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Oggetto:
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BIOCHIMICA

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Biochemistry

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Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
INT0647
Docenti
Riccardo Taulli (Titolare del corso)
Prof. Maria Francesca Silvagno (Titolare del corso)
Francesca Bersani (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Triennale in Biotecnologie
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
10
SSD attività didattica
BIO/10 - biochimica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Orale
Tipologia unità didattica
corso
Prerequisiti

Gli studenti dovranno possedere nozioni adeguate di Chimica Generale e Inorganica e di Chimica Organica. Sono prerequisiti richiesti la comprensione dei legami chimici, della stechiometria di reazione e dei gruppi funzionali presenti nelle molecole inorganiche e organiche. Sono altresì richieste competenze sulla reattività dei gruppi funzionali e su come la struttura di una molecola influenzi la sua capacità di reazione. Lo studente infine deve aver anche acquisito conoscenze adeguate sulla struttura della cellula e dei vari compartimenti cellulari così come sulla organizzazione e funzione dei principali organi e tessuti.

The students should have previously acquired basic knowledge in General and Inorganic Chemistry as well as in Organic Chemistry. Essential prerequisites include understanding of chemical bonds, chemical stoichiometry of reactions, functional groups in organic and inorganic molecules. They should know the reactivity of functional groups and understand how the structure of a molecule affects its reactivity. Finally, the student should also have adequate knowledge on the structure of the cell, on cellular compartments as well as on the organization and function of the most important organs and tissues.

Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze fondamentali relative alla struttura delle molecole della vita, al metabolismo energetico e ai processi catabolici e biosintetici. Lo studente acquisirà inoltre consapevolezza sulle patologie correlate al metabolismo. In particolare l’insegnamento fornirà le competenze per la comprensione dei meccanismi di reazione enzimatica, della struttura e funzione dei carboidrati, dei lipidi, delle proteine e degli acidi nucleici. Si porrà particolare attenzione a fornire una visione generale dell’integrazione dei diversi cicli metabolici a livello cellulare e di come essi regolino il metabolismo dell’intero organismo. L’insegnamento ha anche lo scopo di valorizzare le conoscenze biochimiche proposte durante il corso integrandole con le competenze chimiche e biologiche precedentemente acquisite.

The Course aims to provide a basic comprehension of the structure of the molecules of life, of energy metabolism and of catabolic and biosynthetic processes. Furthermore, the student will acquire knowledge on metabolism-related disorders. In particular the Course will provide individual skills to understand the mechanisms of enzymatic reactions, the structure and the functions of carbohydrates, lipids, proteins and nucleic acids. Particular efforts will be dedicated to provide a general overview of the integration of different metabolic pathways both at a cellular and at a global level. The biochemical knowledge acquired during the Course will be integrated with the previously acquired knowledge  in Chemistry and in Biology. 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà

  • conoscere la struttura e le proprietà delle principali biomolecole,
  • saper descrivere le più importanti vie metaboliche dei carboidrati, lipidi, proteine e  acidi nucleici,
  • conoscere i meccanismi di regolazione delle principali reazioni biochimiche.

Inoltre lo studente dovrà dimostrare di aver compreso la correlazione tra il metabolismo e il fenotipo cellulare, nonché di saper integrare tali conoscenze nel contesto dell’intero organismo.

Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà avere acquisito la capacità di individuare le reazioni biochimiche chiave nel controllo delle principali vie metaboliche, di indicare i metodi appropriati per affrontare problematiche quali l’identificazione di proteine, la loro struttura e interazioni, nonché la misura di metaboliti.  Inoltre lo studente dovrà essere in grado di discutere criticamente come le conoscenze biochimiche acquisite possano dettare approcci farmacologici sia attuali che innovativi.

Lo studio della Biochimica prevede un notevole sforzo di memorizzazione. Tuttavia lo studente  per quanto è possibile, sarà stimolato a sviluppare un pensiero critico facendo uso della letteratura scientifica contemporanea.  Le esercitazioni verranno organizzate a piccoli gruppi coinvolgendo gli studenti con un ruolo attivo.

Lo studente dovrà dimostrare di possedere capacità di sintesi e chiarezza espositiva sia in forma orale che in forma scritta. Dovrà dimostrare di saper cogliere e presentare i concetti chiave in via schematica e attraverso le formule.

Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso le finalità e l’importanza dei principali processi biochimici e del metabolismo catabolico e anabolico. Inoltre, sarà stimolata la capacità di integrare tali conoscenze con gli altri insegnamenti del Corso di Laurea. 

At the end of the course the student

  • will know the structure and properties of the most important biomolecules,
  • will be able to describe the most important metabolic pathways involving carbohydrates, lipids, proteins and nucleic acids,
  • will know the mechanisms of regulation of the fundamental biochemical pathways.

Furthermore, the student will understand the correlation between metabolism and cellular phenotype and will be able to integrate this knowledge in the context of the whole organism.

At the end of the course the student should have acquired the ability to identify the key biochemical reactions responsible for the control of the main metabolic pathways as well as to indicate the appropriate methods to address issues such as the identification of proteins, their structure and interactions, and the measurement of metabolites. In addition, the student must be able to critically discuss how the acquired biochemical knowledge may guide current and innovative pharmacological approaches. 

The study of Biochemistry requires a significant memory effort. However, the student will be stimulated to develop critical thinking also by using current scientific literature. Exercises will be organized in small groups involving students in an active role.

The student must be able to summarize information both orally and in writing. He/she should show the ability to identify and discuss key concepts using schematics and chemical formulas.

Students have to understand the purpose and importance of the principal biochemical processes including the main catabolic and anabolic pathways. In addition, the course will stimulate the student’s ability to integrate this knowledge with information acquired during other courses. 

Oggetto:

Programma

Modulo 1: Biochimica descrittiva
Le proteine: gli aminoacidi, struttura delle proteine, proteine fibrose e globulari. Folding delle proteine e malattie conformazionali.
Gli enzimi: caratteristiche e proprieta’ cinetiche. La variazione di energia libera delle reazioni. Le strategie catalitiche. Gli inibitori enzimatici.
L’emoglobina: struttura, regolazione allosterica, effetto Bohr. Emoglobinopatie.
I carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi (amido, cellulosa, glicogeno). Le pareti batteriche. Monosaccaridi modificati. Glicosaminoglicani, proteoglicani, glicoproteine.
I lipidi: gli acidi grassi, i trigliceridi, i fosfolipidi (glicerofosfolipidi e sfingolipidi). I lipidi eteri (PAF). I glicolipidi. Il colesterolo e i suoi derivati: steroidi e acidi biliari. I fostatidilinositoli e gli eicosanoidi. La composizione delle membrane.
Biosegnalazione: caratteristiche generali della trasduzione del segnale. Recettori accoppiati alle proteine G, con attività tirosina chinasica, con attività guanililciclasica.

Modulo 2: Il metabolismo energetico
Introduzione al metabolismo energetico: le vie cataboliche e la produzione di energia: l’ATP. Reazioni accoppiate. Potenziale di trasferimento del gruppo fosforico. Le unita’ riducenti. Il coenzima A.
Metabolismo energetico dei carboidrati: la glicolisi, la fermentazione, la regolazione della glicolisi, il controllo ormonale (insulina e glucagone). La gluconeogenesi. Regolazione coordinata di glicolisi e gluconeogenesi. Metabolismo del glicogeno e sua regolazione (allosterica e ormonale).  Il ciclo dell’acido citrico (TCA). La piruvato deidrogenasi. Regolazione del TCA. Il TCA come fonte di precursori biosintetici. La fosforilazione ossidativa. I trasportatori di elettroni. Il trasporto degli elettroni accoppiato alla formazione del gradiente protonico. Il disaccoppiamento. La teoria chemiosmotica. Verifiche sperimentali della teoria. La ATP sintasi. I sistemi di trasporto della membrana mitocondriale. La regolazione respiratoria.
La fotosintesi: la fase luminosa, i fotopigmenti, assorbimento dell’energia luminosa e separazione di cariche fotoindotta. I fotosistemi. La produzione di NADPH e ATP. La fase oscura: il ciclo di Calvin, la Rubisco e la sua regolazione. La produzione di saccarosio e amido nelle piante. La fotorespirazione. Il metabolismo delle piante C3, C4 e CAM.
Il ciclo dei pentosi: le tappe del ciclo. Funzione antiossidante del NADPH. Deficit genetico di G6PD.
Il catabolismo degli acidi grassi: provenienza dei lipidi dalla dieta e dal tessuto adiposo. Le apolipoproteine (chilomicroni, VLDL, LDL, HDL). L’attivazione ad acil-CoA, il trasporto nel mitocondrio e la beta-ossidazione. Ossidazione degli acidi grassi insaturi e dispari.
Le reazioni biosintetiche a partire dall’acetil-CoA: i corpi chetonici e il loro significato, la sintesi degli acidi grassi. La sintesi degli acidi grassi a partire dai carboidrati. Regolazione di sintesi e demolizione degli acidi grassi (allosterica e ormonale). Le reazioni di allungamento e insaturazione. La sintesi di trigliceridi e fosfolipidi.

Modulo 3: Biosintesi 
Biosintesi  del colesterolo. la regolazione della sintesi del colesterolo. Trasporto del colesterolo nel sangue: lipoproteine plasmatiche.   Il mevalonato come precursore di composti con scheletro poliisoprenico (Vit A, E, K,).  La farnesilazione/geranilazione delle proteine. Il catabolismo del colesterolo ad acidi biliari.  Gli ormoni steroidi: biosintesi e catabolismo di corticosteroidi e ormoni sessuali. La vit. D.
Turnover delle proteine e catabolismo degli aminoacidi.  Deaminazione mediante  transaminasi. Il piridossalfosfato. Desaminazione. Glutammato deidrogenasi. Il ciclo dell’urea. Deficit genetici. 
Biosintesi degli aminoacidi: fissazione dell’azoto. ciclo dell'azoto, Inserimento dell’ammonio negli aminoacidi. regolazione della GLN sintetasi. Vie di sintesi di alcuni aminoacidi. S-adenosil-metionina, THF. Derivati degli aminoacidi. Sintesi del GSH, della dopamina, noradrenalina, adrenalina, GABA, istamina, poliammine. 
Catabolismo e Biosintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Deficit genetici. Ribonucleotide reduttasi. Regolazione. Coenzima folico. Inibitori della  DHF reduttasi come antiblastici. Acido urico.
Biosintesi e catabolismo dell’eme. Porfirie.
Integrazione delle principali vie metaboliche.  


 Module 1: Descriptive biochemistry
Proteins: Amino acids, Structure of proteins, fibrous and globular proteins. Protein folding and diseases associated to conformational abnormalities.
Enzymes: Characteristics and kinetic properties. The change in free energy of the reactions. Catalytic strategies. Enzyme inhibitors.
Hemoglobin: Structure, allosteric regulation and Bohr effect. Hemoglobinopathies.
Carbohydrates: monosaccharides, disaccharides, polysaccharides (starch, cellulose, glycogen). The bacterial wall. Modified monosaccharides. Glycosaminoglycans, proteoglycans, glycoproteins.
Lipids: fatty acids, triglycerides, phospholipids (glycerophospholipids and sphingolipids). Lipids Ethers (PAF). Glycolipids. Cholesterol and its derivatives: acids steroids and bile acids. Phosphatidylinositols and eicosanoids. Membrane composition.
Biosignaling: general characteristics of the signal transduction. G protein-coupled receptors with tyrosine kinase activity, with guanylyl cyclase activity. Sensory systems: signal transduction in view, olfaction and taste.

Module 2: Energy metabolism
Introduction to energy metabolism: catabolic pathways and energy production: ATP. Coupled reactions. Transfer potential of the phosphoric group.  Reducing agents. Coenzyme A.
Energy metabolism of carbohydrates: glycolysis, fermentation, glycolysis regulation, hormonal control (insulin and glucagon). Gluconeogenesis. Coordinated regulation of glycolysis and gluconeogenesis. Glycogen metabolism and its regulation (allosteric and hormonal). Metabolic clustering of glycolytic and glycogenolytic enzymes. The citric acid cycle (TCA). Pyruvate dehydrogenase. TCA regulation. TCA as a source of biosynthetic precursors. Oxidative phosphorylation. Electron carriers. Electron transport coupled to the formation of a proton gradient. Decoupling. The chemiosmotic theory. Experimental verification of the theory. ATP synthase. Transport systems on the mitochondrial membrane.  Oxidative phosphorylation regulation.
Photosynthesis: light period, photo-pigments, absorption of light energy and photo-induced charge separation. Photosystems. NADPH and ATP production. The dark phase: Calvin cycle, Rubisco and its regulation. Sucrose and starch production in plants. Photorespiration. Metabolism of C3, C4 and CAM plants.
The pentose cycle: steps. Antioxidant function of NADPH. Genetic deficiency of G6PD.
Fatty acids catabolism: origin of lipids from the diet and from adipose tissue. Apo-lipoproteins (chylomicrons, VLDL, LDL, HDL). Acyl-CoA activation, transport in the mitochondria and beta-oxidation. Oxidation of unsaturated fatty acids and odd chains.
Biosynthetic reactions from acetyl-CoA: ketone bodies and their meaning, fatty acids synthesis. Fatty acids synthesis from carbohydrates. Regulation of synthesis and degradation of fatty acids (allosteric and hormonal). Reactions of elongation and unsaturation. Synthesis of triglycerides and phospholipids.

Module 3: Biosyntheses 
Cholesterol biosynthesis. Cholesterol synthesis regulation. Transport of cholesterol in the blood plasma: lipoproteins. Mevalonate as a precursor of compounds with isoprene units (Vitamin A, E, K). Farnesylation and geranylation of proteins. Catabolism of cholesterol to bile acids. Steroid hormones: biosynthesis and catabolism of corticosteroids and sex hormones. Vitamin D. 
Turnover of proteins and amino acid catabolism. Deamination by transaminase. Pyridoxalphosphate. Desaminazione. Glutamate dehydrogenase. Urea cycle. Genetic deficiencies.
Biosynthesis of amino acids: nitrogen fixation. Nitrogen cycle, insertion of ammonium into amino acids. GLN synthetase regulation. Biosynthesis of amino acids (specific examples). S-adenosyl-methionine, THF. Amino acid derivatives. Synthesis of GSH, dopamine, norepinephrine, epinephrine, GABA, histamine, polyamines.
Biosynthesis and catabolism of purine and pyrimidine nucleotides. Genetic deficiencies. Ribonucleotide reductase. Mechanisms of regulation. Folic coenzyme. DHF reductase inhibitors as anticancer drugs. Uric acid.
Heme biosynthesis and catabolism. Porphyria.
Integration of the main metabolic pathways.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

L'insegnamento si articola in 80 ore di didattica ed esercitazioni in cui gli studenti saranno suddivisi in diversi gruppi. L'insegnamento potrà anche essere seguito a distanza per l’intero programma.

Le esercitazioni sono un momento di approfondimento e di verifica e hanno lo scopo di migliorare la comprensione della disciplina e di stimolare la curiosità degli studenti sugli aspetti più interessanti e innovativi della Biochimica.

The Course consists of 80 hours of lectures and exercises in which students will be divided into different groups. The Course can also be followed remotely for the entire program.

Exercises give students the opportunity to deepen their understanding of the various topics and to test their level of knowledge. They are aimed at improving the understanding of the Discipline and at stimulating students' curiosity on the most interesting and innovative aspects of Biochemistry.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

La modalità di verifica dell’apprendimento sarà accertata attraverso:

  • la partecipazione ad esercitazioni in piccoli gruppi in cui verranno approfonditi gli argomenti fondamentali anche mediante l’uso di filmati e video

 

  • Esame Finale

L’esame è costituito a scelta: 
1)    da una prova scritta composta di circa 35 domande a risposta multipla (punteggio 0 o 0.5) e di 3 domande aperte (punteggio da 0 a 5 in base alla completezza della risposta), oppure
2)    da una prova orale in cui verranno poste domande sui principali argomenti del programma svolti durante le lezioni.
La possibilità di partecipare al test scritto sarà riservata agli studenti in corso e sarà limitata al primo appello di Febbraio. 

Knowledge acquisition will be assessed by:

  •  the organization of exercises in small groups, where students will acquire further notions on fundamental topics using also videos.

Final exam

The exam will consists either of

1)    a written test including about 35 multiple choice questions (score 0 or 0.5) and 3 open questions (score from 0 to 5 according to the accuracy of the answer)

2)    an oral examination where each student will be asked questions on the main topics of the program carried out during classes.

Only students of current academic year course will be allowed to participate in the written examination, which will be limited to the first exam session in February.  

Oggetto:

Attività di supporto

Durante il corso un pomeriggio a settimana gli studenti avranno a disposizione un docente di supporto per eventuali dubbi/difficoltà.
Sono inoltre messi a disposizione i PDF delle lezioni presentate e gli articoli scientifici usati come approfondimento. I contenuti didattici saranno anche arricchiti di video.

During the course, one afternoon a week, students can count on a teacher for support with any questions/problems.
They will also have access to the PDF version of the lessons and scientific articles. The educational content will also be enriched with videos.

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER
Anno pubblicazione:  
2022
Editore:  
Zanichelli
Autore:  
David L. Nelson, Michael M. Cox
Obbligatorio:  
Si


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Biochimica
Anno pubblicazione:  
2020
Editore:  
Zanichelli
Autore:  
Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Gregory J. Gatto, Lubert Stryer
Obbligatorio:  
Si
Oggetto:

  • E’ stata richiesta al  servizio bibliotecario la disponibilità dei testi digitali nel sistema di Ateneo.

  • Il materiale didattico è arricchito con contenuti audiovisivi presenti in rete.

  • The availability of digital texts has been requested at the library service of the University.
  • The teaching material is enriched with audio visual content present on the web. 


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Note

“Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico”

 

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Orario lezioniV

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    Ultimo aggiornamento: 16/07/2022 15:01
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