Course Syllabus
Obiettivi
Il corso si propone di impartire le conoscenze introduttive alla biochimica che costituiscono il bagaglio conoscitivo e concettuale indispensabile per il successivo approfondimento di qualsiasi fenomeno biologico a livello molecolare e cellulare. In particolare, il programma verte su chimica delle proteine, enzimologia e metabolismo.
Una parte significativa del corso consisterà di esercitazioni teoriche in cui gli studenti saranno addestrati all’utilizzo di semplici leggi chimico-fisiche che governano i fenomeni biologici.
1. Conoscenze e capacità di comprensione. Le conoscenze erogate forniscono gli strumenti per la comprensione dei fenomeni biologici a livello molecolare e cellulare.
2. Conoscenze e capacità di comprensione applicate. Le conoscenze costituiscono una base conoscitiva iniziale per l’approccio dei problemi sperimentali in ambito biologico.
3. Autonomia di giudizio. Il corso fornisce una iniziale base conoscitiva per la comprensione della letteratura scientifica e per la valutazione critica delle problematiche legate alla sperimentazione biologica.
4. Abilità comunicative. Il corso fornisce alcuni elementi basilari del linguaggio scientifico correntemente utilizzato nell’ambito della ricerca biologica.
5. Capacità di apprendere. La base conoscitiva fornita dal corso è presupposto indispensabile per un efficace apprendimento di contenuti erogati nel successivo percorso formativo in molteplici ambiti della biologia.
Contenuti sintetici
- Le interazioni non covalenti in soluzione acquosa
- Livelli di organizzazione strutturale e proprietà delle proteine
- Enzimologia. Proteine allosteriche
- Il metabolismo
Programma esteso
1 - GENERALITA’
Struttura e proprietà generali dell’acqua. Interazioni non covalenti intra- e intermolecolari: implicazioni nelle proprietà delle molecole biologiche. Dissociazione acido-base in soluzione acquosa. Soluzioni tampone.
2 - LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE E PROPRIETÀ DELLE PROTEINE
Struttura degli aminoacidi presenti nelle proteine. Proprietà fisiche degli amminoacidi. Proprietà acido-base degli amminoacidi. Natura del legame peptidico. Proteine: definizione dei diversi livelli organizzativi. Proteine dotate di sola struttura secondaria. Proprietà fisiche delle proteine. Criteri di classificazione delle proteine. Cenni sui meccanismi di ripiegamento delle proteine. Cenni sui metodi di previsione della struttura tridimensionale delle proteine sulla base della struttura primaria
3 - GLI ENZIMI
Fattori coinvolti nei meccanismi di catalisi enzimatica. Esempi di meccanismi di reazioni catalizzate da enzimi. Cinetica enzimatica allo stato stazionario. Fattori fisici che influenzano l’attività enzimatica. Regolazione dell’attività enzimatica: ruolo di inibitori e attivatori.
4 - PROTEINE ALLOSTERICHE
Definizione e ruolo adattativo delle proteine allosteriche. Fondamenti molecolari dell’allostericità. Modelli interpretativi dei meccanismi molecolari del comportamento allosterico. Alcuni esempi di proteine allosteriche. Le globine.
5 - IL METABOLISMO
a) Il piano generale del metabolismo. Il metabolismo energetico; il ruolo dell’ATP nel metabolismo energetico e nel trasferimento di energia chimica. b) La glicolisi aerobica e anaerobica. c) Principi generali dell’ossidoriduzione. Il metabolismo ossidativo: ciclo del citrato e fosforilazione ossidativa; l’accoppiamento chemioosmotico. d) Gluconeogenesi e glicogeno. e) Principi generali del controllo ormonale del metabolismo: il caso di adrenalina, glucagone e insulina. f) La via dei pentoso-fosfati: ruoli metabolici della glucosio 6-fosfato deidrogenasi. I coenzimi NAD e NADP e differenziazione dei loro ruoli metabolici. g) Il metabolismo dei lipidi: assimilazione, degradazione, immagazzinamento, biosintesi e meccanismi regolativi. I corpi chetonici. h) Difetti metabolici e diabete. i) cenni sul metabolismo del colesterolo e degli ormoni steroidei j) Il metabolismo dell’azoto: il ricambio di amminoacidi e proteine; l’autofagia; il catabolismo e la biosintesi degli amminoacidi; il catabolismo e la biosintesi dell’azoto proteico; il ruolo delle amminotransferasi. k) Il ciclo dell’azoto. l) L’integrazione del metabolismo.
Prerequisiti
Conoscenza di chimica generale e organica e di elementi base di biologia cellulare.
Modalità didattica
Lezioni (6 cfu) ed esercitazioni teoriche (2 cfu). Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno da remoto asincrono con eventi in videoconferenza sincrona.
Materiale didattico
Campbell e Farrell: “Biochimica”, Edises
Nelson, Cox: “Principi di biochimica di Lehninger”, Ed. Zanichelli
Mathews, Van Holde, Ahern: “Biochimica”, Casa Editrice Ambrosiana.
Sono inoltre disponibili gratuitamente online ulteriori supporti (https://sites.google.com/site/unibakeka/materiale-didattico), in particolare una dispensa completa sulle tematiche di chimica delle proteine ed enzimologia, nonché una raccolta di presentazioni Power point che includono tutte le tematiche e i contenuti relativi al metabolismo trattati a lezione
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Gli studenti devono sostenere due esami scritti a quiz, uno per ciascun modulo, inclusivi di tutti i contenuti dei rispettivi moduli. Segue un esame orale finale in cui gli studenti devono dimostrare la conoscenza dei concetti base della materia.
Orario di ricevimento
I docenti ricevono per appuntamento.
Aims
The course imparts basic knowledge of biochemistry, which represents the stock of knowledge and concepts required to address any further biological subject at the molecular and cellular level. In particular, it deals with protein chemistry, enzymology and metabolism.
A significant part of the teaching will be devoted to theoretical exercises, whereby students will be familiarized with basic chemical-physical laws that govern bi0logical phenomena.
1. Knowledge and understanding. Knowledge imparted provides the basic tools for the understanding of biological phenomena at the molecular and cellular level.
2. Applying knowledge and understanding. Knowledge imparted represents the basic background to address experimental issues in biology.
3. Making judgments. The course provides a knowledge basis for the understanding of scientific literature and for the critical assessment of issue related to biological experimentation.
4. Communication skills. The course imparts basic elements of scientific language currently adopted in the context of biological research.
5. Learning skills. Knowledge provided by the course represents a prerequisite for effective learning of contents subsequently imparted in several areas of biology.
Contents
Non-covalent interactions in aqueous solution
- Structural levels and properties of proteins
- Enzymology. Allosteric proteins
- Metabolism
Detailed program
1 - GENERAL PRINCIPLES
Structure and general properties of water. Intra- and intermolecular non-covalent interactions: their role in determining the properties of biological molecules. Acid-base dissociation in aqueous solutions. Buffer solutions.
2 – LEVELS OF STRUCTURAL ORGANIZATION IN PROTEINS
Structures of amino acids found in proteins. Physical and acid-base properties of amino acids. Properties of the peptide bond. Filamentous proteins. The different structural levels in proteins. Physical properties of proteins. Criteria of classification of proteins. Basic principles of protein folding. Methods of protein 3D structure prediction.
3 - ENZYMES
Mechanisms of enzyme catalysis. Examples of mechanisms of enzyme-catalyzed reactions. Steady-state enzyme kinetics. Physical factors affecting enzyme activity. Regulation of the enzyme activity: the role of inhibitors and activators.
4 – ALLOSTERIC PROTEINS
Definition and adaptive roles of allosteric behavior. Molecular mechanisms of allostericity. Interpretation of allosteric behavior at the molecular level. Some examples of allosteric proteins and enzymes. The globins.
5 – METABOLISM
Basic principles. Glycolysis and fermentations. The Krebs cycle. The oxidative phosphorylation. The pentose-phosphate pathway. Biosynthesis and degradation of lipids. Biosynthesis and degradation of amino acids. Glycogen metabolism. Gluconeogenesis. The nitrogen cycle in the biosphere. Integration of metabolic pathways. Basic concepts on the role and the action mechanisms of hormones.
Prerequisites
General and organic chemistry. Basic knowledge of cell biology
Teaching form
Lectures (6 cfu) and theoretical exercises (2 cfu). During the Covid-19 emergency period, lessons will be held remotely asynchronously with synchronous videoconferencing events.
Textbook and teaching resource
Campbell e Farrell: Edises
- Nelson, Cox: “Principi di biochimica di Lehninger”, Ed. Zanichelli
- Mathews, Van Holde, Ahern: “Biochimica”, Casa Editrice Ambrosiana.
- A text drawn up by the teacher is available online for free (https://sites.google.com/site/unibakeka/materiale-didattico).
Semester
First semester
Assessment method
Students must take two multiple choice tests (one for each teaching module) addressing all contents of the respective module. This is followed by a final oral examination, whereby students must prove to be acquainted with the basic concepts of the taught subjects.
Office hours
The teachers receive by appointment.