Syllabus del corso
Obiettivi
Acquisire i fondamenti dei processi biochimici che avvengono negli organismi viventi con particolare attenzione alla catalisi enzimatica e al rapporto struttura/funzione delle biomolecole.
Conoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente conosce:
-
i metodi con cui gli organismi viventi ricavano l'energia necessaria a svolgere tutte le manifestazioni della vita;
-
i metodi per lo studio delle proprietà delle macromolecole soprattutto proteine, enzimi e acidi nucleici;
-
i metodi utilizzati per la determinazione della velocità di una reazione enzimatica;
-
le vie cataboliche e anaboliche e i metodi utilizzati dai viventi per coordinare i percorsi metabolici.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente è in grado di:
-
calcolare il punto isoelettrico di un aminoacido o di altro metabolita;
-
calcolare le costanti cinetiche che governano una reazione enzimatica;
-
calcolare il peso molecolare di una proteina.
Autonomia di giudizio
Saper individuare i metodi più appropriati per analizzare inibitori enzimatici.
Abilità comunicative
Saper descrivere in forma scritta in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni effettuate
Capacità di apprendere
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite in ambiti differenti da quelli presentati durante il corso ed approfondire gli argomenti trattati nella letteratura scientifica concernente gli aspetti del metabolismo.
Contenuti sintetici
Modulo I
BIOCHIMICA
L'insegnamento tratta:
- 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.
Programma esteso
Programma dettagliato
- 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 Calvin e fotosintesi.
- Tecniche biochimiche di base: preparazione dei campioni, centrifugazione, elettroforesi, tecniche immunologiche ed enzimatiche. Enzimi come biomarker ambientali.
Prerequisiti
Per seguire l'insegnamento conn profitto è necessario che lo studente abbia acquisito, senza tuttavia che debba aver superato i rispettivi esami:
- conoscenze di chimica generale, in particolare sulla struttura dei legami chimici e sulle proprietà degli elementi;
- conoscenze di chimica del carbonio e delle proprietà chimico-fische delle molecole organiche nella loro diversità ecomplessità;
- conoscenze di termodinamica.
Non sono previste propedeuticità
Modalità didattica
21 lezioni da 2 ore svolte in modalità erogativa in presenza
Materiale didattico
Il materiale didattico comprende:
Diapositive delle lezioni, filmati e animazioni proiettati in aula sono disponibili sul sito e-learning.
Il testo consigliato è: Nelson and Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger Zanichelli ed., 2023. Esso è reperibile per il prestito personale in un numero ridotto di copie presso la biblioteca di scienze; è acquistabile cartaceo con sconto sul prezzo di copertina presso tutte le librerie universitarie oppure è disponibile ad un prezzo inferiore come e-book presso la casa editrice o ancora presso la biblioteca di ateneo è possibile scaricare l' e-book in modo da poterlo consultare offline per un periodo predeterminato di tempo. Edizioni precedenti del testo sono comunque valide.
Sono forniti alcuni siti internet su cui approfondire conoscenze utili a completare la preparazione di base.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale. L'esame si considera superato se lo studente consegue una votazione compresa tra 18 e 30 trentesimi. La prova ha una durata di 60 minuti. L'esame orale consiste nella discussione di due argomenti scelti dal docente tra quelli trattati durante il corso, ad esempio la stesura su carta di una via metabolica e discussione del suo ruolo fisiologico, la stesura su carta di una reazione enzimatica e discussione delle tecniche di misurazione della stessa, la descrizione di una struttura biologica complessa e rapporto con la sua funzione anche avvalendosi di schemi disegnati su carta al momento. La valutazione delle prove tiene conto della efficienza dei metodi utilizzati, della completezza ed esattezza delle risposte, nonché della chiarezza nella presentazione. Non sono previsti esercizi numerici, né test a risposta mulipla. Non sono previste valutazioni intermedie, prove di gruppo, laboratori o presentazioni di progetti.
Orario di ricevimento
Su appuntamento scrivendo alla casella di posta paolo.parenti@unimib.it
Sustainable Development Goals
Aims
Acquire the fundamentals of the biochemical processes that occur in living organisms with particular attention to enzymatic catalysis and the structure / function relationship of biomolecules.
Knowledge and understanding
At the end of the course the student knows:
- the methods by which living organisms extract the energy necessary to carry out all the manifestations of life;
- methods for studying the properties of macromolecules, especially proteins, enzymes and nucleic acids;
- the methods used to determine the speed of an enzymatic reaction;
- the catabolic and anabolic pathways and the methods used by living beings to coordinate metabolic pathways.
Applied knowledge and understanding
At the end of the course the student is able to:
- calculate the isoelectric point of an amino acid or other metabolite;
- calculate the kinetic constants that govern an enzymatic reaction;
- calculate the molecular weight of a protein.
Autonomy of judgment
Knowing how to identify the most appropriate methods for analyzing enzymatic inhibitors.
Communication skills
Knowing how to describe in a clear and concise way in written form and to present the objectives, the procedure and the results of the processing carried out orally with language properties.
Ability to learn
Be able to apply the knowledge acquired in areas other than those presented during the course and to deepen the topics covered in the scientific literature concerning the aspects of metabolism.
Contents
The teaching is:
- of the structure and function of simple, polymeric and complex biomolecules;
- of the ways in which the biochemical reactions occur in the 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 these develop within pathways called metabolic pathways.
- of the main techniques for studying biomecules.
Detailed program
Detailed plan
- 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. Enzymatic dosage. Equation of reciprocal doubles.
- 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 transporters. Catabolism. Glycolysis: reactions, enzymes and intermediates. Via dei 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. Mitochondrial electron flow and ATP biosynthesis. Rotational catalysis. Inhibitors and decouplers of oxidative phosphorylation. Oxidases with mixed function. Biotransformation of xenobiotics. Role of glutathione. Anabolism: gluconeogenesis, biosynthesis of fatty acids and biosynthesis of amino acids. Nitrogen cycle. Carbon organization: Calvin cycle and photosynthesis.
- Basic biochemical techniques: sample preparation, centrifugation, electrophoresis, immunological and enzymatic techniques. Enzymes as environmental biomarkers.
Prerequisites
To follow the teaching conn profit it is necessary that the student has acquired, without however having to have passed the respective exams:
- knowledge of general chemistry, in particular on the structure of chemical bonds and on the properties of the elements;
- knowledge of carbon chemistry and chemical-physical properties of organic molecules in their diversity and complexity;
- knowledge of thermodynamics.
Prerequisites are not required.
Teaching form
24 2-hour in-person lectures in delivery mode
Textbook and teaching resource
The teaching material includes:
Slides of the lectures, films and animations projected in the classroom are available on the e-learning website.
The recommended text is: Nelson and Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger Zanichelli ed., 2023. It is available for personal loan in a reduced number of copies at the science library; it can be purchased on paper with a discount on the cover price at all university bookstores or is available at a lower price as an e-book at the publishing house or even at the university library it is possible to download the e-book so that it can be consulted offline for a predetermined period of time. Previous editions of the textbook are accepted.
Some websites are provided on which to deepen useful knowledge to complete the basic preparation.
Semester
Second semester
Assessment method
Oral examination. The exam is passed if the student achieves a mark between 18 and 30/30. The test lasts 60 minutes. The oral exam consists in the discussion of two topics chosen by the teacher from those covered during the course, for example the drawing up of a metabolic pathway on paper and discussion of his physiological role, the drawing up of an enzymatic reaction on paper and discussion of the techniques of measurement of the same, the description of a complex biological structure and its relationship with its function also using diagrams drawn on paper at the time. The evaluation of the tests takes into account the efficiency of the methods used, the completeness and accuracy of the answers, as well as the clarity in the presentation. There are no numerical exercises, nor tests with multiple answers. Intermediate evaluations, group tests, workshops or project presentations are not foreseen.
Office hours
Receive by appointment writing to the address paolo.parenti@unimib.it
Sustainable Development Goals
Staff
-
Paolo Parenti
