A.A.: 2014/2015
Anno di corso: II
Semestre: I
Insegnamento: BIOCHIMICA (C.I. Biochimica e Biologia Molecolare)
Docente: Prof. Roberto Avola
CFU: 4
Italiano
Testi consigliati
Siliprandi-Tettamanti. Biochimica Medica. Piccin.
Nelson Cox. I principi di Biochimica di Lehninger. Zanichelli
Obiettivi formativi
Il corso integrato di Biochimica e biologia molecolare si propone di fornire agli studenti
di odontoiatria le basi per capire i contesti fisico, chimico e biologico in cui si
inquadrano molecole, reazioni e vie metaboliche; di dare rilievo alle relazioni tra
struttura e funzione delle principali classi di macromolecole ed alla regolazione
metabolica a livello molecolare e cellulare.
Per stimolare l'interesse dello studente i vari argomenti saranno spiegati sottolineando
le interconnessioni logiche e consequenziali, evidenziando gli aspetti clinici,
introducendo i metodi sperimentali.
Alla fine del corso lo studente avrà compreso i rapporti struttura-funzione delle
principali molecole biologiche, i meccanismi biochimici essenziali per una corretta
funzionalità metabolica e le conseguenze delle loro alterazioni.
Metodi didattici
LEZIONI FRONTALI E SEMINARI
Modalità di verifica PROVA ORALE
dell'apprendimento
Programma
dettagliato
PROTEINE: composizione e struttura
PROTEINE DEL TESSUTO CONNETTIVO
PROTEINE DEL PLASMA
- Assorbimento, trasporto e riserve di ferro.
- Distribuzione del ferro nell'organismo umano.
- Immunoglobuline
- Aspetti biochimici della coagulazione del sangue
ENZIMI E CINETICA ENZIMATICA
- Catalisi enzimatica
- Cinetica enzimatica
- Allosterismo
- Regolazione dell’attività enzimatica
COENZIMI UTILIZZATI NELLE REAZIONI METABOLICHE
BIOENERGETICA E OSSIDAZIONI BIOLOGICHE
- Genoma mitocondriale
- Richiami di termodinamica chimica
- Trasporto di ioni e metabolíti attraverso la membrana mitocondriale interna.
- Coenzimi piridin-nucleotidici
- Richiami di elettrochimica
- Catena mitocondriale di trasporto degli elettroni
- Fosforilazione ossidativa
- Trasporto di ioni e metaboliti nei mitocondri
RADICALI LIBERI
Definizione; effetti dei radicali liberi nei sistemi biologici; perossidazione dei
lipidi insaturi ed alterazioni delle membrane biologiche; prodotti di riduzione
parziale dell'ossigeno (anione superossido, acqua ossigenata e radicale
idrossile).
EMOGLOBINA E TRASPORTO DELL’OSSIGENO
Struttura funzioni dell’emoglobina. Vari tipi di emoglobine. Curva di
dissociazione dell’emoglobina: effetto cooperativo - effetto Bohr, 2,3 DPG.
Trasporto isoidrico della CO2. Tamponi emoglobinici. Effetto Hamburger
(scambio dei cloroioni). Emoglobinopatie.
METABOLISMO DEI GLICIDI
Glicidi di importanza biologica: glicogeno, amido, disaccaridi, monosi-derivati
dei moonosi. Funzione plastica ed energetica del glicidi. Digestione ed
assorbimento dei glucidi. Amilasi e disaccaridasi. Meccanismi di trasporto e di
assorbimento dei glicidi. Assorbimento intestinale del glucosio, carrier mobile
per il glucosio. Utilizzazione del glucosio.
METABOLISMO DEL GLICOGENO; GLUCONEOGENESI; CONTROLLO DEL
GLUCOSIO EMATICO
Glicogeno sintesi e glicogeno lisi: Regolazione del metabolismo del glicogeno
epatico e muscolare glucogenesi e gluconeogenesi e loro regolazione (enzima
tandem). Disturbi del metabolismo del glicogeno: le glicogenosi.
Regolazione della glicemia: Meccanismo d'azione dell'adrenalina e del
glucagone.
Adrenalina: recettori α e b adrenergici. Effetti. metabolici mediati dai suddetti
recettori. Nucleotidi ciclici (AMP ciclico e GMIP ciclico).
Gli ormoni glucocorticoidi e loro meccanismo d'azione.
Insulina: biosintesi, meccanismo di secrezione e suoi effetti metabolici.
Recettori insulinici. Processo d’internalizzazione dell'insulina Meccanismo
molecolare d'azione dell’insulina a livello della membrana plasmatica, a livello
citoplasmatico e nucleare. Effetti metabolici dell'insulina sul metabolismo
glicidico, lipidico, proteico e degli acidi nucleici.
LA GLICOLISI E L'OSSIDAZIONE DEL PIRUVATO
- Glicolisi aerobica ed anaerobica e loro regolazione metabolica ed ormonale:
Utilizzazione dell'energia nella glicolisi. Origine dell’acido lattico. Lattico
deidrogenasi (LDH) ed enzimi pendolari Fermentazione alcolica.
Interconversione dei monosaccaridi. Utilizzazione metabolica dell'acido
piruvico e sue interconversioni metaboliche, correlazioni tra metabolismo
glicidico, lipidico e proteico. Enzima malico.
Decarbossilazione ossidativa dell'acido piruvico: Difosfotiamina, acido lipoico,
coenzima A. Regolazione del metabolismo dell'acido piruvico (complesso
multienzimatico della piruvato deidrogenasi).
SHUNT DELL'ESOSOMONOFOSFATO
- La via dei pentosi (o Shunt dell'esosomonofosfato)
- Ruolo del NADPH nel metabolismo.
CICLO D KREBS
Il ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs e sua regolazione metabolica ed
ormonale.
− Correlazioni metaboliche tra alcuni intermedi del ciclo di Krebs e i metaboliti
della sintesi dei lipidi.Ciclo piruvato-citrato e correlazioni con il ciclo
extramitocondriale del citrato.
− Reazione globale e resa energetica del Ciclo di Krebs. Ruolo biosintetico dei
ciclo
− Reazioni anaplerotiche. Localizzazione mitocondriale degli enzimi.
METABOLISMO LIPIDICO
Lipidi di importanza biologica (trigliceridi, fosfolipidi, cerebrosidi, ecc.).
Digestione ed assorbimento dei lipidi. Lipoproteine plasmatiche. Beta
Ossidazione degli acidi grassi e bilancio energetico. Sistema di trasporto degli
acidi grassi attivati. Carnitina. Chetogenesi ed utilizzazione extraepatica dei
corpi chetonici. Chetoacidosi diabetica. Biosintesi degli acidi grassi saturi ed
insaturi. Regolazione metabolica ed ormonale della biosintesi degli acidi grassi.
Biosintesi del colesterolo e sua regolazione. Patologie connesse al metabolismo
del colesterolo. Ipercolesterolemia familiare. Aterosclerosi. Obesità.
ORMONI
Struttura, classificazione e cenni sulla biosintesi. Aspetti biochimici dei
meccanismi molecolari dell'azione degli ormoni. Introduzione al metabolismo.
Le vie metaboliche. Meccanismi di trasduzione del segnale nei diversi organi e
tessuti. Proteine G. Secondi Messaggeri (cAMP, cGMP, Calcio, ecc.). Il ciclo dei
fosfoinositidi. Fospatidil-inositolo 4,5 Bifosfato, IP3 e DAG. Meccanismo
d’azione degli ormoni cAMP dipendenti. Adrenalina, Glucagone, ACHT, ecc.
Meccanismo d’azione degli ormoni steroidei. Mineralcorticoidi, glucocorticoidi
ed ormoni sessuali. Fattori di crescita Insulina e recettori tirosin-chinasici.
Insulina e glucagone e loro recettori. Diabete mellito di primo e di secondo
tipo.
REGOLAZIONE DELL’EQUILIBRIO IDROSALINO:
Elettroliti sodio, potassio calcio. Pompa sodio-potassio. Aldosterone. Sistema
Renina-Angiotensina. Regolazione pressione osmotica negli organismi viventi.
Ruolo del rene nell’omeostasi. Meccanismi di formazione dell’urina. ADH.
Osmocettori ipotalamici. Diabete insipito. Meccanismo di moltiplicazione in
controcorrente.
REGOLAZIONE DELL’EQUILIBRIO ACIDO-BASE:
Equazione di Handerson e Hasselbach. Sistemi tamponi plasmatici ed
eritrocitari. Scaambio isoidrico della CO2. Effetto Hamburger. Regolazione
dell’equilibrio acido-base renale. Modificazioni dell’equilibrio acido-base:
acidosi metabolica, acidosi respiratoria, alcalosi metabolica, alcalosi
respiratoria e relative compensazioni fisiologiche.
Inglese
Recommended Texts
Educational Objectives
Siliprandi-Tettamanti. Biochimica Medica. Piccin.
Nelson Cox. I principi di Biochimica di Lehninger. Zanichelli
The course of Biochemistry aims to provide to the students the basis to
understanding the physical, chemical and biological contexts in which molecules,
reactions and metabolic pathways play their role. Particular attention will be given
to the structure and function relationship of the major classes of macromolecules as
also to the metabolic regulation at the molecular and cellular level.
In order to stimulate student interest, the topics will be explained emphasizing the
logical and consequential interconnections emphasizing the clinical aspects and
introducing experimental methods.
At the end of the present course, the student will understand the structure-function
relationships of the main biological molecules, essential biochemical mechanisms
that underlie a proper metabolic function and the consequences of their alterations.
Teaching Methods
CLASSROOM LESSONS
Learning Assessment
Procedures
ORAL EXAMINATION
Detailed Program
BIOCHEMISTRY PROGRAMM
PROTEINS: composition and structure
TISSUE PROTEIN
PROTEINS OF PLASMA
- Iron: Absorption, transport and iron reserves.
- Iron distribution in the human body.
- Immunoglobulins
- Biochemical aspects of blood coagulation
ENZYMES AND ENZYME KINETICS
- Enzyme catalysis
- Enzyme Kinetics
- Allosteric enzymes
- Regulation of enzyme activity
COENZYMES USED IN METABOLIC REACTIONS
BIOENERGETICS AND BIOLOGICAL OXIDATION
- Mitochondrial Genome
- Elements of chemical thermodynamics
- Transport of ions and metabolites across the inner mitochondrial membrane.
- pyridine-nucleotide coenzymes
- Fundamentals of Electrochemical
- Mitochondrial electron transport chain
- Oxidative Phosphorylation
- Transport of ions and metabolites in the mitochondria
FREE RADICALS
definition; effects of free radicals in biological systems; peroxidation of unsaturated
lipids and alterations of biological membranes; products of partial reduction of
oxygen (superoxide anion, hydrogen peroxide and hydroxyl radical).
HEMOGLOBIN AND OXYGEN TRANSPORT
Structure functions of hemoglobin. Various types of hemoglobins. Hemoglobin
dissociation curve: cooperative effect - Bohr effect, 2,3 DPG. Isoidric transport of
CO2. Hemoglobin buffers. Effect Hamburger (exchange of cloroioni).
Hemoglobinopathies.
GLYCIDES METABOLISM
glycogen, starch, disaccharides. Plastic and energy function of glycides. Digestion
and absorption of carbohydrates. Amylase and disaccharidases. Transport and
absorption mechanisms of glycides. Intestinal absorption of glucose, the mobile
carrier for glucose. Glucose utilization.
GLYCOGEN METABOLISM; GLUCONEOGENESIS; BLOOD GLUCOSE CONTROL
Synthesis and lysis glycogen: Regulation of hepatic and muscle glycogen
metabolism. Gluconeogenesis and regulation (enzyme tandem). Disorders of
glycogen metabolism: the glycogen storage disease.
Regulation of glycemia: Mechanism of action of adrenaline and glucagon.
Adrenaline: α and b-adrenergic receptors. Effects metabolism mediated by these
receptors. Cyclic nucleotides (cyclic AMP and cyclic GMIP).
Glucocorticoid hormones and their mechanism of action.
Insulin: biosynthesis, secretion mechanism and its metabolic effects. Insulin
receptors. Process of internalization of insulin Molecular mechanism of action of
insulin in the plasma membrane, in the cytoplasm and nuclear. Metabolic effects of
insulin on glucose, lipid, protein and nucleic acids metabolism.
GLYCOLYSIS AND OXIDATION OF PYRUVATE
- Aerobic and anaerobic glycolysis and their metabolic and hormonal regulation: Use
of energy in glycolysis. Origin of lactic acid. Lactic dehydrogenase (LDH) and
enzymes commuters alcoholic fermentation. Interconversion of monosaccharides.
Metabolic utilization of pyruvic acid and its metabolic interconversions, correlations
between glucose metabolism, lipid and protein. Malic enzyme.
Oxidative decarboxylation of pyruvic acid: Difosfotiamina, lipoic acid, coenzyme A.
Adjusting the metabolism of pyruvic acid (pyruvate dehydrogenase multienzyme
complex).
HEXOSE MONOPHOSPHATE SHUNT
- The way of the pentose (or Shunt dell'esosomonofosfato)
- Role of NADPH in metabolism.
KREBS CYCLE
The citric acid cycle or Krebs cycle and its metabolic and hormonal regulation.
- Correlations between some metabolic intermediates of the Krebs cycle
metabolites and the synthesis of lipids cycle pyruvate-citrate cycle and correlation
with the extramitochondrial citrate.
- Reaction and overall energy yield of the Krebs cycle. Role of the biosynthetic cycle
- Anaplerotic reactions. Mitochondrial localization of enzymes.
LIPID METABOLISM
Lipids of biological importance (triglycerides, phospholipids, cerebrosides, etc..).
Digestion and absorption of lipids. Plasma lipoproteins. Beta oxidation of fatty acids
and energy balance. System of transport of fatty acids activated. Carnitine.
Ketogenesis and extrahepatic utilization of ketone bodies. Diabetic ketoacidosis.
Biosynthesis of saturated and unsaturated fatty acids. Metabolic and hormonal
regulation of fatty acid biosynthesis. Cholesterol biosynthesis and its regulation.
Disorders related to cholesterol metabolism. Familial hypercholesterolemia.
Atherosclerosis. Obesity.
HORMONES
Structure, classification and notes on the biosynthesis. Biochemical aspects of the
molecular mechanisms of action of hormones. Introduction to metabolism. The
metabolic pathways. Mechanisms of signal transduction in different organs and
tissues. Protein G. Second messengers (cAMP, cGMP, Calcium, etc..). The
phosphoinositide cycle. Fospatidil-inositol 4,5-bisphosphate, IP3 and DAG.
Mechanism of action of hormones cAMP dependent. Adrenaline, Glucagon, ACHT,
etc.. Mechanism of action of steroid hormones. Mineralocorticoids, glucocorticoids
and sex hormones. Growth factors and insulin receptor tyrosine kinase. Insulin and
glucagon and their receptors. Diabetes mellitus type one and type two.
ADJUSTING BALANCE hydrosaline:
Electrolytes sodium, potassium, calcium. Sodium-potassium pump. Aldosterone.
Renin-Angiotensin System. Adjusting the osmotic pressure in living organisms. Role
of the kidney in homeostasis. Mechanisms of formation of urine. ADH.
Hypothalamic osmoreceptors. Diabetes insipito. Countercurrent multiplication
mechanism.
ACID-BASE BALANCE ADJUSTMENT:
And Handerson Hasselbach equation. Plasma and erythrocyte buffer systems.
Isoidric exchange of CO2. Effect Hamburger. Renal regulation of acid-base. Changes
in acid-base balance: metabolic acidosis, respiratory acidosis, metabolic alkalosis,
respiratory alkalosis and related physiological compensations.
