Codice insegnamento

4S02696

Crediti

12

Coordinatore

Paola Dominici

Lingua di erogazione

Italiano

Offerto anche nei corsi:

• Elementi di biochimica del corso Laurea in Bioinformatica [L-31]

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L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi formativi

BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA
La Biochimica è una disciplina che appartiene alle scienze della vita e studia le molecole e macromo-lecole biologiche e l'organizzazione delle reazioni chimiche che avvengono nelle cellule e negli orga-nismi viventi. Il principale obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione della natura chimica e la struttura dei costituenti della materia vivente, delle trasformazioni delle biomolecole, e dei cambi di energia ad esse associate. Lo studente è guidato lungo il percorso affinché giunga alla comprensione della relazione tra la struttura e la funzione delle macromolecole, e delle strategie di regolazione delle loro funzioni. Le attività di laboratorio hanno il compito di far comprendere agli studenti come le conoscenze di base possono essere utilizzate per in-vestigare le macromolecole e le loro proprietà e funzioni.

BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA ANALITICA
Conoscenza e sperimentazione delle metodologie biochimiche di base, attraverso lezioni teoriche e pratiche. Lo studente riceverà una preparazione sistematica sulle principali tecniche impiegate nel la-boratorio 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.
Il modulo di Biochimica Analitica ha lo scopo di fornire allo studente conoscenze sistematiche sulle principali metodologie utilizzate nella ricerca in campo biochimico, con particolare riferimento all’ identificazione, l’isolamento e lo studio strutturale e funzionale delle macromolecole biologiche.

Programma

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MM: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA
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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. Formule di struttura. Proprieta' acido-base degli aminoacidi. Le proteine: funzioni biologiche e struttura primaria Legame peptidico. 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 rilevamento. Malattie conformazionali. Struttura quaternaria delle proteine Lipidi e membrane: Acidi grassi. Triacilgliceroli. Membrane:Modello a mosaico fluido. Trasporto di membrana Nucleotidi e acidi nucleici. Formule di struttura. DNA ed RNA. Proprieta’ dei nucleotidi. Stabilita’ e formazione del legame fosfodiestere. Denaturazione e rinaturazione DNA. 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. Metodi grafici lineari. Inibizione enzimatica: irreversibile e reversibile. Competitiva e non competitiva. 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 omotropici ed eterotropici. La bioenergetica. Concetti termodinamici basilari. 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. L'importanza dei processi accoppiati nei sistemi viventi. ATP e composti ad alta energia: potenziale di trasferimento di gruppo. Formule di struttura. La carica energetica. 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 con formule di struttura. I destini metabolici del NADH e del piruvato Il ciclo degli acidi tricarbossilici: La fase di collegamento: la decarbossilazione ossidativa del privato. Le reazioni del ciclo con formule di struttura.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 con formule di struttura, metabolismo del glicogeno e regolazione ormonale. Ormoni e secondi messaggeri: cAMP e proteine G. La beta- ossidazione degli acidi grassi a numero di atomi di C pari saturi, con formule di struttura. La via del pentoso fosfato: reazioni con formule di struttura e controllo. Il metabolismo dell’azoto: Le reazioni di transaminazione; Destino dello scheletro carbonioso degli aminoacidi; destino del gruppo aminico; ciclo dell’urea con formule di struttura. ACIDI NUCLEICI: come la struttura trasporta l’informazione. Livelli strutturali degli acidi nucleici (DNA, RNA). Denaturazione del DNA. TRASFERIMENTO DELL’INFORMAZIONE Replicazione del DNA. Enzimologia della replicazione :struttura/funzione delle DNA polimerasi. Fedelta’ di replicazione del DNA.
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MM: 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 frazionamento e precipitazione. Filtrazione, dialisi, concentrazione del campione. Tecniche spettroscopiche. Proprietà della radiazione elettromagnetica. Interazione luce-materia. Stati e processi coinvolti nei fenomeni di assorbimento, emissione e decadimento. Spettroscopia di assorbimento nell’ultravioletto e nel visibile. Aspetti qualitativi e quantitativi dell'assorbimento della luce. Metodi colorimetrici e spettroscopici applicati alla determinazione della concentrazione proteica. Spettrofotometri. Spettroscopia di emissione e fluorescenza. Fluorofori intrinseci ed estrinseci. Proteine fluorescenti (Green fluorescent protein) Spettrofluorimetri. Fluorescence resonance energy transfer (FRET). Dicroismo circolare. Tecniche cromatografiche. Principi della cromatografia. Il cromatogramma. Parametri che determinano le prestazioni cromatografiche. Cromatografia su colonna: scambio ionico, esclusione molecolare, affinità, interazione idrofobica e loro applicazioni. Tecniche elettroforetiche. Principi generali e mobilità elettroforetica. Materiali di supporto. Elettroforesi di acidi nucleici. Elettroforesi di proteine. SDS PAGE. Elettroforesi in condizioni native. Colorazione delle proteine su gel. Blotting delle proteine (western blotting). Isoelettrofocalizzazione. Elettroforesi capillare. Gel elettroforesi bidimensionale. Laboratorio 1. Determinazione della concentrazione di una proteina incognita tramite assorbimento a 280 nm e tramite metodo colorimetrico Bradford. 2. Determinazione dello spettro d’assorbimento del coenzima piridinico NADH (forma ridotta) e determinazione del coefficiente di estinzione molare del NADPH. 3. Determinazione dei parametri cinetici, costante di Michaelis-Menten e numero di turnover, dell’enzima fosfatasi acida utilizzando il metodo di linearizzazione grafica di Lineweaver-Burk. 4. Determinazione del peso molecolare di una proteina incognita mediante cromatografia ad esclusione molecolare. 5. Separazione di proteine mediante elettroforesi in condizioni denaturanti (SDS-PAGE) seguita dalla visualizzazione delle bande mediante colorazione con Blu di Comassie 6. Trasferimento delle proteine su membrana di nitrocellulosa mediante elettroblotting seguita da immunorivelazione delle proteine per l’identificazione di una o più proteina sfruttando la specificità di legame con un anticorpo (WESTERN BLOT).

Bibliografia

Modalità d'esame

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MM: BIOCHIMICA E BIOCHIMICA ANALITICA: BIOCHIMICA
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L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18). L’esame finale (scritto per gli studenti di Bioinformatica) verterà su tutti gli argomenti del programma. Lo studente dovrà rispondere ad una serie di domande a risposta aperta, dimostrando di aver compreso e di essere in grado di utilizzare i concetti fondamentali di ogni argomento. L’esame finale (orale per gli studenti di Biotecnologie) verterà su tutti gli argomenti del programma. Lo studente dovrà rispondere ad una serie di domande, dimostrando di aver compreso e di essere in grado di utilizzare i concetti fondamentali di ogni argomento.
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MM: 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.