Insegnamenti

 

FA/0147 - BIOCHIMICA E FONDAMENTI DI BIOLOGIA MOLECOLARE

Anno Accademico ​2018/2019

Docente
TIZIANA ​CABRAS (Tit.)
MARIA CRISTINA ​ROSATELLI
FRANCESCA ​PINTUS
Periodo
Primo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
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Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[50/24] ​ ​SCIENZE TOSSICOLOGICHE E CONTROLLO DI QUALITÀ [20/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE972
Obiettivi

1) LA CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE delle strutture e dei rapporti struttura-funzione delle principali classi di molecole biologiche; del funzionamento e regolazione degli enzimi; dei meccanismi biochimici con cui si realizzano e si integrano le vie metaboliche e di quelli con cui sono regolate; dei meccanismi molecolari con cui si realizza e si regola l’espressione genica, e delle metodologie di analisi genomica.
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 (Micaelis/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. Applicare le conoscenze e la comprensione dei meccanismi molecolari dell’espressione genica all’impiego di metodologie biomolecolari.
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.
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

È indispensabile che per frequentare le lezioni lo studente abbia acquisito la conoscenza dei principi fondamentali di Chimica Generale e Chimica Organica.
Propedeuticità: per sostenere l’esame lo studente deve aver già sostenuto l’esame di Chimica Organica.

Contenuti

Biochimica (7 CFU)
• Amminoacidi. Struttura e stereochimica. Classificazione. Proprietà acido-base degli amminoacidi: curva di titolazione, pKa, punto isoelettrico.
• Peptidi e proteine. Caratteristiche del legame peptidico. Caratteristiche acido-base di peptidi e proteine. Strutture secondarie. Le proteine fibrose. Struttura terziaria e proteine globulari. Struttura quaternaria.
• Le emoproteine. L’eme, il legame dell’ossigeno della mioglobina e dell’emoglobina. Proprietà allosteriche dell’emoglobina e modulatori del legame con l’ossigeno.
• Carboidrati. Nomenclatura. Stereochimica. Gli emiacetali. Forme anomeriche. Proiezioni di Haworth. Derivati degli zuccheri. Il legame glicosidico. I disaccaridi di importanza biologica. I polisaccaridi. Struttura di amilosio, amilopectina, glicogeno e cellulosa.
• Nucleotidi e acidi nucleici. Le basi puriniche e pirimidiniche. I nucleotidi. Legame fosfodiestere, struttura e conformazioni del DNA, struttura dei diversi tipi di RNA.
• Lipidi. Classificazione, glicerofosfolipidi, sfingolipidi, colesterolo. Struttura e funzioni. Le membrane biologiche.
• Enzimi. Classificazione e proprietà generali degli enzimi. La cinetica enzimatica. Fattori che modificano la velocità enzimatica. Significato di Km, Vmax e Kcat. L’inibizione irreversibile ed i vari tipi di inibizione reversibile, con riferimento agli effetti su Km e Vmax. L’equazione di Micaelis-Menten e interpretazione dei grafici. Modulazione allosterica e modulazione covalente.
• Vitamine. Vitamine idrosolubili, i loro derivati coenzimatici, NAD, NADP, FAD, FMN, CoQ, TPP, PLP, CoA, Biotina, e il loro ruolo nelle reazioni metaboliche.
• La fosforilazione ossidativa. La catena respiratoria mitocondriale, i suoi componenti e la loro organizzazione. La teoria chemiosmotica. La sintesi di ATP.
• Metabolismo dei Glucidi. Glicolisi e sua regolazione. Fermentazioni. Metabolismo del piruvato. Gluconeogenesi. Biosintesi e degradazione del glicogeno. Cenni sul controllo ormonale del metabolismo glucidico. Ciclo dei pentoso-fosfati.
• Ciclo di Krebs. Reazioni chimiche e loro regolazione metabolica.
• Metabolismo dei Lipidi. -ossidazione degli acidi grassi, regolazione metabolica e ormonale. Chetogenesi. Biosintesi degli acidi grassi.
• Metabolismo degli amminoacidi. Ruolo metabolico degli aminoacidi. Catabolismo degli aminoacidi. La transaminazione. Ureogenesi.

Fondamenti di Biologia Molecolare (2 CFU)
• Espressione genica. Replicazione, trascrizione, e traduzione del codice genetico. Meccanismi di regolazione dell’espressione genica.
• Geni e Genomi. Metodologie di analisi di geni e genomi.

Metodi Didattici

Il corso ha una durata di circa 10-12 settimane (6 ore di lezione settimanali). Sono previste:
- 72 ore di lezioni frontali: 22 ore sulla struttura delle biomolecole e le loro proprietà biologiche (zuccheri, lipidi, acidi nucleici, aminoacidi e proteine, emoglobina/mioglobina); 12 ore sull’enzimologia e sulla struttura e funzione dei coenzimi; 22 sul metabolismo. 16 ore sui principi di biologia molecolare.
- sono previste 2 verifiche scritte in itinere valutabili ai fini dell’esame;
- sono previste attività tutoriali al di fuori dell’orario di lezione che consistono in esercitazioni e approfondimenti in aula per aiutare lo studente nell’apprendimento degli argomenti affrontati a lezione.
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.


Verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento si basa su un esame in parte scritto e in parte orale.
Per gli studenti che frequentano il corso sono previste le due seguenti prove scritte, che verranno effettuate durante il corso:
-Struttura e proprietà acido-base degli aminoacidi e dei peptidi; struttura delle proteine; struttura di zuccheri, lipidi, nucleotidi e ac. nucleici; membrane biologiche. Proprietà delle proteine respiratorie, legame con l’ossigeno e modulazione. Interpretazione delle curve di legame.
-Proprietà degli enzimi; cinetica, equazione di Micaelis-Menten, interpretazione dei grafici; meccanismi di catalisi e di regolazione. Struttura e meccanismo d’azione dei coenzimi.
Le verifiche saranno valutate con un voto in trentesimi. Le domande a cui lo studente risponde in modo insufficiente o scorretto saranno verificate nella prova orale. In caso di insufficienza le verifiche saranno ripetute il giorno dell’esame. I voti delle verifiche, a discrezione dello studente, saranno considerati per la valutazione finale dell’esame. Lo studente può ripetere, il giorno in cui darà l’esame, i test scritti che ritiene di poter migliorare.
Nella prova orale viene richiesto allo studente di scrivere le reazioni metaboliche, di conoscere la struttura dei metaboliti e il meccanismo di reazione dei passaggi centrali, nonché la loro regolazione. Sono, inoltre, verificati nell’esame orale gli argomenti di biologia molecolare trattati durante il corso.
Per gli studenti che non frequentano il corso è previsto un unico compito scritto sugli argomenti indicati ai punti 1 e 2, che verrà valutato con un voto in trentesimi e per il quale valgono le stesse considerazioni fatte sopra.

Valutazione della prova di esame
Il punteggio della prova d'esame è in trentesimi, e sarà il risultato della media pesata dei voti definitivi delle verifiche scritte e della prova orale.
• 30 e lode: acquisizione di una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti, esposizione precisa e dettagliata arricchita di punti critici e personali, capacità di descrivere una visione d’insieme pei processi metabolici, eccellente abilità comunicativa, ampie autonomia di giudizio, capacità di apprendimento.
• 30: lo studente ha acquisito tutte le conoscenze richieste, è capace di applicarle alla risoluzione di problemi analitici proposti nelle prove d’esame. L’esposizione orale è precisa e impeccabile nelle capacità linguistiche e nell’abilità comunicativa, l’autonomia di giudizio e la capacità di apprendimento ottime.
• 27-29: acquisizione di tutte le conoscenze richieste, abilità nella risoluzione di problemi analitici proposti nelle prove d’esame. Esposizione degli argomenti corretta ma non dettagliata oppure imprecisa. L’autonomia di giudizio, le abilità comunicative e la capacità di apprendimento sono buone e appropriate.
• 25-26: lo studente ha acquisito la conoscenza sugli argomenti studiati e capacità di utilizzare tali conoscenze nella elaborazione di tematiche biochimiche, sebbene con qualche lacune, ed espone in maniera fluida anche se imprecisa. Autonomia di giudizio, abilità comunicative e capacità di apprendimento discrete anche se non ricche nei dettagli.
• 22-24: acquisizione lacunosa delle conoscenze richieste, competenze negli argomenti imprecise e incomplete. Perpetua errori nella scrittura delle struttura e dei 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 più importanti e più comuni, e argomentare le basi di cinetica enzimatica e del metabolismo. Proprietà linguistiche e capacità comunicative scarse, competenze, autonomia di giudizio e capacità di apprendimento nel complesso appena sufficienti.

Testi

- Tymoczko, Berg, Stryer, Biochimica, (VII ed.) Zanichelli (2010)
- Nelson e Cox, I principi di Biochimica di Lehninger (VII ed.) Zanichelli (2018)
- Horton, Moran, Scrimgeour, Perry, Rawn, Principi di biochimica (IV ed.) Pearson-Prentice Hall (2008).

Altre Informazioni

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

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