Syllabus del corso
Obiettivi
L'insegnamento si propone di fornire conoscenze sul rapporto tra struttura e funzione delle
biomolecole al fine di comprendere i fondamenti dei processi biochimici che
avvengono negli organismi viventi (modulo di biochimica) e sulla biologia dei microrganismi con particolare attenzione alla diversità morfofunzionale, ai processi biogeochimci da essi promossi, nonché agli aspetti evolutivi ed ecologici (modulo di microbiologia. Gli obiettivi specifici sono dettagliati nei syllabi dei due moduli e riguardano 1. Conoscenza e capacità di comprensione; 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione; 3. Autonomia di giudizio; 4. Abilità comunicative; 5. Capacità di apprendimento.
Contenuti sintetici
- della struttura e della funzione delle biomolecole semplici, polimeriche e complesse;
- delle modalità con cui le reazioni biochimiche avvengono negli organismi viventi;
- del ruolo dell'ambiente in cui avvengono le reazioni biochimiche;
- delle modalità con cui le reazioni biochimiche possono essere controllate sia fisiologicamente sia artificialmente.
- della descrizione delle reazioni biochimiche e come queste si sviluppano all'interno di percorsi detti vie metaboliche.
- delle principali tecniche di studio delle biomecole.
- della struttura, funzione ed evoluzione delle cellule microbiche,
- delle metodologie tradizionali e innovativi e dei specifici habitat microbici
- delle analisi delle comunità microbiche, della sistematica e di elementi di genetica microbica.
Programma esteso
- Biomolecole: aminoacidi:
struttura e proprietà. Il legame peptidico e la struttura primaria delle
proteine. Struttura secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. I
pigmenti respiratori e il trasporto dell’ossigeno. Monosaccaridi e polisaccaridi.
Nucleotidi e acidi nucleici. Lipidi: struttura e funzioni. Le membrane
biologiche: struttura e trasporto di soluti.
- Gli enzimi: classificazione
e catalisi. Coenzimi e vitamine. Cinetica enzimatica: equazione di Henri-Michaelis-Menten.
Il dosaggio enzimatico. Equazione dei doppi reciproci.
- L’acqua: sostanze idrofile e idrofobe. pH e sistemi tampone.
- Inibizione enzimatica:
inibizione reversibile e irreversibile. Enzimi allosterici. Esempi di erbicidi
e insetticidi che agiscono come inibitori enzimatici.
- Principi di bioenergetica e di
metabolismo. Ruolo
dell’ATP e dei trasportatori di elettroni. Catabolismo. Glicolisi: le reazioni,
gli enzimi e gli intermedi. Via dei pentoso fosfati. Fermentazione lattica e
alcoolica. Ciclo di Krebs e reazioni anaplerotiche. Ciclo del gliossilato.
Beta-ossidazione degli acidi grassi. Degradazione degli aminoacidi e ciclo
dell’urea. Il flusso elettronico mitocondriale e la biosintesi dell’ATP.
Catalisi rotazionale. Inibitori e disaccoppianti della fosforilazione
ossidativa. Le ossidasi a funzione mista. Biotrasformazione degli xenobiotici.
Ruolo del glutatione. Anabolismo: gluconeogenesi, biosintesi degli acidi grassi e biosintesi di
aminoacidi. Ciclo dell'azoto. Organicazione del carbonio: ciclo di Calvine e fotosintesi.
- Tecniche biochimiche di base: preparazione dei campioni, centrifugazione, elettroforesi, tecniche immunologiche ed enzimatiche. Enzimi come biomarker ambientali.
- excursus storico sulle principali scoperte e personalità di spicco che hanno permesso lo sviluppo della microbiologia; evoluzione microbica. Origini della vita sulla Terra. Fisiologia microbica. Principi della crescita microbica. Strutture e funzioni (Bacteria, Archea, Eukarya unicellulari). Metabolismo microbico. Cicli Biogeochimici. Principi generali e descrizione specifica dei cicli di C, N, P e S
- Antibiotici e quorum sensing
- Sistematica microbica. Genetica dei microrganismi. Trasferimento genico orizzontale, sistemi a due componenti, esempi di regolazione trascrizionale e post-traduzionale. Simbiosi. Principi ed esempi di differenti forme di simbiosi che coinvolgono diverse categorie di microrganismi.
Prerequisiti
Conoscenze di base di biologia cellulare, chimica generale, chimica organica e termodinamica
Modalità didattica
Lezioni frontali per un totale di 12 cfu, equivalenti a 96 ore. Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno in modalità mista: parziale presenza e tutte le lezioni saranno videoregistrate asincrone.
Materiale didattico
Il corso sarà svolto con l’ausilio di diapositive, video e articoli scientifici. Tutto il materiale didattico proiettato ed il materiale di approfondimento viene messo a disposizione degli studenti sulla piattaforma e-learning dell’Ateno. Testi consigliati: Biologia dei Microrganismi (Dehò-Galli – Casa Editrice Ambrosiana); Brock – Biologia dei Microrganismi (Madigan, Martinko, Stahl, Clark – Casa Editrice PEARSON).
Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica del Lehninger, Zanichelli ed., 2018. I testi sono reperibili per il prestito personale in un numero ridotto di copie presso la biblioteca di scienze; sono disponibili cartacei presso tutte le librerie universitarie oppure come e-book presso la biblioteca di ateneo.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica delle conoscenze apprese verrà effettuata in tre momenti distinti: 1. Una prova orale di biochimica consistente
nella discussione di due argomenti scelti dal docente tra quelli trattati
durante il corso; 2. una prova d’esame scritta su argomenti di microbiologia suguita da una prova orale di microbiologia, durante la quale si approfondiscono gli elementi di debolezza individuati durante la prova scritta. L'esame si considera superato se lo studente consegue una votazione risultante dalla media matematica dei due esiti ottenuti dalla prova (1) e dalle prove (2) compresa tra 18 e 30 trentesimi. Altri dettagli sulle modalità sono specificati ai syllabi dei due moduli.
Orario di ricevimento
Su appuntamento scrivendo a andrea.franzetti@unimib.it (Microbiologia) e a paolo.parenti@unimib.it (Biochimica)
Aims
The course aims to provide knowledge on the relationship between structure and function of biomolecules in order to understand the fundamentals of biochemical processes that occur in living organisms (biochemistry module) and on the biology of microorganisms with particular attention to morphofunctional diversity, biogeochemical processes promoted by them, as well as evolutionary and ecological aspects (microbiology module. The specific objectives are detailed in the syllabi of the two modules and concern 1. Knowledge and comprehension skills; 2. Ability to apply knowledge and understanding; 3. Autonomy of judgment; 4. Communication skills 5. Learning skills.
Contents
The teaching deals with:
- the structure and function of simple, polymeric and complex biomolecules;
- the ways in which biochemical reactions take place in living organisms;
- the role of the environment in which biochemical reactions take place;
- of the ways in which biochemical reactions can be controlled both physiologically and artificially.
- of the description of biochemical reactions and how they develop within paths called metabolic pathways.
- of the main study techniques of biomecules.
- of the structure, function and evolution of microbial cells,
- traditional and innovative methodologies and specific microbial habitats
- analysis of microbial communities, systematics and elements of microbial genetics.
Detailed program
- Biomolecules: amino acids: structure and properties. The peptide bond and the primary structure of proteins. Secondary, tertiary and quaternary structure of proteins. Respiratory pigments and oxygen transport. Monosaccharides and polysaccharides. Nucleotides and nucleic acids. Lipids: structure and functions. Biological membranes: structure and transport of solutes.
- Enzymes: classification and catalysis. Coenzymes and vitamins. Enzymatic kinetics: Henri-Michaelis-Menten equation. The enzymatic dosage. Reciprocal double equation.
- Water: hydrophilic and hydrophobic substances. pH and buffer systems.
- Enzymatic inhibition: reversible and irreversible inhibition. Allosteric enzymes. Examples of herbicides and insecticides that act as enzyme inhibitors.
- Principles of bioenergetics and metabolism. Role of ATP and electron carriers. Catabolism. Glycolysis: reactions, enzymes and intermediates. Via of the pentoso phosphates. Lactic and alcoholic fermentation. Krebs cycle and anaplerotic reactions. Glyoxylate cycle. Beta-oxidation of fatty acids. Degradation of amino acids and urea cycle. The electronic mitochondrial flow and the biosynthesis of ATP. Rotational catalysis. Inhibitors and decouplers of oxidative phosphorylation. Mixed function oxidases. Biotransformation of xenobiotics. Role of glutathione. Anabolism: gluconeogenesis, biosynthesis of fatty acids and biosynthesis of amino acids. Nitrogen cycle. Carbon organization: Calvine cycle and photosynthesis.
- Basic biochemical techniques: sample preparation, centrifugation, electrophoresis, immunological and enzymatic techniques. Enzymes as environmental biomarkers.
- historical excursus on the main discoveries and prominent personalities that have allowed the development of microbiology; microbial evolution. Origins of life on Earth. Microbial physiology. Microbial growth principles. Structures and functions (single-cell Bacteria, Archea, Eukarya). Microbial metabolism. Biogeochemical cycles. General principles and specific description of C, N, P and S cycles
- Antibiotics and quorum sensing
- Microbial systematics. Genetics of microorganisms. Horizontal gene transfer, two-component systems, examples of transcriptional and post-translational regulation. Symbiosis. Principles and examples of different forms of symbiosis involving different categories of microorganisms.
Prerequisites
Basic knowledge of cell biology, general chemistry, organic chemistry and thermodynamics
Teaching form
Frontal lessons for a total of 12 credits, equivalent to 96 hours. During the Covid-19 emergency period, lessons will take place in a mixed mode: partial attendance and all lessons will be videotaped asynchronously.
Textbook and teaching resource
The course will be carried out with the help of slides, videos and scientific articles. All the projected teaching material and the in-depth material is made available to students on the Ateno e-learning platform.
Recommended texts:
Biology of Microorganisms (Dehò-Galli - Ambrosiana Publishing House);
Brock - Biology of Microorganisms (Madigan, Martinko, Stahl, Clark - PEARSON Publishing House).
Nelson & Cox, Introduction to the biochemistry of Lehninger, Zanichelli ed., 2018.
The texts are available for personal loan in a reduced number of copies at the science library; paper copies are available at all university bookstores or as an e-book at the university library.
Semester
Second semester
Assessment method
The verification of the knowledge learned will be carried out in three distinct moments: 1. An oral biochemistry test consisting of the discussion of two topics chosen by the teacher among those treated during the course; 2. a written examination on microbiology topics followed by an oral microbiology test, during which the elements of weakness identified during the written test are deepened. The exam is considered passed if the student obtains a mark resulting from the mathematical average of the two results obtained from the test (1) and from the tests (2) between 18 and 30 out of thirty. Other details on the modalities are specified in the syllabi of the two modules.
Office hours
By appointment writing to andrea.franzetti@unimib.it (Microbiology) and to paolo.parenti@unimib.it (Biochemistry)