Syllabus del corso
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. Nell’ambito di tali tematiche, il corso tratterà i contenuti fondamentali pur senza intenti di sistematicità. Esso intende infatti chiarire innanzitutto la logica che governa i fenomeni descritti, fornendo così una chiave di lettura che faciliti la comprensione dei processi molecolari e metabolici nel loro insieme.
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.
- Conoscenze e capacità di comprensione. Le conoscenze erogate forniscono gli strumenti per la comprensione dei fenomeni biologici a livello molecolare e cellulare.
- Conoscenze e capacità di comprensione applicate. Le conoscenze costituiscono una base conoscitiva iniziale per l’approccio dei problemi sperimentali in ambito biologico.
- 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.
- Abilità comunicative. Il corso fornisce alcuni elementi basilari del linguaggio scientifico correntemente utilizzato nell’ambito della ricerca biologica.
- 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
PRIMO MODULO:
- Le interazioni non covalenti in soluzione acquosa
- Livelli di organizzazione strutturale e proprietà delle proteine
- Enzimologia
- Proteine allosteriche
SECONDO MODULO:
- Il metabolismo
Programma esteso
PRIMO MODULO:
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.
SECONDO MODULO:
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 chimica organica organica; i principi dell'equilibrio chimico e della cinetica chimica; principi della termodinamica classica; elementi base di biologia cellulare.
Modalità didattica
64 ore, 32 lezioni da 2 ore costituite da: una parte in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti, concetti, principi scientifici; una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede interventi didattici integrativi, discussione di casi di studio.
Tutte le attività sono svolte in presenza
L'insegnamento verrà tenuto in lingua italiana
Materiale didattico
Sul primo modulo del corso è disponibile un testo curato da P. Tortora, D. Prosperi, e M. Colombo dal titolo: "Principi di Biochimica". Ed. Scientifiche Falco, ISBN: 9791280774613. Questo testo contiene tutto il materiale relativo alla parte generale sulle proteine e enzimologia necessario per sostenere l'esame di profitto.
Inoltre, si consiglia a discrezione, il seguente Materiale di consultazione
- 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 (sito e-learning del corso), in particolare 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 e una o più domande aperte, uno per ciascun modulo, inclusivi di tutti i contenuti dei rispettivi moduli. Segue un esame orale per tutti gli studenti che non hanno sostenuto in toto o in parte le prove parziali o per coloro i quali sono risultati insufficienti in una o entrambe le prove. Un esame orale completo è sempre possibile per gli studenti che non hanno sostenuto le prove parziali.
Orario di ricevimento
I docenti ricevono per appuntamento.
Sustainable Development Goals
Aims
The course imparts basic knowledge and concepts of biochemistry, which represent the prerequisite to address any further biological subject at the molecular and cellular level. In particular, it deals with protein chemistry, enzymology and metabolism. In the framework of these topics, only fundamental contents are presented, without a systematic treatment of biochemistry. In fact, the course is mainly aimed at clarifying the rationale underlying the described phenomena, thus providing a key to the understanding of molecular and metabolic processes as a whole.
A significant part of the teaching will be devoted to theoretical exercises, whereby students will be familiarized with basic chemical-physical laws that govern biological phenomena.
- Knowledge and understanding. Knowledge imparted provides the basic tools for the understanding of biological phenomena at the molecular and cellular level.
- Applying knowledge and understanding. Knowledge imparted represents the basic background to address experimental issues in biology.
- 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.
- Communication skills. The course imparts basic elements of scientific language currently adopted in the context of biological research.
- Learning skills. Knowledge provided by the course represents a prerequisite for effective learning of contents subsequently imparted in several areas of biology.
Contents
FIRST MODULE:
- Non-covalent interactions in aqueous solution
- Structural levels and properties of proteins
- Enzymology
- Allosteric proteins
SECOND MODULE:
- Metabolism
Detailed program
FIRST MODULE:
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.
SECOND MODULE:
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
Knowledge of general and organic chemistry; principles of chemical equilibrium and chemical kinetics; principles of classical thermodynamics; basic concepts of cell biology.
Teaching form
64 h lessons, 2 h each: a section of delivered didactics (Didattica erogativa, DE) focused on the presentation-illustration of contents by the lecturer; a section of interactive teaching (Didattica Interattiva, DI) including teaching interventions supplementary to delivered didactic activities and discussion of case studies.
Didactic activities are conveyed by means of face-to-face lectures
Teaching language: Italian
Textbook and teaching resource
For the first module of the course, students are provided with the textbook edited by P. Tortora, D. Prosperi, and M. Colombo, entitled Principi di Biochimica (Edizioni Scientifiche Falco, ISBN: 9791280774613). This textbook contains all the material required for the examination concerning the general aspects of proteins and enzymology.
In addition, the following reference textbooks are recommended for consultation:
- Campbell and Farrell, Biochemistry, EdiSES.
- Nelson and Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, Zanichelli.
- Mathews, Van Holde, and Ahern, Biochemistry, Casa Editrice Ambrosiana.
Additional supporting materials are also freely available online through the course e-learning platform. In particular, a collection of PowerPoint presentations is provided, covering all topics and content related to metabolism discussed during the lectures.
Semester
1st semester.
Assessment method
Students are required to take two written examinations, one for each module, consisting of multiple-choice questions and one or more open-ended questions. Each examination covers all the topics included in the corresponding module.
Students who have not taken the written assessments may opt to sit for a comprehensive oral examination, covering the content of both modules.
An oral examination is also required for students who have not completed all or part of the written assessments, as well as for those who obtain an insufficient grade in one or both written examinations.
Office hours
The teachers receive by appointment.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Davide Prosperi
