi chetonici. Ossidazione degli acidi grassi insaturi. Biosintesi degli acidi grassi: reazioni e regolazione. Allungamento degli acidi grassi e formazione di acidi grassi insaturi. Biosintesi di triacilgliceroli e fosfolipidi. 

Degradazione degli amminoacidi e ciclo dell'urea .  Le reazioni di transamminazione e deamminazione ossidativa. Degradazione delle proteine.

Trasduzione del segnale . Via dell'AMPc. Via del fosfatidilinositolo. Recettori con attività tirosina chinasica.

Biochimica generale Modulo 2 (2CFU) Prof. Paolo Neyroz

Il corso prevede un laboratorio di 24 ore che impartisce gli aspetti pratici della parte teorica trattata durante le lezioni.

Biochimica Applicata Modulo 3 (3CFU) Prof. Silvana Hrelia

Campi di applicazione delle tecniche biochimiche e principali metodologie dell'analisi biochimica. Biochimica applicata alla medicina ed alla clinica. Analisi "in vitro" ed "in vivo". Animali da esperimento, organi isolati e perfusi, colture cellulari primarie e linee cellulari.

Metodi spettrofotometrici. Richiami sulla natura delle radiazioni elettromagnetiche. Spettrofotometria UV-VIS (principi, strumentazione ed applicazioni). Spettri di assorbimento. Legge di Lambert-Beer e sue applicazioni quantitative, il concetto di retta di taratura. Dosaggio spettrofotometrico della concentrazione proteica. Applicazione della spettrofotometria nei dosaggi enzimatici in biochimica clinica: significato dell'attività degli enzimi presenti nei materiali biologici (siero, plasma e urine).

Metodi spettrofluorimetrici. Principi, strumentazione ed applicazioni. Fluorofori intrinseci o naturali e fluorofori estrinseci. Sonde idrofobiche di membrana.

Metodi radioisotopici. Principi, strumentazione ed applicazioni. Richiami sui tipi di decadimento radioattivo. Energia e velocità del decadimento radioattivo. Rivelazione e misura della radioattività. Efficienza di conteggio e quenching. Autoradiografia. Applicazioni dei radioisotopi in biochimica: studio di vie metaboliche, studio di sistemi di trasporto e assorbimento, studi di legame. Applicazione dei radioisotopi nell'analisi clinica.

Tecniche elettroforetiche. Principi, strumentazione ed applicazioni. Elettroforesi su carta e su acetato di cellulosa. SDS-PAGE. Proteine plasmatiche: natura, funzione, separazione elettroforetica, significato della determinazione quantitativa e importanza diagnostica. Lipoproteine plasmatiche: separazione elettroforetica, significato della determinazione quantitativa e importanza diagnostica.

Tecniche immunochimiche. Struttura degli anticorpi, reazione antigene-anticorpo. Produzione di antisieri, anticorpi monoclonali. Metodi di analisi: reazione di immunoprecipitazione in fase libera ed in gel, immunodiffusione; metodi radioimmunologici: RIA ed IRMA; dosaggi immunoenzimatici: EMIT, ELISA e PEIA. Diagnosi di laboratorio della gravidanza: dosaggio della gonadotropina corionica umana.

Tecniche di biologia molecolare. Tecnologia del DNA ricombinante: principi generali.Reazione a Catena della Polimerasi (PCR): principi e applicazioni diagnostiche, forensiche e paleobiologiche. Sequenze VNTR: test di paternità. Identificazione di specifiche sequenze di DNA ed RNA: ibridizzazione di Southern (Southern blotting) e applicazioni nella diagnosi di malattie genetiche. Northern blotting e applicazioni nello studio dell'espressione genica. Western blotting nello studio delle proteine: applicazioni biochimiche e diagnostiche. Valutazione dell'espressione genica: la tecnica del DNA microarray. Cenni sulla proteomica.

Biochimica della Nutrizione Modulo 4 (3CFU) Dott.Emanuela Leoncini

Alimentazione e nutrizione: uso e significato operativo dei termini. Sicurezza alimentare e sicurezza nutrizionale.

Standard nutrizionali e linee-guida alimentari: l'uomo di riferimento, il BMI e suo utilizzo per la diagnosi del difetto e dell'eccesso ponderale nell'adulto. I LARN, intervalli di sicurezza ed adeguatezza di assunzione degli alimenti, la piramide-guida alimentare, la nuova piramide alimentare. Categorie dei nutrienti, macronutrienti e micronutrienti. Dai nutrienti agli alimenti: definizione di alimento, le 7 classi degli alimenti.

Carboidrati: definizione biochimica e nutrizionale, fonti nutrizionali, valore energetico. Intolleranza al lattosio. Ruolo dei carboidrati disponibili nella dieta, fabbisogno minimo e raccomandato. Indice glicemico di un alimento e suo significato biochimico. La fibra alimentare: solubile e insolubile.

Lipidi: generalità, classificazione e composizione chimica. Fonti nutrizionali e valore energetico. Acidi grassi di interesse nutrizionale: saturi, monoinsaturi e poliinsaturi, acidi grassi trans. Fabbisogno lipidico. Essenzialità degli acidi grassi. Acidi grassi poliinsaturi: famiglie n-6 e n-3. Colesterolo alimentare e colesterolo endogeno. Lipoproteine plasmatiche.

Proteine: generalità, significato nutrizionale e valore energetico. Gli aminoacidi: classificazione funzionale, nutrizionale e metabolica. Body protein turnover. Il valore nutrizionale delle proteine: concetto di aminoacido limitante. Classificazione degli alimenti in termini di sorgente proteica. Integrazione o complementazione delle proteine alimentari. Assunzione proteica giornaliera raccomandata in funzione dell'età.

Acqua: acqua esogena ed acqua endogena. Fabbisogno idrico nell'adulto e nel bambino. Perdite idriche dell'organismo. Contenuto idrico totale dell'organismo. Alterazioni dell'equilibrio idrico. Acqua come alimento.

Bevande alcoliche e alimenti nervini: bevande alcoliche. Assorbimento, distribuzione e metabolismo dell'etanolo. Effetto dell'etanolo sullo stato nutrizionale, sul SNC, sull'apparato cardiovascolare, sulla temperatura corporea. Quantità di alcool ammessa nella dieta. Alimenti nervini: caffè, tè, cacao. Effetti della caffeina.

Le Vitamine: significato nutrizionale e rapporti con il metabolismo. Vitamine liposolubili: A, D, E, K, loro azione biochimica e carenza, fabbisogni raccomandati, fonti alimentari e tossicità. Vitamine idrosolubili: gruppo B, vitamine antianemiche, acido ascorbico, loro azione biochimica e carenza, fabbisogni raccomandati, fonti alimentari.

Sali minerali: minerali macro: sodio, potassio e cloruro; calcio, fosforo e magnesio. Oligoelementi o elementi traccia: ferro, rame, zinco, iodio, fluoro, cromo e selenio. Fonti alimentari e biodisponibilità, fabbisogni raccomandati e carenze, tossicità.

Alimenti funzionali e componenti nutraceutici: Lo stress ossidativo: specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto (cenni). Antiossidanti naturali: intracellulari ed extracellulari. Definizioni. Considerazioni sulla loro efficacia. Polifenoli. Alimenti funzionali "tradizionali".

Gli integratori alimentari: definizione e normativa. Prodotti finalizzati ad una integrazione energetica e vitaminica. Prodotti destinati a reintegrare le perdite idro-saline causate dalla sudorazione conseguente all'attività muscolare svolta. Prodotti finalizzati all'integrazione di proteine. Prodotti finalizzati all'integrazione di aminoacidi e derivati.

 

Testi/Bibliografia

Biochimica Generale

D.L.Nelson e M.M. Cox - I principi di Biochimica di Lehninger - 5a edizione, Zanichelli 2010

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

R. H. Garrett , C. M. Grisham – Principi di Biochimica – Piccin Editore 2004

J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stayer  –  Biochimica - 7a edizione, Zanichelli 2012

Biochimica Applicata

K. WILSON, J. WALKER, Biochimica e BiologiaMolecolare. Principi e Tecniche. Sesta edizione-Raffaello Cortina Editore, 2006 Milano.

 Appunti delle lezioni sotto forma di set di diapositive in formato Power Point

Biochimica della Nutrizione

A. MARIANI COSTANTINI, C. CANNELLA, G. TOMASSI, Fondamenti di Nutrizione Umana, Il Pensiero Scientifico Editore, Roma.

I. COZZANI e  E. DAINESE. Biochimica degli Alimenti e della Nutrizione. Piccin, Padova, 2006.

Tutti i testi sono disponibili presso la Biblioteca di Via Angherà-Rimini

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni (2 CFU) svolte nel laboratorio biologico di Via Bastioni Settentrionali, 45 Rimini.

L'obiettivo delle esercitazioni è  far acquisire allo studente dimestichezza con la strumentazione del laboratorio biologico/biochimico e sviluppare nello studente la capacità di analizzare i principali metaboliti di interesse clinico descritti durante le lezioni frontali

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame di fine corso mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici:

- Conoscere la struttura e funzione delle  principaali macromolecole biologiche e le basi dell'enzimologia, conoscere le basi della bioenergetica cellulare, le principali vie metaboliche, i meccanismi sottesi alla loro regolazione e la trasduzione del segnale, conoscere i concetti fondamentali della biologia molecolare.

- Conoscere le principali tecniche utilizzate nell'indagine biologica e biochimica, conoscere ed applicare i principali protocolli di analisi utilizzati nei laboratori di biochimica

- Conoscere i macro e micronutrienti degli alimenti e il loro ruolo metabolico, conoscere il ruolo degli alimenti funzionali e dei composti nutraceutici bioattivi nella prevenzione delle malattie croniche/degenerative, c onoscere il razionale d'uso degli integratori alimentari nei soggetti sedentari e nell'attività fisica.

L'esame finale consiste in un colloquio orale su tutti i moduli didattici, che  possono essere scissi in momenti di verifica separati fra loro (Biochimica generale, Biochimica applicata, Biochimica della Nutrizione). Il voto del singolo modulo è definito da un esame orale con due domande tese a valutare le conoscenze acquisite. Possono essere svolte al termine del corso prove initinere scritte che, se superate (voto >18), concorreranno all'acquisizione delle conoscenze e rappresenteranno il voto del singolo modulo. Il voto finale del corso sarà calcolato dlla media pesata dei voti ottenuti nei singoli moduli.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC, lavagna luminosa, laboratorio biologico

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvana Hrelia

Consulta il sito web di Marco Malaguti

Consulta il sito web di Francesco Vieceli Dalla Sega

Consulta il sito web di Paolo Neyroz

Consulta il sito web di Emanuela Leoncini