Chimica biologica

A.A. 2020/2021
12
Crediti massimi
144
Ore totali
SSD
BIO/10
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Alla fine del corso lo studente dovrà:
● Descrivere le trasformazioni chimiche che avvengono nell'organismo umano a livello cellulare, tissutale ed integrato.
● Conoscere e spiegare il meccanismo biochimico dei fenomeni biologici normali e le basi chimiche e molecolari dell'omeostasi dell'organismo umano.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito e compreso le conoscenze descritte nel programma, in modo finalizzato al raggiungimento degli obiettivi specificati.
Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di descrivere con proprietà descrivere le trasformazioni chimiche che avvengono nell'organismo umano a livello cellulare, tissutale ed integrato, e dovrà essere in grado di spiegare il meccanismo biochimico dei fenomeni biologici normali e le basi chimiche e molecolari dell'omeostasi dell'organismo umano. Dovrà essere in grado di discutere le conseguenze delle alterazioni di tali meccanismi.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
La didattica sarà svolta in presenza in modalità mista.
Programma
Linee A-L e M-Z:
La chimica biologica alla base della formazione del medico.
Peculiarità della chimica dei sistemi viventi. Organizzazione generale del metabolismo. Concetti generali di nutrizione.
Spesa energetica quotidiana. Metabolismo basale. Valore calorico degli alimenti. Riserve energetiche dell'organismo, peso corporeo ottimale.
Fabbisogni nutrizionali, macro-e micronutrienti, nutrienti essenziali, concetti base di una nutrizione adeguata
Lavoro ed energia nell'organismo, variazioni di energia libera, reazioni eso- ed endoergoniche, reazioni accoppiate. Legami ad alta energia.
ATP e composti ad alta energia. ATP e lavoro cellulare. Pompe ioniche, contrazione muscolare, lavoro biosintetico
Omeostasi dell'ATP. Generalità sul metabolismo ossidativo.
Bioenergetica mitocondriale. Reazioni di ossidoriduzione nei sistemi biologici. Ossidasi e deidrogenasi. NAD e FAD. Generalità sul ciclo di Krebs.
Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa. Struttura della membrana mitocondriale interna.
Definizione di fabbisogno in energia e nutrienti.
LARN
Fabbisogno energetico. Metabolismo basale: calorimetria diretta, indiretta, equivalenti calorici, equazioni di predizione del MB.
Energetica del trasporto di elettroni. Meccanismo molecolare e controllo della fosforilazione ossidativa.
Trasporto di elettroni e gradiente protonico, teoria chemioosmotica per la sintesi di ATP. Disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa.
Fabbisogno di ossigeno nell'organismo. Emoglobina e trasporto dell'ossigeno. Curva di saturazione dell'emoglobina per l'ossigeno.
Struttura di eme e dell'emoglobina. Cooperatività nel legame dell'emoglobina con l'ossigeno. Emoglobina e mioglobina.
Trasporto dell'ossigeno e dell'anidride carbonica. Fattori che influenzano la affinità della emoglobina per l'ossigeno. Varianti fisiologiche dell'emoglobina.
Fabbisogno energetico: termogenesi indotta dalla dieta, processi digestivi che richiedono dispendio di energia.
Fabbisogno energetico dell'attività fisica.
Enzimi. Proprietà generali dei catalizzatori enzimatici: efficienza, specificità, regolabilità. Complesso enzima-substrato.
Nomenclatura degli enzimi.
Meccanismo della catalisi enzimatica. Influenza delle variabili ambientali sulla attività enzimatica.
Cinetica enzimatica, equazione di Michelis Menten, Km, affinità, Vmax. La Km al lavoro. Regolazione della attività enzimatica, concetti generali ed esempi specifici.
Regolazione della attività enzimatica. Inibizione enzimatica. Regolazione allosterica. Cinetica degli enzimi allosterici. Regolazione mediante modifiche covalenti. Enzimi con più substrati.
Digestione ed assorbimento dei principi nutritivi. Secreti del tratto gastrointestinale, enzimi digestivi.
Formule per il calcolo del peso desiderabile.
BMI
Relazione tra BMI e sindrome metabolica.
Fabbisogno proteico.
Regolazione neuroumorale della secrezione gastrointestinale e dei processi digestivi. Zimogeni. Digestione di carboidrati e proteine.
Fibre. Secreto biliare, lipasi e digestione dei lipidi. Assorbimento dei lipidi, sintesi dei chilomicroni.
Digestione terminale. Basi biochimiche delle intolleranze alimentari. Assorbimento degli zuccheri e degli aminoacidi. Comparsa dei nutrienti in circolo. Glicemia, curve glicemiche, indice glicemico degli alimenti. Cenni preliminari al controllo ormonale della glicemia.
Cenni preliminari al controllo ormonale della glicemia. Sintesi e secrezione dell'insulina. Effetto ipoglicemizzante dell'insulina.
Nutrienti contenuti in cereali, legumi, frutta e verdura: valore nutrizionale delle fibre, cenni sul ruolo e sugli effetti dell'eccesso o carenza dei principali minerali.
Fabbisogno glucidico.
Indice glicemico e carico glicemico.
Effetto dell'insulina sul fegato, sul tessuto adiposo e sul muscolo scheletrico. Metabolismo del glucosio. Ingresso del glucosio nelle cellule. Utilizzazione del glucosio nelle cellule. Glicolisi. Glicolisi aerobica e anaerobica.
Radicali liberi: descrizione dei principali ROS.
Origine endogena dei radicali liberi: identificazione delle principali reazione metaboliche che producono ROS.
Reazioni della via glicolitica. Regolazione della utilizzazione del glucosio in vari tessuti. Regolazione della glicolisi. Glucocinasi, esocinasi.
Fosfofruttocinasi, regolazione allosterica della PFK1. Fruttosio 2,6 bisfosfato. Regolazione endocrina delle vie metaboliche, principi generali.
Trasduzione del segnale, recettori accoppiati a proteine G. Secondi messaggeri. Adenilato ciclasi e cAMP. Recettore per il glucacone, recettori adrenergici. Regolazione ormonale dei livelli di fru2,6BP nel fegato e nel cuore.
Reazioni chimiche dei ROS con DNA, lipidi, glucidi e proteine.
Definizione di stress ossidativo.
Altri sistemi di trasduzione del segnale: PLC, PKC, PIP2, PI3K e PIP3, DAG, IP3 e Ca2+. Recettore per l'insulina. Piruvato cinasi e regolazione della glicolisi. Glicogeno. Glicogeno nel fegato e nel muscolo.
Glicogenosintesi e glicogenolisi. Regolazione del metabolismo del glicogeno.
Regolazione integrata del metabolismo del glucosio, insulina, glucagone, adrenalina e segnale nervoso.
Generalità sullo shunt dei pentosi. Utilizzazione del NADPH in vari tessuti. Glutatione e stress ossidativo. Shunt dei pentosi e via di interconversione degli zuccheri.
Metabolismo di fruttosio e galattosio. Via dei polialcoli. Acido glucuronico.
Generalità sul metabolismo dei lipidi. Acidi grassi e triacilgliceroli. Lipidi come substrati energetici.
Utilizzazione dei lipidi come substrati energetici in differenti situazioni fisiologiche. Lipoproteine e lipasi lipoproteica. Deposito di lipidi nel tessuto adiposo e Lipolisi. Acidi grassi liberi, loro origine in iper- ed ipoglicemia. Regolazione della lipolisi.
Beta ossidazione degli acidi grassi. Regolazione della beta ossidazione.
Altre vie di ossidazione degli acidi grassi. Ossidazione di acidi grassi nei perossisomi e nel reticolo. Generalità sul metabolismo degli aminoacidi. Bilancio azotato ed utilizzazione degli aminoacidi.
Reazioni di transaminazione-Deaminazione ossidativa. Trasporto dell'azoto nell'organismo. Glutamina. Utilizzazione degli aminoacidi per la produzione di energia. Aminoacidi gluco e cheto genetici. Sintesi del carbamilfosfato.
Ciclo dell'urea. Catabolismo degli aminoacidi a catena ramificata e istidina. Metabolismo della fenilalanina e della tirosina, basi biochimiche della fenilchetonuria. Decarbossilazione degli aminoacidi, amine biogene. Sintesi delle catecolamine.
Antiossidanti endogeni: sequestratori di metalli, superossido dismutasi, catalasi, perossidasi, ciclo del glutatione. Coenzima Q10, cenni sulla sintesi.
Importanza del piruvato. Piruvato deidrogenasi. Regolazione della piruvato DH. Generalità sul ciclo di Krebs. Ciclo di Krebs. Ciclo di Krebs in iper- e ipoglicemia. Importanza del citrato.
Reazioni del ciclo di Krebs, rifornimento del ciclo e ruolo anfibolico. Regolazione del ciclo di Krebs.
Ciclo di Krebs e ciclo dell'urea. Sistemi navetta per il trasporto di equivalenti riducente. Citrato nel citosol. Sintesi di acidi grassi e deposizione di lipidi nel tessuto adiposo.
AcetilCoA carbossilasi ed acido grasso sintetasi. Sintesi di acidi grassi diversi dall'acido palmitico: idrossilazione, elongazione, insaturazione. Acidi grassi essenziali.
Sintesi e deposito di trigliceridi. Gluconeogenesi ed omeostasi del glucosio. Gluconeogenesi e Chetogenesi
Antiossidanti esogeni. Carotenoidi: beta-carotene e vitamina A, assorbimento intestinale, trasporto, fabbisogno; licopene.
Tocoferoli: assorbimento intestinale, trasporto, fabbisogno.
Vitamina C: assorbimento intestinale, trasporto, fabbisogno.
Polifenoli.
Visione integrata del metabolismo energetico.
Biochimica del colesterolo. Funzioni del colesterolo nell'organismo. Fabbisogno e fonti di colesterolo nell'organismo.
Sintesi endogena del colesterolo e sua regolazione.
Struttura e caratteristiche delle lipoproteine plasmatiche Metabolismo delle lipoproteine plasmatiche. Basi biochimiche delle dislipidemie.
Utilizzazione del colesterolo nei vari tessuti. Sali biliari. Ormoni steroidei.
Metabolismo di nucleotidi purinici e pirimidinici. Generalità. Sintesi de novo e vie di salvataggio delle basi azotate.
Catabolismo dei nucleotidi. Basi biochimiche dell'iperuricemia e della gotta.
Coenzimi dell'acido folico (nel metabolismo dei nucleotidi e nel metabolismo degli aminoacidi). SAM.
Biochimica dell'etanolo.
Ruolo biochimico dei polifenoli nella prevenzione delle malattie cardiovascolari
Fabbisogno in lipidi
Ruolo degli acidi grassi insaturi nel controllo delle lipoproteine
Biochimica degli ormoni: generalità, regolazione della funzione endocrina. Ormoni ipotalamici. Ormoni ipofisari. GH e prolattina. Biochimica degli ormoni: generalità, regolazione della funzione endocrina. Ormoni ipotalamici. Ormoni ipofisari. GH e prolattina.
Ormoni della tiroide. Ormoni che controllano il metabolismo del calcio. Vitamina D.
Proteine plasmatiche con funzioni di trasporto. Biochimica degli ormoni steroidei. Glucocorticoidi. Aldosterone, sistema renina-angiotensina. Steroidi sessuali. Sintesi e funzioni di progesterone.
Diete chetogeniche
Impostazione di uno schema dietetico.
Norme dietetiche nell'ipertensione, nel diabete e nelle dislipididemie.
Steroidi sessuali. Sintesi e funzioni di progesterone, androgeni, estrogeni. Sinapsi chimica e neurotrasmettitori. Recettori ionotropici e metabolotropici. Acetilcolina. Catecolamine. Aminoacidi neurotrasmettitori, glutamato, aspartato, GABA e glicina.
Biochimica degli eicosanoidi. Via della cicloossigenasi, prostaglandine e trombossani. Omega-6 ed omega-3.
Cenni sui prodotti della lipoossigenasi, isoprostani, epossidi, endocannabinoidi. Biochimica del sangue: aggregazione piastrinica e coagulazione.
Basi biochimiche del diabete. Trasduzione del segnale del recettore insulinico. Relazione tra insulinoresistenza e diabete. Alterazioni metaboliche nel tessuto adiposo obeso.
Biochimica della contrazione muscolare. Metabolismo energetico del tessuto muscolare. Metabolismo anaerobico
Metabolismo aerobico nel muscolo scheletrico. Cenni su muscolo cardiaco e muscolo liscio.
Sintesi e catabolismo dell'eme.
Omeostasi del ferro
Membrane biologiche, organizzazione e funzione. Glicerolipidi e sfingolipidi.
Glicolipidi, glicoproteine e proteoglicani
Ruolo della vit. A nella biochimica della visione.
Collagene.
Prerequisiti
Sono richieste le conoscenze acquisite con il superamento dell'esame di "Chimica e propedeutica biochimica" del 1 semestre del 1 anno di corso come riportato nel Manifesto degli Studi
Metodi didattici
I docenti erogheranno l'insegnamento mediante lezioni frontali
Materiale di riferimento
Linee A-L e M-Z:
· Devlin M.T. "Biochimica con aspetti clinici" - EdiSES 5° edizione
· Siliprandi N. & Tettamanti G. "BIOCHIMICA MEDICA - Strutturale, metabolica, funzionale" - Piccin V edizione
·Lieberman M., Marks A. "Biochimica medica - Un approccio clinico" - Casa Editrice Ambrosiana 2° edizione
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La modalità di verifica dell'apprendimento e i criteri di valutazione prevedono:
- la modalità d'esame prevede una prova scritta e, solo una volta superata la stessa, una prova orale. Entrambe le prove sono obbligatorie e vengono svolte nella stessa giornata
- la tipologia della prova scritta è una prova a risposte chiuse multiple della durata di 1h e 30 minuti, mentre la prova orale è un'interrogazione orale
- i parametri di valutazione sono: conoscenza delle trasformazioni chimiche che avvengono nell'organismo umano a livello cellulare, tissutale ed integrato; conoscenza del meccanismo biochimico dei fenomeni biologici normali e le basi chimiche e molecolari dell'omeostasi dell'organismo umano; discussione delle conseguenze delle alterazioni di tali meccanismi; capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell'esposizione; competenza nell'impiego del linguaggio scientifico
- il tipo di valutazione utilizzata è il voto in trentesimi
- non sono previste prove intermedie o pre-appelli
Siti didattici
Docente/i
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LITA
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previo appuntamento da concordare via e-mail
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LITA Segrate
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