Chimica biologica

A.A. 2020/2021
9
Crediti massimi
80
Ore totali
SSD
BIO/10
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire gli elementi formativi relativi agli organismi viventi, con particolare attenzione alle conoscenze biochimiche fondamentali. Particolare rilevanza viene posta alla comprensione delle relazioni struttura-funzione delle (macro)molecole biologiche e delle loro interazioni, del meccanismo di azione di alcune proteine e in particolar modo degli enzimi, delle vie metaboliche principali, mettendo in luce la logica di organizzazione, la loro regolazione e le loro interconnessioni.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento lo studente acquisirà dimestichezza con la nomenclatura e le strutture delle principali molecole e macromolecole biologiche. Dovrà conoscere i meccanismi di azione di alcune proteine principali e possedere una conoscenza analitica delle basi della cinetica e dell'inibizione enzimatica. Inoltre, dovrà essere in grado di comprendere i flussi energetici e di materia attraverso i cicli metabolici e la loro regolazione ed avere una conoscenza approfondita dei principali cammini metabolici che controllano il flusso energetico nella cellula, della regolazione e dell'interconnessione tra i principali cammini metabolici studiati.
L'apprendimento di tali tematiche costituirà per lo studente un elemento fondamentale per affrontare con preparazione e consapevolezza il resto del corso di laurea. Un aspetto di notevole importanza applicativa è anche la capacità di identificare, nel panorama delle più moderne metodiche di indagine, quelle che sono più idonee a rispondere ai quesiti scientifici che si pongono all'attenzione del biologo.
Programma e organizzazione didattica

A - L

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Le lezioni del corso di Chimica Biologica verranno svolte on-line in maniera asincrona. Il docente sara' disponibile per domande e chiarimenti alla fine di ciascuna sessione didattica attraverso mezzi di comunicazione (Chat) offerte dalla piattaforma Microsoft Teams o altre (da concordare). Le modalita' di esame (orale, on line) sono descritte in un paragrafo successivo. Non sono previste variazioni ai contenuti del corso di Chimica Biologica rispetto alle edizioni (didattica frontale in presenza) degli scorsi anni.
Programma
- Bioelementi, biomolecole fondamentali e macromolecole. L'acqua come solvente biologico.
- Ruolo di interazioni deboli e pH nella struttura e funzione delle macromolecole
biologiche.
- Proteine: Struttura e proprieta' degli amminoacidi. Il legame peptidico.
- Polipeptidi. Livelli di studio della struttura di proteine (struttura primaria, secondaria, supersecondaria, terziaria e quaternaria). Proprietà delle proteine in soluzione. Cenni sui metodi di studio delle proteine.
- Proteine trasportatrici di ossigeno: relazioni struttura e funzione di mioglobina ed emoglobina.
- Enzimi: principi generali della catalisi enzimatica. Coenzimi e cofattori. Legge di
Michaelis-Menten e suo significato. Regolazione di enzimi.
- Cinetica chimica e cinetica enzimatica. Teoria dello stato di transizione. Derivazione dei parametri cinetici di enzimi. Stereospecificita' e controllo della stereochimica in enzimi.
- Inibizione e regolazione allosterica di enzimi e ruolo nella regolazione di vie metaboliche.
- Classi di reazioni e meccanismi di reazione di alcuni enzimi chiave del
metabolismo. Proteasi a Serina.
- Variazioni energetiche nei processi biologici: Energia libera, equilibri di reazione e relazione tra energia libera e potenziale di ossidoriduzione. Reazioni accoppiate. Flusso dell'energia e composti ad alta energia. Sistema dell'ATP.
- Metabolismo: Aspetti generali e metodi di studio. Regolazione delle vie metaboliche principali.
- Glicolisi e fermentazioni. Decarbossilazione ossidativa del piruvato.
- Ciclo degli acidi tricarbossilici.
- Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa.
- Metabolismo del glicogeno. Gluconeogenesi.
- Via dei pentoso fosfati (cenni).
- Metabolismo dei trigliceridi e degli acidi grassi
- Metabolismo degli amminoacidi, reazioni di transaminazione e ciclo dell'urea.
Prerequisiti
Sono richieste buone conoscenze di Chimica Generale e Inorganica; Chimica Organica; Chimica-Fisica; gli altri corsi erogati nel primo anno rappresentano un ulteriore vantaggio culturale per la comprensione del corso.
Metodi didattici
Verranno rese disponibili lezioni asincrone (videolezioni costituite da registrazione del desktop del docente con commento audio), organizzate per coprire gli argomenti di ogni lezione dell'insegnamento. Le lezioni registrate verranno rese disponibili agli studenti sulla piattaforma ARIEL dell'insegnamento per tutto il semestre e caricate sul sito secondo l'orario dell'insegnamento. Inoltre, periodicamente verranno organizzati degli incontri sincroni con gli studenti, utilizzando la piattaforma Microsoft Teams, al fine di svolgere esercizi numerici e altre attivita' di supporto, fornire chiarimenti ed approfondimenti sugli argomenti dell'insegnamento e rispondere alle domande degli studenti.
Materiale di riferimento
Un testo a scelta tra i principali, con riferimento all'ultima edizione in inglese o italiano, e piu' precisamente:
- Appling, Antony-Cahill & Mathews: Biochimica, Molecole e Metabolismo (Pearson 2017)
- Nelson D.L. & Cox M.M. - Lehninger's Principles of Biochemistry, Worth Publishers / Zanichelli (2018)
- Voet D. & Voet, J.G. - Principles of Biochemistry, Wiley & Sons. / Zanichelli (2017)
- Mathews CK, Van Holde KE, Appling DR, Anthony-Cahill DR - Biochemistry- 4th Edition (2013) Pearson

Tutte le illustrazioni utilizzate durante le lezioni asincrone saranno disponibili attraverso la Piattaforma ARIEL.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame si svolgerà in forma orale utilizzando la piattaforma Microsoft Teams o, laddove la regolamentazione relativa all'emergenza sanitaria COVID lo consentisse, in presenza, in forma scritta.
L'esame, in particolare, sarà volto a:
- accertare il raggiungimento degli obiettivi del corso in termini di conoscenza e capacità di comprensione;
- accertare la capacità di applicare conoscenza e comprensione e verificare l'autonomia di giudizio attraverso la discussione degli argomenti oggetto delle lezioni;
- accertare la padronanza del linguaggio specifico che attiene all'ambito della biochimica e la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e logico, con i dovuti collegamenti al contenuto di altri corsi di insegnamento del Corso di laurea.
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 9
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 64 ore

M - Z

Periodo
Primo semestre
Metodi didattici e modalità di erogazione
Verranno rese disponibili lezioni asincrone (videolezioni costituite da registrazione del desktop del docente con commento audio), organizzate per coprire gli argomenti di ogni lezione dell'insegnamento. Le lezioni registrate verranno rese disponibili agli studenti sulla piattaforma ARIEL dell'insegnamento per tutto il semestre e caricate sul sito secondo l'orario dell'insegnamento. Inoltre, periodicamente verranno organizzati degli incontri sincroni con gli studenti, utilizzando la piattaforma Microsoft Teams, al fine di svolgere esercizi numerici e altre attivita' di supporto, fornire chiarimenti ed approfondimenti sugli argomenti dell'insegnamento e rispondere alle domande degli studenti.

Modalità di verifica dell'apprendimento e criteri di valutazione
L'esame si svolgerà in forma orale utilizzando la piattaforma Microsoft Teams o, laddove la regolamentazione relativa all'emergenza sanitaria COVID lo consentisse, in presenza, in forma scritta.
L'esame, in particolare, sarà volto a:
- accertare il raggiungimento degli obiettivi del corso in termini di conoscenza e capacità di comprensione;
- accertare la capacità di applicare conoscenza e comprensione e verificare l'autonomia di giudizio attraverso la discussione degli argomenti oggetto delle lezioni;
- accertare la padronanza del linguaggio specifico che attiene all'ambito della biochimica e la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e logico, con i dovuti collegamenti al contenuto di altri corsi di insegnamento del Corso di laurea.
Programma
Bioelementi, biomolecole fondamentali e macromolecole. L'acqua come solvente biologico.
- Ruolo di interazioni non-covalenti e pH nella struttura e funzione delle macromolecole biologiche.
- Acidi nucleici: Struttura e proprietà chimico-fisiche di nucleotidi, DNA e RNA. Cenni ai meccanismi di duplicazione, trascrizione e traduzione.
- Proteine: Struttura e proprietà degli amminoacidi. Il legame peptidico. Polipeptidi.
- Livelli di organizzazione strutturale delle proteine (struttura primaria, secondaria, supersecondaria, terziaria e quaternaria).
- Proprietà delle proteine in soluzione. Cenni sui metodi di studio biochimici e biofisici delle proteine.
- Acquisizione della struttura tridimensionale di proteine: il folding proteico.
- Cenni alla biochimica della replicazione e trascrizione del DNA e alla sintesi delle proteine.
- Proteine trasportatrici di ossigeno: relazioni struttura e funzione di mioglobina ed emoglobina
- Cinetica chimica e cinetica enzimatica. Teoria dello stato di transizione.
- Enzimi: principi generali della catalisi enzimatica. Coenzimi e cofattori.
- Legge di Michaelis-Menten e suo significato. Derivazione dei parametri cinetici di enzimi.
- Inibizione e regolazione allosterica di enzimi e ruolo nella regolazione di vie metaboliche.
- Variazioni energetiche nei processi biologici: Energia libera, equilibri di reazione e relazione tra energia libera e potenziale di ossidoriduzione. Reazioni accoppiate. Flusso dell'energia e composti ad alta energia. Sistema dell'ATP.
- Metabolismo: Aspetti generali , metodi di studio, regolazione.
- Metabolismo del glucosio: Glicolisi e fermentazioni. Via dei pentoso fosfati. Gluconeogenesi. Metabolismo del glicogeno. La glicogeno fosforilasi come esempio di un enzima soggetto a regolazione allosterica e a regolazione covalente.
- Decarbossilazione ossidativa del piruvato. La piruvato deidrogenasi come esempio di un complesso multienzimatico.
- Ciclo degli acidi tricarbossilici.
- Fosforilazione ossidativa (Catena di trasporto degli elettroni, Sintesi di ATP)
- Fotosintesi (cenni).
- Metabolismo dei trigliceridi e degli acidi grassi: beta-ossidazione degli acidi grassi e biosintesi.
- Metabolismo degli amminoacidi e ciclo dell'urea.

Gli argomenti trattati saranno approfonditi mediante esercitazioni numeriche , l'uso di programmi di grafica molecolare per lo studio delle caratteristiche di proteine, animazioni e video e discussioni comuni.
Prerequisiti
Sono fortemente consigliate buone conoscenze in Chimica generale e inorganica; Chimica organica; Chimica-fisica; gli altri corsi del primo anno rappresentano un ulteriore vantaggio culturale per la comprensione del corso.
Metodi didattici
L'insegnamento, tenuto in italiano, è basato su lezioni frontali interattive supportate da materiale proiettato, incluse animazioni e simulazioni molecolari, alternate a esercitazioni numeriche.
Lo studente è invitato a frequentare con assiduità, partecipare attivamente alla discussione per migliorare le proprie capacità critiche, rielaborando i concetti acquisiti e comunicando i concetti in maniera appropriata.
Per facilitare lo studente durante le lezioni e lo studio, copie degli schemi proiettati a lezione verranno resi disponibili sulla piattaforma Ariel insieme a esercizi, esempi di compiti di esame e altro materiale integrativo (http://mavanonicb.ariel.ctu.unimi.it).
Materiale di riferimento
Testi consigliati
Un testo a scelta tra i principali, con riferimento all'ultima edizione in inglese o italiano, e più precisamente:
- Nelson D.L. & Cox M.M. - Lehninger's Principles of Biochemistry, Worth Publishers /Zanichelli (2018)
- Voet D. & Voet, J.G. - Biochemistry, Wiley & Sons.
- Mathews CK, Van Holde KE, Appling DR, Anthony-Cahill DR - Biochemistry- 4th Edition (2013) Pearson
- Appling, Antony-Cahill & Mathews: Biochimica, Molecole e Metabolismo (Pearson 2017)

I materiali videoproiettati durante le lezioni, oltre ad altri sussidi, sono disponibili presso il sito ARIEL, portale della didattica online dell'Università degli Studi di Milano (http://ariel.ctu.unimi.it). Questi materiali didattici non sostituiscono il libro di testo. Il loro uso è inoltre riservato agli studenti iscritti al Corso di Laurea e pertanto la loro diffusione non è autorizzata.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame sarà scritto con circa 12 domande a risposta aperta ed esercizi numerici riferiti all'intero programma dell'insegnamento per la verifica della comprensione e padronanza degli argomenti svolti.
Gli studenti potranno (su libera scelta, e consigliato per chi segue con regolarità le lezioni) sostenere due prove in itinere (a metà e a fine corso) che avranno una struttura identica a quanto indicato per l'esame complessivo, e avranno circa pari peso ai fini della votazione finale.
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 9
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 64 ore
Docente/i
Ricevimento:
Lunedi - Venerdi, previo appuntamento
Dipartimento di BioScienze - Via Celoria, 26 - Torre C, 5° piano
Ricevimento:
Lunedi' ore 13-14
Unita' di Biochimica delle proteine, Edifici Biologici, Via Celoria 26, 5C