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BIOCHIMICA

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Biochemistry

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Anno accademico 2015/2016

Codice dell'attività didattica
MFN1365
Docenti
Prof. Gianfranco Gilardi
Dott. Paola Allegra
Prof. Sheila Sadeghi
Corso di studi
Scienze Biologiche D.M. 270
Anno
2° anno
Periodo didattico
I semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
BIO/10 - biochimica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano/Inglese
Modalità di frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia d'esame
Scritto
Prerequisiti

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

Knowledge of inorganic and organic chemistry (redox reactions; reactions
with metals; organic reactions with amine, carboxyl and alcoholic groups)
Propedeutico a

Insegnamento consigliato, ma non obbligatorio: Fisiologia generale (MFN0408); Microbiologia generale (MFN0403).


Course recommended, but not required: General Physiology (MFN0408); General Microbiology(MFN0403).
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire agli studenti i fondamenti della Chimica Biologica, partendo dalla struttura-funzione delle biomolecole per arrivare ai 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 agli 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


The course aims to provide students with the fundamentals of Biological Chemistry, starting from the structure and function of biomolecules to the basic concepts of metabolism.
In detail, the objectives are articulated in three points:
1. Provide the skills and theoretical concepts relating to knowledge and the role of biological macromolecules in biochemical processes, identify the functional groups of biomolecules (including through target exercises), from the simplest components (monosaccharides, amino acids, nucleotides) to supramolecular complexes (respiratory chain, molecular motors).
2. Provide the key concepts of enzyme catalysis and basic metabolic functions, integrated with a general overview of the fundamental
metabolic pathways.
3. Starting the students in the experimental biochemistry field, through practical laboratory in which we introduce the basic biochemical techniques (preparation of buffers, use of pH meter, treatment of experimental data, regression lines, evaluation of experimental error, purity and concentration of the analytes), and learning how to properly apply a technique (spectrophotometry) for qualitative and quantitative analysis of biological molecules.

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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 le esercitazioni). 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.

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Chemical/biochemical aspects: the students will be able to master the basic biochemical concepts; must be able to recognize and interpret basic molecular structures (skills provided also through the practicals); will learn the key concepts of enzyme catalysis and fundamental metabolic pathways. APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Biochemical, molecular and biotechnological methodologies and instrumental broad-spectrum procedures for biological research: during the practicals the skills acquired in the preparation of buffers, spectrophotometric measurements and Lambert Beer law, and preparation of calibration lines will be verified. MAKING JUDGMENTS. Evaluation and interpretation of experimental data from laboratory practicals. Teaching evaluation. COMMUNICATION SKILLS. Communication in Italian and English, written and oral. Ability to work in a team

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Modalità di insegnamento

Il corso si articola in lezioni frontali ed esercitazioni. Sono previsti 11 CFU di lezioni frontali (88 ore) in aula, ed 1 CFU (16 ore) di esercitazioni obbligatorie in laboratorio, sia mediante l’utilizzo di modellini molecolari che mediante attività pratiche (misurazioni del pH, uso dello spettofotometro, preparazione di tamponi, misura della concentrazione di soluzioni proteiche). Il programma delle esercitazioni è presente nella voce “programma”. La frequenza alle lezioni ed esercitazioni in aula è facoltativa (ma fortemente raccomandata), la frequenza ai laboratori è obbligatoria.

The course consists of frontal lectures (88 hours in class) and tutorials (16 hours). Frequency to in-class lessons is optional (and highly recommended), frequency to laboratory is mandatory. The practicals are held in biochemical laboratory, 4 different topics of 4 hours each. The programme of the practicals are detailed in the general programme of the course. The students will learn to use instruments (pHmeter and spectrophotometer), to prepare solutions and buffers, and to measure the concentration of solutes. Besides there will 4 hours of practice with molecular models.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame finale comprende sia la parte delle esercitazioni pratiche, che una verifica scritta. La votazione finale viene calcolata come indicato qui di seguito.
1. Le esercitazioni pratiche costituiscono il 20% del voto finale (la frequenza alle esercitazioni è obbligatoria). 1a) Alla fine della esercitazione con i modellini molecolari, gli studenti devono superare un test a risposta multipla, sugli argomenti svolti durante l'esercitazione; gli argomenti saranno disponibili nel materiale didattico del corso, con un largo anticipo rispetto alla data fissata. 1b) Alla fine delle 3 esercitazioni di laboratorio, il docente attribuisce un voto di merito sulla attività svolta da ciascuno studente.
2. La prova scritta finale costituisce il 80% del voto finale; la prova è articolata in 4 differenti domande, che verteranno sul programma svolto dai docenti durante le lezioni frontali. Le possibili domande sono presenti nel materiale didattico del corso.
Gli studenti con 1 insufficienza (voto compreso tra 17/30 e 10/30), votazione conseguita in 1 delle 4 domande, risulteranno sufficienti se la media ponderale risultante è uguale o superiore a 18/30; gli studenti con due insufficienze (voto inferiore a 18/30), votazioni conseguite in 2 delle 4 domande, sono insufficienti.
La commissione d’esame, se lo ritiene necessario, si riserva di verificare la preparazione dello studente con un colloquio, al momento della
registrazione del voto.

The final grade consists of the practical parts and a written exam. The final grade is calculated as follows.
1. Practicals are the 20% of final grade (attendance at practicals is mandatory). 1a) At the end of molecular modelling pratical the students must pass a multiple choice test on the studied topics; the specific topics will be available in the didactic material long before the practical attendance. 1b) At the end of the 3 lab practicals, the teacher  evaluates each student.
2. The written exam is  80% of the final grade consisting 4 different questions. The possible questions are available within  the teaching material of the course.
Students failing 1 question (score between 10-17 out of a possible 30) are sufficient, if the weighed average is equal to or greater than 18/30; students failing more than 2 questions (score less than 18/30) will not pass.
The examination committee, if necessary, reserves the right to verify the preparation of the student with an oral exam, before registration of the final grade.

 

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Programma

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, D, K, E
c.    Ruolo delle vitamine  B1, B2, B6,  B12, C, H, PP, acido pantotenico, TFH4
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 aminoacidi
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
Utilizzo dei modellini molecolari. Richiami sulla struttura dei composti organici e dei gruppi funzionali delle biomolecole; allestimento di modelli tridimensionali di molecole; studio dei legami chimici dei gruppi carbossilici; struttura del glucosio e del fruttosio, lineare e ciclica.
16).   Esercitazione 2
Preparazione di tamponi (per es. 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: Organic compounds and functional groups; tridimentional models of biomolecules; chemical bonds of carboxyl groups; glucose and fructose linear and cyclic structures. 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).

Testi consigliati e bibliografia

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Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito:
http://biologia.campusnet.unito.it/do/didattica.pl/Quest?corso=b0fb

I testi base consigliati per il corso sono:
- D.L. Nelson, M.M. Cox: “I Principi di Biochimica di Lehninger”, Zanichelli Ed., 6°ed., 2014, 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



All the  teaching material of the course (slides of the lectures) are available on the website:

http://biologia.campusnet.unito.it/do/didattica.pl/Quest?corso=b0fb

The following textbooks are recommended:

- "Lehninger Principles of Biochemistry", D.L. Nelson, M.M. Cox, 6th ed, 2014, MacMilian Higher Educational, England.

- "Biochemistry", C.K.Mathews, K.E. Van Holde, D.R. Appling, S.J. Anthny-Cahill, 4th ed, 2013, Pearson Education Canada, Canada.

- "Biochemistry", J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer, 8th ed, 2015, W.H. Freeman, New York.

-"Principles of Biochemistry", D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, 4th ed, 2012, John Wiley & Son, New York.



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Orario lezioni

GiorniOreAula
Lezioni: dal 28/09/2015 al 15/01/2016

Nota: Consultare la tabella degli orari pubblicata sull'apposita pagina.

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Note

Curriculum Biomolecolare Cellulare, Curriculum Ecologico Ambientale, Curriculum Tecnico Analitico

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Ultimo aggiornamento: 20/05/2016 11:05
Location: https://biologia.campusnet.unito.it/robots.html
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