Insegnamenti e programmi

 

8021 - BIOCHIMICA E BIOCHIMICA APPLICATA

Anno Accademico 2018/2019

MARIA TERESA SANNA (Tit.)
BARBARA MANCONI
Annuale 
Convenzionale 
 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[50/21]  CHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE [21/00 - Ord. 2014]  PERCORSO COMUNE14116
Obiettivi

1) LA CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE della chimica delle principali classi di macromolecole di interesse biologico (proteine, zuccheri, lipidi, acidi nucleici), della loro funzione e della relazione tra struttura e funzione. Conoscenza delle principali vie metaboliche e della loro compartimentazione in organi e tessuti nell’uomo. Comprensione dei meccanismi che regolano il metabolismo e conoscenza del ruolo svolto dagli enzimi, dei meccanismi di inibizione e della modulazione della loro attività. Comprensione della regolazione metabolica a livello cellulare e dell’integrazione metabolica.
Conoscenze delle metodologie biochimiche per la separazione e caratterizzazione delle principali classi di biomolecole, con particolare attenzione alle proteine.

2) LA CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE (COMPETENZE): scrivere la struttura delle principali classi di biomolecole, e associare ad esse i legami chimici presenti; interpretare le curve di titolazione degli amminoacidi e dedurre le proprietà acido/base di peptidi e proteine; interpretare e elaborare rappresentazioni grafiche di curve di legame (curve di ossigenazione proteine respiratorie) e dati di cinetica enzimatica (Michaelis/Menten; enzimi allosterici); applicare la conoscenza e comprensione di strutture, legami e proprietà delle biomolecole allo studio dei meccanismi delle reazioni metaboliche; elaborare e integrare le diverse vie metaboliche studiate in un’unica visione d’insieme. Le conoscenze delle principali metodologie biochimiche acquisite dal punto di vista teorico sono integrate da attività pratiche in laboratorio, particolarmente utili per lo sviluppo di un corretto approccio scientifico dal punto di vista molecolare.

3) AUTONOMIA DI GIUDIZIO: l’apprendimento dei concetti fondamentali della Biochimica andrà a consolidare la cultura scientifica dello studente e dunque gli consentirà l’elaborazione autonoma di giudizio nell’interpretazione di dati sperimentali così come nell’approfondimento delle proprie conoscenze sia nel proprio ambito di lavoro che al di fuori di esso. L'applicazione delle conoscenze acquisite sviluppa negli studenti una discreta capacità critica relativamente alle problematiche in ambito molecolare e lo sviluppo di interessanti capacità di analisi dei risultati applicabili in diversi settori professionalizzanti del percorso formativo.

4) ABILITÀ COMUNICATIVE: acquisizione della capacità di esporre e spiegare, in maniera semplice ma rigorosa con un linguaggio tecnico appropriato i processi molecolari che stanno alla base dei sistemi viventi.

5) CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO: acquisizione della capacità di collegare e integrare le conoscenze apprese con quelle fornite nei corsi precedenti e successivi.

Prerequisiti

Per frequentare le lezioni é indispensabile che lo studente abbia acquisito la conoscenza dei principi fondamentali di Chimica Generale e Inorganica, Chimica Organica 1 e Biologia Animale e Vegetale.
È importante la conoscenza dei principi di base della chimica analitica.
Propedeuticità: per poter sostenere l'esame lo studente deve aver superato gli esami di Chimica generale ed inorganica, Biologia Animale e Vegetale e aver regolarmente frequentato le lezioni di Chimica Organica 1.

Contenuti

Biochimica:
Amminoacidi. Struttura, stereochimica, classificazione, proprietà acido-base. Curva di titolazione, pKa, punto isoelettrico.
Peptidi e proteine. Il legame peptidico. Caratteristiche acido-base di peptidi e proteine. Strutture secondarie. Le proteine fibrose, biosintesi e struttura del collageno. Struttura terziaria e proteine globulari. Struttura quaternaria.
Le emoproteine. L’eme, il legame dell’ossigeno. Curve di dissociazione dell’ossigeno. Modulazione allosterica dell’emoglobina.
Carboidrati. Nomenclatura. Stereochimica. Gli emiacetali. Forme anomeriche. Proiezioni di Haworth. Derivati degli zuccheri. Il legame glicosidico. Struttura di disaccaridi e polisaccaridi.di importanza biologica.
Nucleotidi e acidi nucleici. Le basi puriniche e pirimidiniche. I nucleotidi. Legame fosfodiestere, DNA e RNA.
Lipidi. Classificazione, glicerofosfolipidi, sfingolipidi, colesterolo. Struttura e funzioni. Le membrane biologiche.
Enzimi. Classificazione e proprietà degli enzimi. Cinetica enzimatica. Km, Vmax e Kcat. Inibizione irreversibile e reversibile, effetti su Km e Vmax. Equazione di Michaelis-Menten e interpretazione dei grafici. Grafico dei doppi reciproci. Meccanismi di catalisi. Regolazione dell’attività enzimatica.
Vitamine. Vitamine liposolubili e idrosolubili, coenzimi: NAD, NADP, FAD, FMN, CoQ, TPP, PLP, CoA, Biotina, e il loro ruolo nelle reazioni metaboliche.
Bioenergetica. Termodinamica delle reazioni biologiche. G, G0 e Keq. Reazioni redox. Composti fosforilati, ruolo biologico dell’ATP.
La fosforilazione ossidativa. La catena respiratoria mitocondriale, componenti e organizzazione. La formazione del gradiente protonico di membrana, sintesi di ATP.
Metabolismo dei Glucidi. Glicolisi e regolazione. Fermentazioni. Metabolismo del piruvato. Gluconeogenesi. Biosintesi e degradazione del glicogeno. Regolazione ormonale: adrenalina, glucagone, insulina. Ciclo dei pentoso-fosfati.
Ciclo di Krebs. Reazioni chimiche, meccanismi e regolazione.
Metabolismo dei Lipidi. Mobilizzazione degli acidi grassi, beta-ossidazione, regolazione metabolica e ormonale. Chetogenesi. Biosintesi degli acidi grassi.
Metabolismo degli amminoacidi. Digestione delle proteine. Ruolo metabolico degli aminoacidi. Catabolismo degli aminoacidi. Transaminazione, deaminazione, decarbossilazione. Formazione e trasporto dell’ammoniaca, ureogenesi.
Sintesi proteica e modificazioni post-traduzionali.

Biochimica Applicata (M.T. Sanna):
Spettrofotometria UV-VIS: principi, strumentazione ed applicazioni. Legge di Lambert-Beer e applicazioni quantitative. Determinazione della concentrazione di proteine in miscela. Applicazioni nei dosaggi enzimatici. Analisi in fluorescenza. Spettrofluorimetro: caratteristiche e principi di funzionamento.
Tecniche cromatografiche per la purificazione di proteine. Sistemi cromat. a bassa pressione su colonna: cromatografia a scambio ionico, ad esclusione molecolare, per interazioni idrofobiche e di affinità. Sistemi cromatografici ad alta pressione (HPLC): crom. in fase inversa.
Tecniche elettroforetiche. Principi, strumentazione ed applicazioni. Elettroforesi su gel di poliacrilamide in condizioni native, in presenza di SDS (SDS-PAGE). Isoelettrofocalizzazione (IEF). Elettroforesi bidimensionale. Rivelazione colorimetrica mediante Coomassie. Elettroforesi su gel di agarosio. Western blot.
Caratterizzazione delle proteine: Determinazione del PM: crom. per gel filtrazione e SDS-PAGE. Determinazione del pI mediante IEF. Determinazione della composizione aa delle proteine: metodi e reazioni. Analizzatore di aa. Determinazione dell’aa N- e C- terminale. Determinazione della sequenza primaria delle proteine: metodi chimici ed enzimatici.
Utilizzo di un software didattico di simulazione della purificazione di proteine.

Metodi Didattici

I docenti forniscono spiegazioni individuali agli studenti durante l'orario settimanale di ricevimento. Il corso inizia a metà novembre con il modulo di Biochimica Generale (6 ore di lezione settimanali) e prosegue nel secondo semestre con i due moduli (6 ore di lezione settimanali per il modulo di Biochimica e 4 ore per il modulo di Biochimica Applicata).
Per il modulo di Biochimica sono previste:
- 68 ore di lezioni frontali: 22 ore sulla struttura delle biomolecole e le loro proprietà biologiche (zuccheri, lipidi, acidi nucleici, aminoacidi e proteine, emoproteine); 16 ore sull’enzimologia e sulla struttura e funzione dei coenzimi; 30 ore sulla bioenergetica e il metabolismo.
- 4 ore dedicate a verifiche scritte valutabili ai fini dell’esame;
- attività tutoriali al di fuori dell’orario di lezione che consistono in esercitazioni e approfondimenti in aula per aiutare lo studente nell’apprendimento delle strutture delle biomolecole, proprietà acido-base di aminoacidi e peptidi, interpretazione delle curve di legame ossigeno/emoglobina, cinetica enzimatica e calcolo del G0 nelle reazioni metaboliche.
Il docente fornirà spiegazioni individuali durante l’orario di ricevimento per appuntamento.
Per coadiuvare lo studio il docente rende disponibili le slides delle lezioni, e fornisce fascicoli di esercizi e copie di precedenti prove scritte.

Per il modulo di Biochimica Applicata sono previste:
- 32 ore di lezioni frontali in aula
- 12 ore di attività pratica in laboratorio (con frequenza obbligatoria), svolte con l'aiuto dei tutor
- 4 ore di esercitazione in laboratorio informatico per simulare esperimenti di purificazione delle proteine per sviluppare capacità decisionali e valutare in maniera critica i risultati ottenuti

Verifica dell'apprendimento

Biochimica: esame scritto e orale. Per gli studenti frequentanti sono previste 2 prove scritte in itinere:
1)Struttura e proprietà acido-base di aminoacidi e peptidi; struttura delle proteine, zuccheri, lipidi, nucleotidi e ac. nucleici; membrane biologiche. Proprietà delle proteine respiratorie. Interpretazione delle curve di legame. 2)Cinetica enzimatica, interpretazione dei grafici; meccanismi di catalisi e regolazione. Coenzimi; calcolo del DeltaG.
Il voto riportato sarà considerato per la valutazione finale, le parti insufficienti saranno verificate nella prova orale. Le verifiche insufficienti saranno ripetute il giorno dell’esame. Lo studente può ripetere gli scritti che ritiene di poter migliorare. Per gli studenti non frequentanti il giorno dell’esame è previsto un'unica prova scritta di Biochimica. Nella prova orale è richiesto allo studente di scrivere le reazioni metaboliche, la struttura dei metaboliti, il meccanismo di reazione dei passaggi centrali e la loro regolazione.
Biochimica Applicata: a fine corso gli studenti che hanno frequentato (>75%) possono svolgere una relaz. scritta (2 CFU) sulla purificazione di una proteina utilizzando un software di simulazione per dimostrare le proprie conoscenze teoriche ed applicative. Gli studenti che hanno svolto bene la relazione scritta devono discutere alla prova orale gli argomenti del programma non discussi nella relazione e il voto finale sarà dato dalla media ponderata delle due prove.
Gli studenti che non sostengono la verifica di fine corso, o non la svolgono in maniera sufficiente, sosterranno unicamente una prova orale discutendo
l'intero programma (5 CFU).
VALUTAZIONE DELLA PROVA DI ESAME
Il voto dell'esame è attribuito in trentesimi, come media pesata dei due moduli (9+5CFU). Di seguito sono riportate le condizioni che devono essere verificate per l'assegnazione dei diversi punteggi:
30 e lode: conoscenza eccellente di tutti gli argomenti, esposizione precisa, dettagliata e arricchita di punti critici e personali, capacità di descrivere una visione d’insieme dei processi metabolici, eccellente abilità comunicativa, ampie autonomia di giudizio e capacità di apprendimento.
30: acquisizione di tutte le conoscenze richieste, capacità di applicarle alla risoluzione di problemi analitici proposti nelle prove d’esame. Esposizione orale precisa e impeccabile nelle capacità linguistiche e nell’abilità comunicativa, autonomia di giudizio e capacità di apprendimento ottime.
27-29: acquisizione di tutte le conoscenze richieste, abilità nella risoluzione di problemi analitici proposti. Esposizione degli argomenti corretta ma non dettagliata oppure imprecisa. Autonomia di giudizio, abilità comunicative e capacità di apprendimento buone e appropriate.
25-26: acquisizione delle conoscenze richieste e capacità di utilizzarle nella elaborazione di tematiche biochimiche, sebbene con lievi lacune, esposizione fluida anche se imprecisa. Autonomia di giudizio, abilità comunicative e capacità di apprendimento discrete.
22-24: acquisizione lacunosa delle conoscenze richieste, competenze negli argomenti imprecise e incomplete. Errori nella scrittura di struttura e legami. Capacità comunicative adeguate, autonomia di giudizio e capacità di apprendimento adeguate pur con qualche incertezza.
18-21: acquisizione delle conoscenze minime sugli argomenti studiati, che consentono di saper scrivere la struttura delle biomolecole principali e argomentare le basi di cinetica enzimatica, del metabolismo, e delle principali tecniche di purificazione e caratterizzazione delle proteine. Difficoltà nella soluzione dei problemi analitici proposti. Proprietà linguistiche e capacità comunicative scarse, competenze, autonomia di giudizio e capacità di apprendimento nel complesso appena sufficienti.

Testi

per il modulo di Biochimica (a scelta tra):
FONDAMENTI DI BIOCHIMICA di D. Voet, JG. Voet, CW Pratt. Ed. ZANICHELLI. Quarta Edizione, 2017.
I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER di D.L. Nelson, M.M. Cox. Ed. ZANICHELLI. Settima Edizione, 2018.
PRINCIPI DI BIOCHIMICA. Horton, Moran, Scrimgeour, Perry, Rawn. Ed. Pearson. Quarta Ed.
per il modulo di Biochimica Applicata (a scelta tra):
Metodologie Biochimiche. Bonaccorsi, Contestabile, Di Salvo. Casa Editrice Ambrosiana. Ed.2012
Biochimica Applicata. Stoppini, Bellotti. EdiSES, 2012

A supporto didattico sono fornite le slides delle lezioni e i testi di esercizi per la preparazione delle verifiche scritte.

Altre Informazioni

A supporto didattico del modulo di Biochimica sono fornite le slides delle lezioni e i testi di esercizi per la preparazione delle verifiche scritte.

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