L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi formativi

Modulo: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA ANALITICA
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Conoscenza e sperimentazione delle metodologie biochimiche di base, attraverso lezioni teoriche e pratiche. Lo studente riceverà una preparazione sistematica sulle principali tecniche impiegate nel laboratorio di biochimica per l’identificazione, l’isolamento e lo studio strutturale e funzionale delle macromolecole biologiche, con particolare attenzione alla purificazione ed identificazione di proteine.


Modulo: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA
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Il corso ha l’obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze scientifiche sui componenti molecolari della cellula, sui processi biochimici correlati con la produzione, conservazione e utilizzazione dell’energia metabolica, sulla cinetica enzimatica, sulla regolazione dell’attività degli enzimi, sulle vie dell'informazione.

Programma

Modulo: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA ANALITICA
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Purificazione delle proteine.
Proprietà ioniche di amminoacidi e proteine. Punto isoelettrico. Preparazione del campione. Metodi di rottura delle cellule e produzione degli estratti grezzi iniziali. Metodi di solubilizzazione delle proteine. Tamponi salini. Tecniche di precipitazione. Filtrazione, dialisi, concentrazione del campione. Metodi per la determinazione del peso molecolare delle proteine.
Metodi di centrifugazione.
Principi fondamentali della sedimentazione. Tipi di centrifuga. Tipi di rotore. Centrifugazione preparativa: differenziale, in gradiente di densità. Applicazioni pratiche della centrifugazione preparativa e frazionamento subcellulare. Centrifugazione analitica e sue applicazioni.
Tecniche spettroscopiche.
Proprietà della radiazione elettromagnetica. Interazione con la materia. Spettroscopia nell’ultravioletto e nel visibile. Aspetti qualitativi e quantitativi dell'assorbimento della luce. Spettrofotometri. Spettrofluorimetria e spettrofluorimetri. Fluorescence resonance energy transfer (FRET). Spettroscopia di dicroismo circolare. Metodi colorimetrici e spettroscopici applicati alla determinazione della concentrazione proteica.
Tecniche cromatografiche.
Principi della cromatografia. Parametri che determinano le prestazioni cromatografiche. Cromatografia liquida: adsorbimento, partizione, scambio ionico, esclusione molecolare, affinità, interazione idrofobica. Gas-cromatografia
Tecniche elettroforetiche.
Principi generali. Materiali di supporto. Elettroforesi di acidi nucleici. Elettroforesi di proteine. SDS gel elettroforesi. Elettroforesi in condizioni native. Tipi di tamponi utilizzati per l’analisi PAGE: continui e discontinui. Gel in gradiente di porosità. Isoelettrofocalizzazione. Elettroforesi capillare. Gel elettroforesi bidimensionale. Colorazione delle proteine su gel. Blotting delle proteine (western blotting).

Laboratorio
1. Separazione di proteine mediante cromatografia ad esclusione molecolare.
2. Separazione elettroforetica di proteine su gel di poliacrilammide.
3. Determinazione dei parametri cinetici di un enzima.


Modulo: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA
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I COMPONENTI MOLECOLARI DELLE CELLULE:

Le proprieta' che caratterizzano i sistemi viventi
Molecole biologiche: Gerarchia tra le molecole biologiche: le molecole semplici come unita' di strutture complesse

Acqua, pH ed equilibri ionici

Aminoacidi
Proprieta' acido-base degli aminoacidi. Attivita' ottica e stereochimica degli aminoacidi. (FORMULE DI STRUTTURA AMINOACIDI)

Le proteine: funzioni biologiche e struttura primaria
Legame peptidico. (FORMULA DI STRUTTURA).Architettura delle molecole proteiche
La struttura tridimensionale delle proteine:
La struttura secondaria:descrizione di eliche e foglietti ripiegati. I grafici di Ramachandran
Proteine globulari: struttura terziaria e diversita' funzionale
Modelli di ripiegamento. Fattori che determinano la struttura secondaria e terziaria Informazione e termodinamica del riegamento
Cenni di cinetica del ripiegamento : ruolo degli chaperon molecolari.
Movimenti all'interno delle proteine globulari.
Struttura quaternaria delle proteine
Lipidi e membrane: Acidi grassi. Triacilgliceroli.
Membrane:Modello a mosaico fluido. Trasporto di membrana


DINAMICA DELLE PROTEINE:
Gli enzimi: Potere catalitico, specificita' e regolazione.
Cinetica enzimatica: Energia libera di attivazione e azione dei catalizzatori.
L'equazione di Michaelis-Menten. Assunzione dello stato stazionario. I parametri cinetici. Numero di turnover. Metodi grafici lineari: vantaggio.Fattori che regolano la velocita' enzimatica.
Inibizione enzimatica: irreversibile e reversibile. Competitiva e non competitiva.
Cinetica delle reazioni che coinvolgono due substrati: Reazioni a spostamento singolo casuali, ordinate, a spostamento doppio.
Meccanismi di controllo dell'attivita' enzimatica.

Trasporto e deposito dell'ossigeno: il ruolo di emoglobina e mioglobina.
Relazione struttura-funzione di Mb ed Hb
Emoglobina: legame cooperativo e allosteria. Modelli per la transizione allosteria nell'emoglobina: il modello simmetrico e il modello sequenziale.Effettori eterotropici.
Evoluzione delle proteine.

GENERAZIONE E CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA METABOLICA

La bioenergetica. Concetti termodinamici basilari.Energia, calore, lavoro.
Entropia ed energia libera. L'andamento di una reazione, la variazione di energia libera standard. Effetto del pH e della cancentrazione sulle energie libere standard.
Termodinamica dei processi irreversibili: la vita sulla via del non equilibrio. L'importanza dei processi accoppiati nei sistemi viventi.

ATP e composti ad alta energia: potenziale di trasferimento di gruppo. La carica energetica.(FORMULA STRUTTURA ATP)
Il metabolismo.
Le vie metaboliche centrali e il metabolismo energetico. Esistenza di vie degradative e biosintetiche indipendenti. Le ossidazioni come fonte di energia metabolica. Principali meccanismi di controllo del metabolismo.

La glicolisi :Aspetti generali. L'importanza delle reazioni accoppiate nella glicolisi. reazioni della glicolisi.(FORMULE STRUTTURA METABOLITI GLICOLISI)
I destini metabolici del NADH e del piruvato. Formula struttura e meccanismo di ossidoriduzione del NAD.

Il ciclo degli acidi tricarbossilici: La fase di collegamento: la decarbossilazione ossidativa del piruvato.Le reazioni del ciclo, con formule di struttura dei metaboliti.Il ciclo dei TCa come fonte di intermedi per le vie biosintetiche. Le reazioni anaplerotiche.

Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa: Potenziali di riduzione. I complessi della catena di trasporto degli elettroni.
L'approccio termodinamico all'ipotesi dell'accoppiamento chemioosmotico. ATP sintasi. I sistemi navetta per il trasporto di NADH citosolico nei mitocondri.

Gluconeogenesi, metabolismo del glicogeno e via dei pentosi fosfati. Formule struttura metaboliti via dei pentoso fosfati.

La beta- ossidazione degli acidi grassi a numero di atomi di C pari, dispari; di acidi grassi mono- e poliinsaturi.

La biosintesi dei lipidi : Confronto tra vie di biosintesi e di degradazione. STRUTTURE. Le reazioni della biosintesi dei lipidi.STRUTTURE.

Metabolismo degli aminoacidi e ciclo dell'urea :
Aminoacidi : destino dello scheletro carbonioso e del gruppo aminico. Reazioni di transaminazione, deaminazione ossidativa e deaminazione non ossidativa. Ciclo dell'urea, con strutture dei metaboliti.

Modalità d'esame

Modulo: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA ANALITICA
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L’esame finale (scritto) verterà su tutti gli argomenti del programma. Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso e di essere in grado di utilizzare i concetti fondamentali di ogni argomento.

Libro di testo consigliato:
Biochimica e biologia molecolare. Principi e Tecniche. A cura di Keith Wilson e John M. Walker. Edizione italiana a cura di Mirella S. Pilone e Loredano Pollegioni.
Raffaello Cortina Editore.


Modulo: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA
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L’esame finale (orale) verterà su tutti gli argomenti del programma. Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso e di essere in grado di utilizzare i concetti fondamentali di ogni argomento.