Biochimica generale

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
48
Ore totali
SSD
BIO/10
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire la terminologia e i principi basilari necessari allo studio dei processi metabolici che verranno sviluppati nell'insegnamento del III anno Biochimica Metabolica e Funzionale. In particolare, il corso di Biochimica Generale ha come obiettivo formativo quello di condurre lo studente attraverso un percorso che gli consenta di acquisire le conoscenze relative a:
- struttura, proprietà chimico-fisiche e funzioni delle principali biomolecole organiche "semplici" (aminoacidi, carboidrati, lipidi e nucleotidi) di specifica rilevanza per l'organismo umano;
- basi chimiche e fisiche che promuovono l'assemblaggio di queste biomolecole organiche "semplici" a formare macromolecole e complessi sopramolecolari funzionali (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici, membrane biologiche) così da comprenderne il rapporto struttura-funzione;
- bioenergetica nell'organismo umano: meccanismi di estrazione, conservazione ed utilizzazione dell'energia;
- cinetica delle reazioni chimiche, funzione e regolazione degli enzimi.
L'insegnamento si propone inoltre di fornire allo studente i principi basilari relativi alla biochimica delle macromolecole informazionali (DNA, RNA e proteine) con nozioni sulla loro struttura, proprietà, metabolismo e funzioni.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento di Biochimica Generale, lo studente dovrà aver acquisito la terminologia e conoscenze della struttura, delle proprietà chimico-fisiche e delle funzioni delle principali biomolecole di specifica rilevanza per l'organismo umano. Inoltre, lo studente dovrà aver appreso i principi del controllo termodinamico e cinetico delle reazioni chimiche che avvengono nelle cellule dell'essere umano e i principi alla base della trasmissione dell'informazione contenuta nel genoma.
Programma e organizzazione didattica

Linea AL

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Cellule, biomolecole, acqua

AMINOACIDI
- Struttura generale e classificazione
- Proprietà di ionizzazione
- Caratteristiche del legame peptidico

PROTEINE
- Struttura (Iaria, IIaria, IIIaria, IVaria) e funzione
- Proteine globulari
· Mioglobina
· Emoglobina:
legame dell'ossigeno e variazioni conformazionali; fattori che modificano l'affinità dell'Hb per l'ossigeno (pH, pCO2, temperatura, 2,3-difosfoglicerato); azione tampone; trasporto della CO2; forme fisiologiche e patologiche (HbS, MetaHb, HbA1c); talassemie
· Albumina
· Globuline
- Proteine fibrose
· Collagene:
composizione in aminoacidi; struttura del tropocollagene; organizzazione in fibrille; legami crociati
· Elastina
· alfa e beta Cheratine


CARBOIDRATI
- Monosaccaridi aldosi e chetosi, forma aperta e struttura ciclica, aminozuccheri, acidi uronici, acidi sialici
- Disaccaridi (maltosio, isomaltosio,lattosio, saccarosio): legame glicosidico
- Polisaccaridi (glicogeno, amido, cellulosa)
- Glicoproteine (O-linked ed N-linked)
- Glicosaminoglicani (principali classi) e proteoglicani: struttura e funzione

LIPIDI
- Acidi grassi saturi e insaturi: nomenclatura, numerazione alfa e n numerazione carbossilica (omega)
- Struttura e funzionale- Proprietà degli aggregati lipidici: micelle, liposomi

Membrane;
- Modello a mosaico fluido e proprietà, i microdomini di membrana.
- Trasporto di membrana (diffusione semplice e facilitata, trasporto attivo, proteine canale, Na+/K+-ATPasi, Ca++-ATPasi)

BASI AZOTATE:
Struttura e caratteristiche della basi puriniche e pirrimidiniche, nucleosidi e nucleotidi, struttura tridimensionale e organizzazione spaziale del DNA.

Principi di termodinamica nei sistemi biologici
- Entropia, Entalpia, Energia libera di Gibbs (G)
- Variazione di Energia libera ( del G) e costante di equilibrio; reazioni esoergoniche ed endoergoniche
- Composti fosforilati e tioesteri ad alto contenuto energetico
- Basi chimiche della variazione di energia libera associata all'idrolisi dell'ATP
- Reazioni accoppiate

Enzimi
- Enzimi costitutivi e induttivi
- Cinetica enzimatica, equazione di Michaelis-Menten, Vmax e Km; grafico dei doppi reciproci
- Meccanismi di inibizione dell'attività enzimatica (inibitori competitivi, non competitivi, incompetitivi); inibizione da prodotto, inibizione a feed-back; inibitori irreversibili
- Regolazione dell'attività enzimatica: influenza del pH e della temperatura; modificazione covalente (legame di gruppi fosforici); associazione-dissociazione
- Enzimi allosterici
- Zimogeni
- Isoenzimi
- Cofattori e coenzimi: struttura della vitamina PP e della vitamina B2 e dei coenzimi derivati NAD(P)+, FMN, FAD
- Classificazione degli enzimi: per ognuna delle sei classi il tipo di reazione catalizzata con un esempio

Bioenergetica mitocondriale
- Mitocondri
- Catena respiratoria (componenti e loro sequenza, controllo, inibitori e disaccoppianti)
- Fosforilazione ossidativa
- Carriers mitocondriali

Acidi nucleici
- Struttura del DNA ed RNA (m-, r-, t-RNA)
- Modificazioni spontanee ed indotte dei nucleotidi, Danno al DNA, mutazioni, processi di riparazione del DNA
- Trascrizione nei procarioti e negli eucarioti;
Sintesi e degradazione delle proteine
- Attivazione degli aminoacidi e legame con il tRNA
- Meccanismo della traduzione ed inibitori
- Modificazioni post-traduzionali e smistamento delle proteine
- Degradazione lisosomiale e ubiquitina dipendente
Prerequisiti
L'insegnamento è rivolto a studenti che abbiano acquisito nozioni di chimica generale inorganica e di biologia generale.
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula (6 CFU)
Materiale di riferimento
Materiale iconografico delle lezioni su sito https://ariel.unimi.it/
- D.L. Nelson, M.M. Cox, "I Principi di Biochimica di Lehninger", Zanichelli, 7°ed., 2018
- N. Siliprandi, G. Tettamanti, "Biochimica Applicata Medica", Piccin, 5°ed., 2018
- T.M.Devlin, "Biochimica con aspetti clinico-farmaceutici", EdiSES, 5° ed., 2013
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova orale che prevede una domanda su ciascuno dei seguenti tre argomenti:
- struttura chimica delle biomolecole;
- classificazione, cinetica e regolazione degli enzimi;
- macromolecole informazionali;
più ulteriori domande su due altri argomenti inclusi nel programma.
L'esame si considera superato quando lo studente dimostra la conoscenza degli argomenti richiesti.
Il criterio di assegnazione del voto è stabilito sulla base del livello di approfondimento dimostrato delle proprie conoscenze e sulla capacità dello studente di rispondere ai quesiti con terminologia appropriata.
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore

Linea MZ

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Elementi, biomolecole (gruppi funzionali e isomeria) e legami chimici alla base dell'organizzazione cellulare e dei fenomeni biologici

Acqua, acidi e basi, pH e sistemi tampone nell'organismo umano

Aminoacidi
Struttura, classificazione, caratteristiche chimiche e funzioni. Legame peptidico.

Proteine
Struttura (Iaria, IIaria, IIIaria e IVaria), proprietà e funzioni. Proteine semplici e complesse. Struttura e funzioni di:
- proteine fibrose: alfa-cheratine, collagene, elastina; biosintesi del collagene fibrillare d tipo I;
- proteine globulari: pre-albumina, albumina, immunoglobuline;
- mioglobina ed emoglobina [legame dell'ossigeno e variazioni conformazionali; fattori che modificano l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno (temperatura, pH, pCO2, 2,3-difosfoglicerato); trasporto della CO2; azione tampone; forme fisiologiche e patologiche dell'emoglobina (HbS, metaHb, HbA1c; talassemie].

Carboidrati
Struttura e funzioni di:
- monosaccaridi: aldosi e chetosi, forma aperta e struttura ciclica, zuccheri sostituiti e derivati saccaridici (aminozuccheri, acidi uronici, polialcoli, desossizuccheri, acidi sialici); legame glicosidico;
- disaccaridi: maltosio, isomaltosio, lattosio, saccarosio, cellobiosio;
- oligosaccaridi: glicoproteine (O-linked ed N-linked);
- omopolisaccaridi: glicogeno, amido, cellulosa;
- eteropolisaccaridi: glicosaminoglicani (principali classi) e proteoglicani.

Lipidi
Struttura e funzioni di:
- acidi grassi saturi e insaturi: nomenclatura, numerazione omega (o n) e numerazione carbossilica (Δ);
- trigliceridi, glicerolfosfolipidi, sfingolfosfolipidi, glicosfingolipidi e colesterolo;
- aggregati lipidici: micelle, liposomi e lipoproteine plasmatiche.

Membrane biologiche
Composizione, struttura e proprietà (asimmetria, fluidità e dinamicità). Proteine di membrana: struttura e funzioni. Meccanismi di trasporto: diffusione semplice e facilitata, trasporto attivo, proteine canale, ionofori.

Enzimi
Proprietà e caratteristiche strutturali. Isoenzimi. Enzimi costitutivi e inducibili.
Cinetica enzimatica: equazione di Michaelis-Menten, Vmax e Km; grafico dei doppi reciproci.
Regolazione dell'attività enzimatica: influenza del pH e della temperatura; meccanismi di inibizione (inibitori reversibili (competitivi, non competitivi, incompetitivi) e irreversibili; inibizione da prodotto e inibizione a feed-back; modificazioni covalenti (legame di gruppi fosforici, etc.); scissione proteolitica; associazione-dissociazione.
Enzimi allosterici.
Nomenclatura e classificazione degli enzimi con esempi per ogni classe.
Cofattori e coenzimi: struttura e funzioni della vitamina B3 (niacina) e della vitamina B2 (riboflavina) e dei coenzimi derivati [NAD(P), FMN, FAD].

Principi di bioenergetica, sintesi di ATP e sue funzioni
Variazione di energia libera (DG), costante di equilibrio, reazioni esoergoniche ed endoergoniche.
Basi chimiche della variazione di energia libera associata all'idrolisi dell'ATP.
Funzioni dell'ATP: reazioni accoppiate e trasferimento di gruppi.
Composti fosforilati ad alto contenuto energetico.
Fosforilazione ossidativa: catena respiratoria e ATP sintasi; controllo, inibitori e disaccoppianti.

Biochimica delle macromolecole informazionali
- Nucleotidi e acidi nucleici: struttura e proprietà chimiche delle basi azotate, dei nucleotidi e delle catene polinucleotidiche; struttura e funzioni di DNA ed RNA; concetto di gene.
- Trascrizione: struttura e proprietà delle RNA polimerasi eucariotiche; meccanismo molecolare del processo; controllo dell'attività trascrizionale nelle cellule eucariote (modificazioni chimiche degli istoni, complessi di rimodellamento della cromatina, metilazione del DNA, enhancer, silencer, attivatori e repressori).
- Processamento e maturazione dei pre-mRNA nelle cellule eucariote: meccanismo e funzioni del capping in 5', della poliadenilazione in 3', dello splicing (costitutivo e alternativo) e dell'RNA editing.
- Traduzione: struttura e funzioni dei ribosomi e dei tRNA, reazione di aminoacilazione, codice genetico, meccanismo di sintesi proteica, ripiegamento e modificazioni post-traduzionali.
- Degradazione dell'mRNA e delle proteine (lisosomiale e ubiquitina-dipendente).
- RNA regolatori: i microRNA.
Prerequisiti
L'insegnamento è rivolto a studenti che abbiano acquisito nozioni di chimica generale inorganica e di biologia generale.
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula (6 CFU)
Materiale di riferimento
Materiale iconografico delle lezioni su sito https://ariel.unimi.it/

- D.L. Nelson, M.M. Cox, "I Principi di Biochimica di Lehninger", Zanichelli, 7°ed., 2018
- N. Siliprandi, G. Tettamanti, "Biochimica Applicata Medica", Piccin, 5°ed., 2018
- T.M.Devlin, "Biochimica con aspetti clinico-farmaceutici", EdiSES, 5° ed., 2013
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova orale che prevede una domanda su ciascuno dei seguenti tre argomenti:
- struttura chimica delle biomolecole;
- classificazione, cinetica e regolazione degli enzimi;
- macromolecole informazionali;
più ulteriori domande su due altri argomenti inclusi nel programma.
L'esame si considera superato quando lo studente dimostra la conoscenza degli argomenti richiesti.
Il criterio di assegnazione del voto è stabilito sulla base del livello di approfondimento dimostrato delle proprie conoscenze e sulla capacità dello studente di rispondere ai quesiti con terminologia appropriata.
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
Docente: Colombo Irma
Docente/i
Ricevimento:
Sempre, previo appuntamento telefonico.
Dipartimento di Scienze Farmacologiche e Biomolecolari, via Trentacoste 2
Ricevimento:
Su appuntamento
Via D. Trentacoste 2 4° Piano