Biochimica

Oggetto:

Biochimica

Oggetto:

Biochemistry

Oggetto:

Anno accademico 2013/2014

Codice dell'attività didattica

MFN0373

Docenti

Prof. Gianfranco Gilardi FRSC
Prof. Paola Allegra
Dott. Sheila Sadeghi (Esercitatore)

Corso di studi

Scienze Biologiche D.M. 270

Anno

2° anno

Periodo didattico

I semestre

Tipologia

Caratterizzante

Crediti/Valenza

SSD dell'attività didattica

BIO/10 - biochimica

Modalità di erogazione

Tradizionale

Lingua di insegnamento

Italiano

Modalità di frequenza

Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie

Tipologia d'esame

Scritto

Modalità d'esame

L'esame si svolge come segue:
1. Esercitazioni pratiche (20% del voto finale), la frequenza alle esercitazioni è obbligatoria.

2. Una prova scritta finale (80% del voto finale), articolata in 4 domande. Gli studenti con 1 insufficienza (voto compreso tra 17/30 e 10/30) sono sufficienti se la media ponderale è uguale o superiore a 18/30; gli studenti con due insufficienze (voto inferiore a 18/30) sono insufficienti.
La commissione desame, se lo ritiene necessario, si riserva di verificare la preparazione dello studente con un colloquio, al momento della registrazione del voto.

Prerequisiti

Conoscenza delle basi di chimica generale e dei metalli, eq, redox
Conoscenza delle chimica del carbonio e reazioni organiche su gruppi aminici, carbonilici, carbossilici, alcoolici.

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire agli studenti i fondamenti della Chimica Biologica, partendo dalla struttura-funzione delle biomolecole per arrivare a concetti base del metabolismo.

Nel dettaglio le finalità sono articolate in tre punti:
1.   Fornire le competenze teoriche e le nozioni relative alla conoscenza e al ruolo delle macromolecole biologiche nei processi biochimici, identificare i gruppi funzionali delle biomolecole (anche attraverso esercitazioni mirate) a partire dai componenti più semplici (monosaccaridi, aminoacidi, nucleotidi) fino ad esempi di organizzazione di sistemi supramolecolari complessi (catena respiratoria, motori molecolari)
2.   Fornire i concetti chiave della catalisi enzimatica e delle funzioni metaboliche di base, con un inquadramento generale integrato dei cicli metabolici fondamentali.
3.   Avviare gli studenti all’approccio sperimentale in campo biochimico attraverso esercitazioni pratiche di laboratorio in cui si introducono le tecniche biochimiche di base (preparazione di tamponi, uso pHmetro, trattamento di dati sperimentali, rette di regressione, valutazione dell’errore sperimentale, identificazione della purezza e della concentrazione degli analiti) e si apprende ad applicare correttamente una tecnica (la spettrofotometria) per analisi qualitative e quantitative di molecole biologiche

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Aspetti chimici/biochimici: Lo studente dovrà essere in grado di padroneggiare i concetti biochimici fondamentali. Dovrà essere capace di riconoscere e interpretare strutture molecolari di base (competenze fornite anche attraverso . Conoscerà i concetti chiave della catalisi enzimatica e i cicli metabolici fondamentali.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Metodologie biochimiche, biomolecolari e biotecnologiche e Procedure metodologiche e strumentali ad ampio spettro per la ricerca biologica: in dettaglio verranno verificate in sede di esercitazione pratica le competenze acquisite nella preparazione di tamponi, misurazioni spettrofotometriche e legge di Lambert Beer e allestimento di rette di taratura

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Valutazione e interpretazione di dati sperimentali di laboratorio
Valutazione della didattica

ABILITÀ COMUNICATIVE
Comunicazione in lingua italiana e inglese scritta e orale
Capacità di lavorare in gruppo

Oggetto:

1.   Concetti fondamentali della chimica biologica
2.   Acidi nucleici
a.   I nucleotidi
3.   Proteine: Struttura e Funzione:
a.   Amino acidi: formule e proprietà
b.   Struttura primaria
c.   Legame peptidico, struttura secondaria, terziaria, quaternaria,
d.   Assemblaggio di multi-subunità - motori molecolari, sistema actina/miosina, microtubuli, rotazione e movimento dei batteri.
4.   Enzimi: concetti di base e meccanismi di catalisi enzimatica
a.   Classificazione, meccanismo d’azione
b.   Esempi di reazioni catalizzate
c.   Descrizione di alcune tipiche proteine enzimatiche
d.   Concetti di termodinamica e cinetica enzimatica
e.   Michaelis – Menten
f.   Attivazione e inibizione enzimatica
5.   Principi di bioenergetica e metabolismo
a.   Bioenergetica, termodinamica, ATP
b.   Fosforilazione ossidativa, ATP-sintasi
6.   Carboidrati
a.   Monosaccaridi: classificazione e stereoisomeria
b.   Polisaccaridi: analisi, disaccaridi, polisaccaridi di struttura e di riserva, glicosaminoglicani
c.   Glicoproteine
7.   Lipidi e membrane cellulari
a.   Acidi grassi
b.   Triacilgliceroli
c.   Glicerofosfolipidi
d.   Sfingolipidi
e.   Colesterolo
8.   Cofattori e vitamine
a.   Caratteri generali, funzioni, effetti biologici
b.   Vitamine liposolubili A e D
c.   Ruolo delle vitamine B1, B2, B6, B12, C, H, PP;
d.   Trasformazione di vitamine in coenzimi
e.   Loro rilevanza nel metabolismo
9.   Glicolisi e gluconeogenesi
a.   Reazioni di degradazione del glucosio; intermedi glicolitici ad alta energia; destino del piruvato; via dei pentoso-fosfati
b.   Struttura e metabolismo del glicogeno: glicogenolisi e glicogenosintesi; insulina e glucagone.
10. Ciclo dell’acido citrico
a.   Piruvato deidrogenasi e ruolo metabolico dell’acetil-CoA
b.   Reazioni del ciclo di Krebs
c.   Chetogenesi
11.   Metabolismo degli acidi grassi
a.   Beta ossidazione degli acidi grassi
b.   Sintesi degli acidi grassi
12.   Ossidazione degli amino acidi e produzione dell’urea
a.   Deaminazione ossidativa degli aminoacidi e reazione di transaminazione
b.   Sintesi dell’urea e sua compartimentazione cellulare
13.   Biosintesi degli amino acidi
a.   Cenni generali sul metabolismo dell’azoto
b.   Descrizione delle principali vie di sintesi
14.   Biosintesi e degradazione dei nucleotidi
a.   Sintesi delle purine e loro degradazione
b.   Sintesi delle pirimidine e loro degradazione
c.   Sintesi dei desossiribonucleotidi
d.   Sintesi del desossitimidilato
15.   Esercitazione 1
Richiami sulla struttura dei gruppi funzionali delle biomolecole; allestimento di modelli tridimensionali (anche tramite sofware dedicati, es. Chemsketch)
16.   Esercitazione 2
Preparazione di tamponi (per esempio fosfato e TRIS) di uso comune nei laboratori biochimici. Calcolo delle molarità, utilizzo delle bilance, pHmetro, uso della vetreria di laboratorio, misurazione accurata dei volumi
17.   Esercitazione 3
La legge di Lambert-Beer. Esempi tramite misurazione di spettri di molecole biologiche quali DNA, proteine e altre molecole di interesse biologico (es. coenzimi FAD, NAD+). Potenzialità dei metodi spettrofotometrici per misurazioni qualitative e quantitative. Calcolo della purezza per campioni di DNA e proteine. Correlazioni lineari e loro utilizzo per il dosaggio di analiti in campioni ignoti.
18.   Esercitazione 4
Utilizzo di tecniche spettrofotometriche. Dosaggio proteico con allestimento di una retta di calibrazione. Utilizzo di kit spettrofotometrici di dosaggio di uso comune, basati su reazioni enzimatiche per rilevare e quantificare analiti di interesse biologico (es. dosaggio acido ascorbico, dosaggio glucosio ecc.)

The course teaches the basis of biological chemistry from biomolecules structure-function to fundamentals of metabolism.

1.    Introduction and background to biochemistry
2.    Nucleic acids and nucleotides
3.    Protein structure and function. Aminoacids: formulae and properties. Primary structure, peptide bond. Three-dimensional structures of proteins: secondary, tertiary and quaternary structure. Assembly of multi-subunit: molecular motors, actin/myosin, microtubules, bacterial motility: protein assembly in cilia and flagella
4.    Enzymes: concepts and mechanisms of catalysis. Classification, action mechanism. Examples of reactions. Examples of selected enzymes structure. Thermodynamics and kinetics of enzyme reactions. Michaelis – Menten model, Activation and inhibition.
5.    Principles of metabolism    Energy balance in biosystems, thermodynamics. ATP. Oxidative phosphorilation and ATP-sintase.
6.    Carbohydrate.    Classification: Monosaccharides, disaccharides and polisaccharides. Functions of oligosaccharides. Glycoproteins: proteoglycans, bacterial cell wall, glycosylated proteins.
7.    Lipid and Biological Membranes. Fatty Acids, Triacylglycerols Sphingolipids, Glycosphingolipids, colesterol.
8.    Cofactors and vitamins:
general features, functions, biological effects. Liposoluble vitamis, A and D. Role of vitamins B1, B2, B3, B6, B8, B12, C, H, PP. Transformation of vitamins to coenzymes.
9.    Glycolysis e gluconeogenesis
10.    The citric acid cycle
11.    Lipid methabolism: Fatty acid oxidation
12.    Amino acid oxidation and urea cycle
13.    Biosynthesis of amino acids
14.    Biosynthesis of nucleotides
Practicals: functional groups and tridimentional models of biomolecules (Chemsketch). Buffer preparation (use of balances, pHmeter, accuracy in volume measuremens, use of glassware). Spectrophotometry: the Lambert-Beer Law, protein and DNA quantitation, purity check, assays based on kits (i.e. glucose, ascorbic acid).

Descrizione

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito http://biologia.campusnet.unito.it/cgi-bin/home.pl

I testi base consigliati per il corso sono:

D.L. Nelson, M.M. Cox: “I Principi di Biochimica di Lehninger”, Zanichelli Ed., 5°ed., 2010, Bologna.
C.K. Mathews, K.E. van Holde: “Biochimica”, Ed. Ambrosiana, 3°ed., 2004, Milano.
J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer: “Biochimica”, Zanichelli Ed., 7°ed., 2012, Bologna.
D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt: “Fondamenti di Biochimica”, Zanichelli Ed., 3°ed., 2013, Bologna

Oggetto: