Course Syllabus
Obiettivi
Il corso si prefigge di fornire allo studente gli strumenti necessari alla comprensione dei processi vitali a livello molecolare e le basi per identificare i legami causa - effetto dei processi biochimici, chimici e fisici più rilevanti per il curriculum degli studi e la professione del medico. Queste conoscenze costituiranno la base elementare per l’interpretazione delle complesse reazioni che rappresentano la vita e saranno finalizzate ad introdurre lo studente al metodo scientifico di tipo induttivo.
Contenuti sintetici
BIOCHIMICA . Obiettivi: Fornire i concetti necessari per comprendere i fenomeni biologici e i cambiamenti energetici ad essi connessi ; Spiegare la correlazione tra funzione e struttura molecolare, complessi fenomeni di comunicazione, interazione e controllo delle funzioni cellulari e tissutali; Spiegare come le funzioni degli organi possono essere regolate in base ai loro particolari processi biochimici, concentrandosi sull'integrazione metabolica
Programma esteso
FISICA DELLE RADIAZIONI:
Cenni di fisica del nucleo.
Decadimento alfa, beta, gamma e reazioni nucleari.
Raggi X.
Interazione radiazione-materia.
Effetti biologici delle radiazioni
BIOMECCANICA
Momento di una forza.
Equilibrio di un corpo con esemplificazioni dell'equilibrio degli arti del corpo umano.
Leve.
Statica del corpo rigido.
Modulo di Young ed elasticità.
ELETTRODINAMICA:
Interazione tra cariche elettriche.
Campo elettrico e potenziale elettrostatico.
Costante dielettrica.
La capacità di un condensatore.
Circuiti elettrici in serie e in parallelo.
Leggi di Ohm.
Corrente stazionaria e di corrente transitoria.
Carica e scarica di un condensatore
MECCANICA DEI FLUIDI:
Legge di Stevino, Archimede, Bernoulli, Poiseuille
Proprietà dei liquidi reali e viscosità
Resistenza idraulica di un condotto.
Tensione superficiale nei liquidi.
Legge di Laplace
OTTICA:
Spettro delle radiazioni elettromagnetiche.
Assorbimento delle radiazioni
Lenti e ottica geometrica
Costruzione delle immagini secondo l’ottica geometrica
Occhio come sistema ottico
Difetti ottici dell'occhio
Teoria della percezione dei colori
CHIMICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA:
Chimica generale
Le reazioni e l’equilibrio chimico; reazioni di ossidoriduzione; cinetica e termodinamica (delta H e G) e spontaneità di una reazione
Acidi, basi e soluzioni tampone; equazione di Henderson-Hasselback; pH di una soluzione tampone
Principi di elettrochimica
Chimica bio-organica
Classificazione dei composti organici: Definizione dei gruppi funzionali; Struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche dei composti organici.
Alcani e alogeno derivati: reattività e la sostituzione nucleofila;
Alcoli, tioalcoli e ammine: le proprietà chimiche e reattività;
Alcheni e idrocarburi aromatici: il doppio legame e la sua reattività;
Composti carbonilici: reazioni chimiche di aldeidi e chetoni ;
Gli acidi carbossilici: acidità e reattività degli acidi carbossilici; derivati degli acidi carbossilici: esteri, tioesteri, ammidi, anidridi.
Principali classi di molecole di interesse biologico
Lipidi: struttura e la reattività
Carboidrati: struttura, stereochimica e la reattività di monosaccaridi / disaccaridi; il meccanismo di chiusura dell'anello di un carboidrato non ciclica; polisaccaridi.
Nucleosidi, nucleotidi e acidi nucleici: struttura e proprietà di nucleosidi e nucleotidi
Aminoacidi e proteine: classificazione e nomenclatura degli aminoacidi; il legame ammidico e le sue proprietà chimiche; struttura delle proteine.
Conoscenza di base di proteomica clinica e di Imaging con SM.
BIOCHIMICA
Modulo 1: Generale Biochimica
Temi
• Macromolecole: struttura e funzione.
• Enzimi. Controllo delle vie metaboliche. Uso diagnostico di enzimi e isoenzimi.
• energia e metabolismo: le reazioni della vita
• Il fabbisogno energetico e le spese in condizioni diverse. Bioenergetica e metabolismo in condizioni fisiologiche
• metabolismo dei carboidrati: digestione, l'assorbimento. glicolisi aerobica e anaerobica. Il metabolismo del galattosio e fruttosio. Il glicogeno, glicogenolisi.
• I lipidi e gli steroidi
metabolismo dei lipidi: la digestione e l'assorbimento. Catabolismo dei lipidi. Sintesi.
Metabolismo del colesterolo e dei suoi derivati. Il metabolismo dei corpi chetonici.
Lipoproteine plasmatiche e il loro metabolismo
• Gli aminoacidi e nucleotidi: digestione delle proteine, assorbimento e trasporto di aminoacidi. Il metabolismo degli amminoacidi. ciclo dell'urea acidi nucleici: Il metabolismo di nucleotidi purinici e pirimidinici.
Modulo 2) Aspetti di biochimica sensoriale umana e metabolica
Temi
• Ormoni: classificazione, meccanismi biosintetici e il loro controllo. Regolazione ormonale del metabolismo. Ormoni ipotalamici e ipofisari. Gli ormoni tiroidei. La corteccia surrenale. Gli ormoni
•Biochimica sistematica Umana
- Regolazione della glicemia in condizioni fisiologiche e in condizioni di diabete mellito.
- Metabolismo epatico e biochimica sistematica del fegato. Metabolismo dell’etanolo assunto con le bevande. Detossificazione metabolica di composti tossici, farmaci e xenobiotici.
- Metabolismo del collagene e patologie correlate.
- Regolazione del calcemia e metabolismo minerale.
- Struttura, composizione, ruolo e metabolismo delle diverse classi di lipoproteine plasmatiche. Metabolismo degli eritrociti, coagulazione del sangue, trasporto di ossigeno nel sangue.
- Regolazione ormonale dei metabolismi.
- Approcci base alla nanomedicina in campo terapeutico, diagnostico e rigenerativo. Aspetti nutrizionali in condizioni fisiologiche e patologiche. Aspetti tecnologici di dosaggio di diverse macromolecole biochimiche coinvolte in vari processi metabolici.
Prerequisiti
Conoscenze elementari di matematica, chimica e biologia
Modalità didattica
Lezioni
frontali e esercitazioni.
Materiale didattico
Zinke-Allmang, Sills, Nejat, Galiano-Riveros, "Physics for the life sciences", Nelson Education
Inorganic Chemistry, 3rd or 4th Edition, Shriver and Atkins
A guidebook to mechanism in organic chemistry, 6th Edition, Sykes
Biochemistry with cklinical aspects, T. Devlin
Biochemistry, Berg et al, 5th Edition
Come ci cureremo domani. La scommessa della nanomedicina. M. Masserini
Periodo di erogazione dell'insegnamento
secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame scritto con discussione orale dello scritto ed eventuale approfondimento di uno o più argomenti. Le domande proposte nell’esame scritto saranno costruite in modo da poter valutare le capacità e competenze acquisite in accordo agli obiettivi del corso. Il voto finale sarà calcolato come media dei voti ottenuti nei singoli moduli (Chemistry, Biochemistry, Physics) , pesata in base al numero di crediti di ogni modulo. Ogni modulo richiederà un esame scritto e orale .
Orario di ricevimento
Su appuntamento, tel 0264488203
Aims
The primary goal of the course is to provide students with the tools
for the understanding of the complex reactions that represent the
molecular basis of life, and with the fundamentals to identify the
cause-effect relations of the most important biochemical, chemical and physical
processes for the curriculum and the work of a physician. This knowledge
will form the primary basis for a rationale approach to the knowledge of
medical sciences.
Contents
The student must know:
• The fundamental concepts of mechanics with particular reference to the balance of the human body
• The basic concepts of radiation physics, with particular emphasis on biomedical applications
• The basic concepts of fluid dynamics, with particular reference to the human circulatory system
• The basic concepts of electrodynamics with particular reference to the transport of the electrical signal in the nervous system
CHEMISTRY AND PROPEDEUTIC BIOCHEMISTRY:
In the first part of the course will be illustrated: the principles of chemical kinetics, chemical equilibrium, redox reactions and energy related to them in the general framework of thermodynamics and electrochemistry, and finally the self-ionization of water will be treated, acid / base properties and buffer solutions.
In the second part will be described: the reactivity of the main classes of organic compounds, including the isomerism and the stereoisomerism of organic molecules containing carbon atoms. The properties of the main classes of macromolecules of biological interest (proteins, lipids, carbohydrates and nucleic acids) will be illustrated. In addition, the basic knowledge of proteomics and imaging with MS used for clinical applications will be provided.
BIOCHEMISTRY
Provide the concepts necessary to understand biological phenomena and energy changes connected to them
Explain the correlation between function and molecular structure, complex communication phenomena, interaction and control of cell and tissue functions;
Explain how organ functions can be regulated according to their particular biochemical processes, focusing on metabolic integration
Detailed program
RADIATION PHYSICS:
Overview of the physics of the nucleus.
Alpha, beta, gamma and nuclear reactions decay.
X-ray.
Radiation-matter interaction.
Biological effects of radiation
BIOMECHANICS
Moment of a force.
Balance of a body with exemplifications of the balance of the limbs of the human body.
Levers.
Static of the rigid body.
Young's modulus and elasticity.
ELECTRODYNAMICS:
Interaction between electrical charges.
Electrical field and electrostatic potential.
Dielectric constant.
The capacity of a capacitor.
Electric circuits in series and in parallel.
Laws of Ohm.
Stationary current and transient current.
Charge and discharge a condenser
FLUID MECHANICS:
Law of Stevino, Archimede, Bernoulli, Poiseuille
Properties of real liquids and viscosity
Hydraulic resistance of a conduit.
Surface tension in liquids.
Laplace's law
OPTICS:
Spectrum of electromagnetic radiation.
Absorption of radiation
Lenses and geometric optics
Construction of images according to geometric optics
Eye as an optical system
Optical defects of the eye
Theory of color perception
CHEMISTRY AND PROPEDEUTIC BIOCHEMISTRY:
General chemistry
Reactions and chemical balance; redox reactions; kinetics and thermodynamics (delta H and G) and spontaneity of a reaction
Acids, bases and buffer solutions; Henderson-Hasselback equation; pH of a buffer solution
Principles of electrochemistry
Bio-organic chemistry
Classification of organic compounds: Definition of functional groups; Structure, nomenclature and chemical-physical properties of organic compounds.
Alkanes and halogen derivatives: reactivity and nucleophilic substitution;
Alcohols, thio alcohols and amines: chemical properties and reactivity;
Alkenes and aromatic hydrocarbons: the double bond and its reactivity;
Carbonyl compounds: chemical reactions of aldehydes and ketones;
Carboxylic acids: acidity and reactivity of carboxylic acids; carboxylic acid derivatives: esters, thioesters, amides, anhydrides.
Main classes of molecules of biological interest
Lipids: structure and reactivity
Carbohydrates: structure, stereochemistry and the reactivity of monosaccharides / disaccharides; the loop closure mechanism of a non-cyclic carbohydrate; polysaccharides.
Nucleosides, nucleotides and nucleic acids: structure and properties of nucleosides and nucleotides
Amino acids and proteins: classification and nomenclature of amino acids; the amide bond and its chemical properties; protein structure.
Basic knowledge of clinical proteomics and imaging with MS.
BIOCHEMISTRY
Module 1: General Biochemistry
Themes
• Macromolecules: structure and function.
• Enzymes. Control of the metabolic pathways. Diagnostic use of enzymes and isoenzymes.
• energy and metabolism: the reactions of life
• Energy needs and expenses under different conditions. Bioenergetics and metabolism in physiological conditions
• carbohydrate metabolism: digestion, absorption. aerobic and anaerobic glycolysis. The metabolism of galactose and fructose. Glycogen, glycogenolysis.
• Lipids and steroids
lipid metabolism: digestion and absorption. Catabolism of lipids. Synthesis.
Metabolism of cholesterol and its derivatives. The metabolism of ketone bodies.
Plasma lipoproteins and their metabolism
• Amino acids and nucleotides: digestion of proteins, absorption and transport of amino acids. The metabolism of amino acids. nucleic acid urea cycle: The metabolism of purine and pyrimidine nucleotides.
Module 2) Aspects of human and metabolic sensory biochemistry
Themes
• Hormones: classification, biosynthetic mechanisms and their control. Hormonal regulation of metabolism. Hypothalamic and pituitary hormones. Thyroid hormones. The adrenal cortex. Hormones
• Systematic biochemistry. Integration of metabolism
- Blood glucose regulation in physiological conditions and in diabetes mellitus.
- Liver and systematic biochemical metabolism of the liver. Metabolism of ethanol taken with beverages. Metabolic detoxification of toxic compounds, drugs and xenobiotics.
- Collagen metabolism and related diseases.
- Calcium regulation and mineral metabolism.
- Structure, composition, role and metabolism of the different classes of plasma lipoproteins.
- Metabolism of erythrocytes, blood coagulation, transport of oxygen in the blood. Aspects of human and metabolic sensory biochemistry.
- Approaches based on nanomedicine in the therapeutic, diagnostic and regenerative fields.
- Nutritional aspects in physiological and pathological conditions.
- Technological aspects of the assay of different biochemical macromolecules involved in various metabolic processes.
Prerequisites
Basic knowledges of mathematics, physics, biology
Teaching form
Lectures
and exercises
Textbook and teaching resource
Zinke-Allmang, Sills, Nejat, Galiano-Riveros, "Physics for the life sciences", Nelson Education
Inorganic Chemistry, 3rd or 4th Edition, Shriver and Atkins
A guidebook to mechanism in organic chemistry, 6th Edition, Sykes
Biochemistry with cklinical aspects, T. Devlin
Biochemistry, Berg et al, 5th Edition
Come ci cureremo domani. La scommessa della nanomedicina. M. Masserini
Semester
second semester
Assessment method
Written exam with oral discussion of the written and possible deepening of one or more topics. The questions proposed in the written exam will be constructed in order to evaluate the skills and competences acquired according to the objectives of the course. The final grade will be calculated as the average of the marks obtained in the individual modules (Chemistry, Biochemistry, Physics), weighed according to the number of credits of each module. Each module will require a written and oral exam.
Office hours
On appointment , ph. 0264488203
Staff
-
Claudia Corbo
-
Francesco Mantegazza
-
Massimo Ernesto Masserini
-
Francesca Re
-
Domenico Salerno
-
Andrew Smith