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5681 - BIOCHIMICA E LABORATORIO DI BIOCHIMICA

Anno Accademico 2017/2018

Docente
ENRICO SANJUST (Tit.)
PAOLO ZUCCA
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/56]  BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI [60/56-00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE12120
Obiettivi

Il corso di BIOCHIMICA per la classe di Biotecnologie è finalizzato all’acquisizione di informazioni e concetti fondamentali di biochimica strutturale e metabolica. Pertanto il Corso fornisce le conoscenze biochimiche basilari per un laureato di primo livello in Biotecnologie, e inoltre risulta propedeutico ai corsi d’insegnamento successivi, che presuppongono la conoscenza di tali fondamenti. Il Modulo di Laboratorio consolida le abilità manuali già acquisite nei corsi precedenti e ne aggiunge di nuove, in specie la capacità di manipolare soluzioni di proteine ed enzimi, e di effettuare su di essi le più comuni determinazioni analitiche.
Conoscenza e capacità di comprensione:
Capire la logica molecolare della vita e il chimismo abiotico primordiale.
Conoscere le strutture e le proprietà fondamentali dei composti biologici più comuni: protidi, glucidi, lipidi. Essere in grado di rappresentare graficamente le relative strutture molecolari.
Comprendere le caratteristiche strutturali e funzionali di tali sostanze e la loro localizzazione cellulare e tissutale.
Conoscere e comprendere i rapporti struttura-funzione di proteine e la loro modulazione.
Conoscere le modalità di produzione, conservazione, utilizzazione dell’energia metabolica, e comprenderne la termodinamica e l’integrazione.
Conoscere le vie metaboliche fondamentali e gli strumenti molecolari con cui si realizzano: enzimi, coenzimi, cofattori, effettori, inibitori.
Comprendere l’omeostasi metabolica e l’integrazione generale dei metabolismi.
Capacità applicative:
Lo studente sarà in grado:
- di utilizzare le formule di struttura derivandone i meccanismi di reazione dei principali processi biochimici, sia dal punto di vista della catalisi, sia da quello delle sequenze metaboliche;
- di inquadrare le diverse vie metaboliche nei corretti meccanismi fisiologici, al fine di trarre conclusioni sui bilanci di materia e di energia;
- di applicare le conoscenze acquisite come basi di partenza per lo studio delle discipline biologiche successive quali Biologia Molecolare, Genetica, Fisiologia, Microbiologia;
- di applicare le buone pratiche di laboratorio anche a contesti diversi da quelli biochimici, con particolare riguardo alla sicurezza sul lavoro;
- di applicare le conoscenze teorico-pratiche acquisite per analisi standard di matrici biologiche.
Autonomia di giudizio:
Lo studente sarà in grado:
- di discernere tra argomenti fondamentali e complementari, individuando il filo logico sotteso allo studio razionale della Biochimica, ed evitando l’acquisizione meramente mnemonica di definizioni, schemi, equazioni, grafici e formule di struttura;
- di individuare in autonomia vie metaboliche retroinibite, cicli e cicli futili, reazioni anaplerotiche, e spiegarne la logica sottesa;
- di enucleare i concetti basilari, e tra questi specificamente quelli potenzialmente utili nello studio delle materie successive lungo il Corso di Studi;
- di interpretare correttamente i dati analitici di laboratorio ottenuti per trarne conclusioni corrette e coerenti.
Abilità nella comunicazione:
Lo studente sarà in grado di esporre gli argomenti del corso utilizzando linguaggio e lessico tipici della disciplina. Interagirà col docente argomentando i punti salienti del programma di studio, col necessario dettaglio. Grazie al tutorato esperto sarà anche in grado di interagire proficuamente con i colleghi, formando eventualmente gruppi di studio teorico e di lavoro in laboratorio.
Capacità di apprendere:
L’interazione col docente, i test di autovalutazione, e il materiale didattico (diapositive delle lezioni, dispense, e istruzioni pratiche per le esperienze di laboratorio) forniranno allo studente gli strumenti necessari all’apprendimento proficuo, ragionato e non mnemonico, della disciplina.

Prerequisiti

Lo studente deve avere una solida conoscenza di base della Chimica Generale e della Chimica Organica. In particolare:
Orbitali atomici e molecolari;
Molecole e ioni, polarità e polarizzabilità;
Legame chimico: ionico, covalente, dativo, coordinativo, a idrogeno;
Acidi e basi nelle varie definizioni, pH, pKa;
Equilibrio chimico, costanti di equilibrio; legge di azione di massa, principio di Le Chatelier;
Entalpia, entropia, energia libera, energia libera standard;
Ossidanti e riducenti, potenziale elettrochimico;
Velocità delle reazioni chimiche, ordine e molecolarità delle reazioni, costanti di velocità;
Fondamenti di chimica organica, composti alifatici e aromatici, mesomeria, effetti I e M; sostituzioni nucleofile, elettrofile, radicaliche, e loro meccanismi.
Principali gruppi funzionali e loro caratteristiche di reattività.

Contenuti

.Corso diviso in due Moduli (Teoria e Laboratorio). Primo modulo (48 ore) diviso in due unità didattiche: 1) Biochimica strutturale, e 2) Biochimica funzionale.
Biochimica strutturale (ore totali: 22):
- Logica molecolare della vita, biochimica abiotica: 2 ore;
I costituenti chimici degli organismi viventi. La chimica e la biochimica prebiotiche. Logica molecolare della vita. Cicli biogeochimici;
- Aminoacidi e peptidi, proteine fibrose: 8 ore;
Aminoacidi: Definizioni e classificazioni, proprietà chimico-fisiche generali. Gli aminoacidi essenziali. Peptidi. Proteine: definizioni, classificazioni, struttura tridimensionale. Le principali proteine fibrose.
- Proteine globulari: 4 ore;
Proprietà chimico-fisiche generali ed elettriche. Glicoproteine. Immunoglobuline. Denaturazione.
- Glucidi: 4 ore;
Definizioni e classificazioni, proprietà chimico-fisiche generali. Anomeria, mutarotazione, glicosidi. Mono-, oligo-, e poli-saccaridi.
- Lipidi: 4 ore;
Definizioni e classificazioni, proprietà chimico-fisiche generali. Lipidi semplici e complessi. Isoprenoidi.
Biochimica funzionale (ore totali: 26):
- Emoproteine: mioglobina ed emoglobina: 6 ore;
Porfirine, metalloporfirine, eme, emoproteine e loro proprietà chimico-fisiche generali. Mioglobina ed emoglobine, ossigenazione e deossigenazione, cooperatività e suoi modelli logici. Altre proteine respiratorie.
- Enzimi: 2 ore;
Catalisi e biocatalisi, enzimi. Cenni sulla modulazione dell’attività enzimatica.
Basi chimico-fisiche della catalisi enzimatica.
- Vitamine e coenzimi: 4 ore;
Definizioni e classificazioni. Vitamine idrosolubili. Coenzimi, cofattori e loro meccanismi catalitici.
- Metabolismo e metabolismo energetico: 2 ore;
Definizioni e concetti: metabolismo, anabolismo, catabolismo. Metabolismi aerobi e anaerobi. Vie e cicli, produzione, trasporto, conservazione dell’energia metabolica.
- Metabolismo glucidico: 6 ore;
Generalità, glicolisi, fermentazione lattica e alcolica. Cicli del citrato e del gliossilato.
- Metabolismo lipidico: 2 ore;
Generalità, beta-ossidazione, casi particolari, destino dell’acetil-coenzima A, chetogenesi.
- Metabolismo azotato: 2 ore;
Generalità, transdeaminazione, destino dell’ammoniaca, cenni sul ciclo dell’ornitina.
- Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa: 2 ore;
Generalità, costituenti, logica della riduzione dell’ossigeno, conseguenze e finalità; ATP sintasi, agenti disaccoppianti.
Modulo di laboratorio (72 ore):
Frontale (22 ore):
Titolazione degli aminoacidi (2 ore)
Cenni alla biochimica ed enzimologia della degradazione delle lignine. Le laccasi fungine (2 ore);
Purificazione di proteine. Lisi cellulare. Precipitazione frazionata, centrifugazione, dialisi, filtrazione (4 ore);
Principali tecniche cromatografiche. Strato sottile, scambio ionico, esclusione molecolare, affinità, fase inversa/interazione idrofobica, HPLC (6 ore);
Spettrofotometria UV-vis e sue applicazioni in biochimica. Proteine totali e attività enzimatica (4 ore);
Principali tecniche elettroforetiche. N-PAGE, SDS-PAGE, IEF, blotting (4 ore).
Laboratorio (50 ore):
Pipette e micropipette (5 ore);
Tamponi, soluzioni e terreni di coltura per il fungo Pleurotus pulmonarius. Inoculo del fungo e allestimento delle colture liquide (5 ore);
Preparazione e uso di soluzioni di induttori putativi della laccasi e TLC (5 ore)
Saggio fotometrico dell’attività laccasica (5 ore);
Purificazione parziale della laccasi: preparazione e uso del gel di fosfato di calcio (5 ore);
Cromatografia a scambio ionico della laccasi chiarificata (5 ore);
N-PAGE con saggio dell’attività enzimatica sull’elettroferogramma (5 ore);
SDS-PAGE e cromatografia per esclusione molecolare (5 ore);
Immobilizzazione dell’enzima lattasi e produzione del latte ad alta digeribilità (5 ore)
Valutazione del potere antiossidante di prodotti vegetali (5 ore).

Metodi Didattici

Il corso ha una durata di circa 12 settimane con 48 ore di lezioni frontali (4 settimanali) e 72 di laboratorio (5 settimananli).
Le lezioni vengono svolte utilizzando diapositive realizzate con Power Point, che permettono anche di avvalersi di animazioni per la visualizzazione dei meccanismi di reazione, e modelli molecolari.

Verifica dell'apprendimento

Descrizione:
L’esame consiste in un colloquio.
1.1. Obiettivi
L’esame è valutazione corretta e oggettiva del grado di preparazione raggiunto:
a) acquisizione di nozioni correlate, generali e basilari, e dettagliate e specifiche;
b) integrazione logica delle nozioni acquisite, loro comprensione e interpretazione;
c) capacità di sviluppare le conoscenze acquisite per il prosieguo degli studi o per il lavoro e la professione.
1.2. Modalità
L’esame è individuale. Dal generale al particolare, si spazia tra i concetti basilari verso aspetti piú specifici e particolari dell’argomento.
2.3. Giudizio finale
Il voto finale tiene conto di vari fattori:
Qualità delle conoscenze, abilità, competenze possedute e/o manifestate:
a) appropriatezza, correttezza e congruenza delle conoscenze
b) appropriatezza, correttezza e congruenza delle abilità
c) appropriatezza, correttezza e congruenza delle competenze
Modalità espositiva:
a) Capacità espressiva;
b) Utilizzo appropriato del linguaggio specifico della disciplina;
c) Capacità logiche e consequenzialità nel raccordo dei contenuti;
e) Capacità di collegare differenti argomenti trovando i punti comuni e istituire un disegno generale coerente, ossia curando struttura, organizzazione e connessioni logiche del discorso espositivo;
f) Capacità di sintesi anche mediante l’uso del simbolismo proprio della materia e l’espressione grafica di nozioni e concetti, sotto forma per esempio di formule, schemi, equazioni.
Qualità relazionali:
Disponibilità allo scambio e all’interazione con il docente durante il colloquio.
Qualità personali:
a) spirito critico;
b) capacità di autovalutazione.
Di conseguenza, il giudizio può essere:
a) Sufficiente (da 18 a 20/30)
Il candidato dimostra poche nozioni acquisite, livello superficiale, molte lacune. capacità espressive modeste, ma comunque sufficienti a sostenere un dialogo coerente; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di livello elementare; scarsa capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piuttosto stentata; scarsa interazione con il docente durate il colloquio.
b) Discreto (da 21 a 23)
Il candidato dimostra discreta acquisizione di nozioni, ma scarso approfondimento, poche lacune; capacità espressive piú che sufficienti a sostenere un dialogo coerente; accettabile padronanza del linguaggio scientifico; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di moderata complessità; più che sufficiente capacità di sintesi e capacità di espressione grafica accettabile.
c) Buono (da 24 a 26)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni piuttosto ampio, moderato approfondimento, con piccole lacune; soddisfacenti capacità espressive e significativa padronanza del linguaggio scientifico; capacità dialogica e spirito critico ben rilevabili; buona capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piú che accettabile.
d) Ottimo (da 27 a 29)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso, ben approfondito, con lacune marginali; notevoli capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; notevole capacità dialogica, buona competenza e rilevante attitudine alla sintesi logica; elevate capacità di sintesi e di espressione grafica.
e) Eccellente (30)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso e approfondito, eventuali lacune irrilevanti; elevate capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; ottima capacità dialogica, spiccata attitudine a effettuare collegamenti tra argomenti diversi; ottima capacità di sintesi e grande dimestichezza con l’espressione grafica.
La lode si attribuisce a candidati nettamente sopra la media, e i cui eventuali limiti nozionistici, espressivi, concettuali, logici risultino nel complesso del tutto irrilevanti.

Testi

Testi di riferimento
Le indicazioni si riferiscono sempre all’ultima edizione.
Testi di base:
1) Abeles, Frey, Jencks. Biochimica. Piccin
2) Baynes, Dominiczac. Biochimica per le discipline biomediche. Ambrosiana
3) Berg, Tymoczco, Stryer. Biochimica. Zanichelli
4) Voet, Voet. Pratt. Fondamenti di Biochimica. Zanichelli
5) Campbell, Farrell. Biochimica. EdiSES
6) Garrett, Grisham. Principi di Biochimica. Piccin
7) Nelson, Cox. I Principi di Biochimica di Lehninger. Zanichelli
8) Ninfa, Ballou. Metodologie di base per la biochimica e la biotecnologia. Zanichelli
Per approfondimento:
1) Voet, Voet. Biochemistry. Wiley
2) Branden, Nooze. Introduzione alla struttura delle proteine. Zanichelli
3) Leuzzi, Bellocco, Barreca. Biochimica della nutrizione. Zanichelli

Altre Informazioni

Sono a disposizione degli studenti le diapositive delle lezioni e dispense preparate dal docente su argomenti specifici.

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