programma del - Medicina Unict

PROGRAMMA DIDATTICO
C.I. BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE (10 CFU)
A.A. 2011-2012
Docenti del C.I. :
Prof. Roberto Avola -
Coordinatore del Corso
Prof.ssa Vincenza Barresi
Finalità generali del Corso
• fornire agli studenti di medicina la chiave per capire il contesto fisico, chimico e biologico
in cui si inquadrano molecole, reazioni e vie metaboliche;
• dare rilievo alle relazioni tra struttura e funzione delle principali classi di macromolecole ed
alla regolazione metabolica a livello molecolare e cellulare;
• stimolare l'interesse dello studente sviluppando i vari argomenti in modo logico e
consequenziale, evidenziando le connessioni tra i vari processi.
I docenti ritengono inoltre che un'efficace comprensione della Biochimica moderna è impossibile
senza una introduzione ai metodi sperimentali che hanno permesso di ottenere le principali
acquisizioni scientifiche.
Obiettivi irrinunciabili del corso:
Alla fine del corso lo studente deve aver compreso i rapporti struttura-funzione delle principali
molecole biologiche, i meccanismi biochimici essenziali per una corretta funzionalità metabolica e i
fondamenti delle principali metodologie applicabili allo studio dei fenomeni biologici e
biomolecolari.
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Modulo: Biochimica e Biologia molecolare (6 CFU)
Docente e Coordinatore del Corso: Prof. Roberto Avola
Ed. 2, II piano – v.le A. Doria 6, 95125 Catania.
Recapiti: tel. 095-7384062; fax 095-336990; Mail: [email protected]
PROTEINE-COMPOSIZIONE E STRUTTURA
Amminoacidi: caratteristiche generali, proteici e non proteici, essenziali, glucogenici e chetogenici.
Legame peptidico. Struttura primaria. Struttura secondaria alfa-elica; foglietto pieghettato beta. I
legami che stabilizzano la struttura terziaria delle proteine. Struttura quaternaria. Proteine fibrose:
cheratine. Proteine globulari. Denaturazione delle proteine.
PROTEINE DEL TESSUTO CONNETTIVO
Collagene: struttura del collagene. Collagenopatie.
PROTEINE DEL PLASMA
Assorbimento, trasporto e riserve di ferro.
Distribuzione del ferro nell'organismo umano: assorbimento intestinale, deposito (ferritina,
emosiderina), ceruloplasmina. aptoglobina, emopessina, transferrina e trasporto plasmatico del
ferro, sideremia; capacità totale di legare il ferro; quoziente di saturazione della transferrina;
endocitosi mediata da recettori per la transferrina; ferritina; nozioni elementari sulle conseguenze di
una carenza di ferro (anemie sideropeniche) ed un eccesso di ferro (emocromatosi), meccanismi
molecolari per il controllo del livello di ferro.
Immunoglobuline: Anticorpi, antigeni, e determinanti antigenici; struttura delle immunoglobuline
(catene leggere e pesanti, regioni variabili e costanti, sito di legame per l'antigene, domini,
frammenti Fab e Fc: natura bifunzionale della molecola dell'anticorpo).
Nozioni elementari sulle principali classi di immunoglobuline umane c loro funzioni; teoria della
selezione clonale. Genetica delle immunoglobuline ed origine della diversità degli anticorpi. Aspetti
molecolari della differenziazione antigene-indipendente ed antigene-dipendente del linfocita B.
(Ricombinazione V/D/J per le catene pesanti; ricombinazione V/J per le catene leggere; linfocita B
e recettori per l'antigene; IgM di membrana e secrete; plasmacellule; commutazione di classe per la
catena pesante). Cenni sul sistema del complemento.
Aspetti biochimici della coagulazione del sangue: adesione ed aggregazione piastrinica; meccanismi
di trasduzione dei segnali; struttura del fibrinogeno; monomeri di fibrina e fibrinopeptidi; fattore
stabilizzante la fibrina; protrombina e trombina; via intrinseca ed estrinseca; emofilia; sistema
fibrinolitico; eparina ed antitrombina; vit. K.
ENZIMI E CINETICA ENZIMATICA
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Nomenclatura c classificazione degli enzimi. Numero EC; classi enzimatiche (ossidoreduttasi,
transferasi, idrolasi, liasi, isomerasi, ligasi).
Catalisi enzimatica: definizione di catalizzatore; meccanismo generale della catalisi ed energia di
attivazione; apoenzimi, coenzimi, cofattori e gruppi prosteticì; sito di legame per il substrato e sito
catalitico; modelli di interazione enzim-substrato (modello della "chiave-serratura", modello
dell’adattamento indotto); specificità di substrato,
Cinetica enzimatica: Richiami di cinetica chimica, (equazione e costante di velocità); Influenza
della concentrazione del substrato sulla velocità di una reazione enzimatica cinetica delle reazioni
enzimatiche allo stato stazionario; complesso enzima-substrato; equazione di Michaelis e Menten e
sua rappresentazione grafica; significato della km; diagramma dei doppi reciproci). Inibizione
enzimatica: inibizione competitiva, non competitiva ed inattivazione. Influenza del pH e della
temperatura sulla attività enzimatica. Determinazione dell'attività enzimatica ed unità' di attività
enzimatica.
Allosterismo:
Sito allosterico e sito catalitico; modulatori o effettori allosterici (positivi o negativi); enzimi
oligomerici, cooperatività interazioni omotropiche ed eterotropiche; cinetica delle reazioni
catalizzate da enzimi allosterici (curva sigmoide); subunità regolatrici e catalitiche, ruolo degli
enzimi allosterici nel metabolismo; effettori allostetici.
Regolazione dell’attività enzimatica: a) compartimentazione, b) regolazione dell'espressione genica
e concentrazione intracellulare della proteina enzimatica; c) modulazione dell’attività enzimatica: a)
regolazione allosterica e controllo di una via metabolica; b) regolazione covalente (modificazioni
post-traduzionali), Isoenzimi.
COENZIMI UTILIZZATI NELLE REAZIONI METABOLICHE
BIOENERGETICA E OSSIDAZIONI BIOLOGICHE
− Genoma mitocondriale
− Richiami di termodinamica chimica: variazione di energia libera standard; chimica dell'ATP
e composti ad alta energia; ruolo dell'ATP nella bioenergetica; trasferimento dell’energia.
− Trasporto di ioni e metabolíti attraverso la membrana mitocondriale interna.
− Coenzimi piridin-nucleotidici: NAD e NADP; struttura e funzione come trasportatori di
idrogeno.
− Richiami di elettrochimica: reazioni di ossido riduzione; coppia redox; potenziale standard
di ossidoriduzione. Relazione tra variazione di energia libera standard e differenza di
potenziale standard di ossidoriduzione.
− Catena mitocondriale di trasporto degli elettroni: membrana mitocondriale interna ed
esterna; potenziali standard di ossidoriduzione dei componenti della catena di trasporto degli
elettroni. Organizzazione della catena di trasporto degli elettroni in complessi lipoproteici.
della membrana interna (complesso I-II-III-IV-V) e componenti mobili (ubichinone e
citocromo C). Coenzimi flavinici (Struttura e funzione come trasportatori di idrogeno, FMN
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e FAD, riboflavina), Ferrosolfoproteine; Struttura e funzioni dei citocromi; Struttura e
funzioni del: Complesso I (NADH- ubichinone ossido reduttasi), Complesso II (succinatoubichinone ossido reduttasi), Complesso III (ubichinolo-citocromo C ossido reduttasi);
Complesso IV (citocromo ossidasi); Inibitori del trasporto degli elettroni.
− Fosforilazione ossidativa: ATP sintasi mitocondriale (complesso V): struttura e funzione dei
fattori F1 e Fo; rapporto P/0; ipotesi dell'accoppiamento chemiosmotico; gradiente
elettrochimico di H+; controllo respiratorio; disaccoppianti; inibitori della ATP sintasi.
− Trasporto di ioni e metaboliti nei mitocondri: translocasi degli adenin nucleotidi; sistema di
trasporto del calcio, del fosfato, del piruvato, degli acidi bicarbossilici e degli acidi
tricarbossilici; sistema di trasporto aspartico-glutamminico; sistema di trasporto àchetoglutarato-malato, Sistemi navetta per l'ingresso di equivalenti riducenti nel
mitocondrio: sistema del glicerolo fosfato, sistema malato aspartato.
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). Reazione di dismutazione dell'anione
superossido; reazione di Haber -Weiss, reazione di Fenton Difese biologiche nei confronti dei
radicali liberi; superossido dismutasi; glutatione perossidasi, glutatione reduttasi, catalasi, vit. E.
EMOGLOBINA E TRASPORTO DELL’OSSIGENO
Struttura funzioni dell’emoglobina
Struttura e funzioni. Vari tipi di emoglobine. Curva di dissociazione dell’emoglobina: effetto
cooperativo - effetto Bohr, 2,3 DPG. Trasporto isoidrico della CO2. Tamponi effettoemoglobinici,
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
GLUCOSIO EMATICO
GLICOGENO;
GLUCONEOGENESI;
CONTROLLO
DEL
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.
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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.
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.
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Modificazioni dell’equilibrio acido-base: acidosi metabolica, acidosi respiratoria, alcalosi
metabolica, alcalosi respiratoria e relative compensazioni fisiologiche.
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.
Testi consigliati:
• Noris Siliprandi, Guido Tettamanti: Biochimica medica. Strutturale, metabolica e
funzionale. Piccin-Nuova Libraria – 2011
• I principi di biochimica di Lehninger, di David L. Nelson, Michael M. Cox - Zanichelli.
• Biochimica, Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer - Zanichelli.
• Biochimica con aspetti clinici. T.M. Devlin. Idelson-Gnocchi editore.
Modalità di erogazione: tradizionale.
Organizzazione della didattica: lezioni frontali.
Metodo di valutazione: prova orale.
Orario di ricevimento: il martedi dopo le ore 14.00 previo appuntamento.
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Risultati d’apprendimento:
Alla fine del corso lo studente deve aver ben compreso:
-
i rapporti struttura-funzione delle principali molecole biologiche,
-
i meccanismi biochimici essenziali per la corretta funzionalità metabolica
-
i fondamenti delle principali metodologie applicabili allo studio dei fenomeni biologici e
biomolecolari.
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Modulo di Bioch. Clin. e Biol. Mol. Clin. (4 CFU)
(C.I. Bioch. e Biol. Mol. 10 CFU; II anno – I Sem)
Docente: Prof.ssa V. Barresi, [email protected]
Programma:
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Definizione e ruolo della Medicina di Laboratorio, l’indagine di laboratorio
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I campioni biologici: tipi, prelievi, trattamento e conservazione. Estrazione e dosaggio
degli acidi nucleici.
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Il referto biologico: variabilità pre-analitica, analitica e post-analitica. Variabilità
biologica.
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Il controllo di qualità.
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Caratteristiche diagnostiche di un test di laboratorio: la sensibilità diagnostica, la
specificità diagnostica,
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valore predittivo positivo e negativo di un test.
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Il Fegato, metabolismo, marcatori di lesione epatica, reazioni di detossificazione,
l’alcolismo.
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Il Pancreas. Iperglicemie ed Ipoglicemie.
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Il Cuore, Marcatori di danno cardiaco, Indagini di laboratorio.
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Rischio cardiovascolare: aterosclerosi e metabolismo lipidico, Indagini di laboratorio.
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Il Rene: Parametri per la valutazione della funzionalità renale ed esame delle urine.
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Il Sangue. L’esame emocitometrico.
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Principali patologie a carico del globulo rosso: Anemie, Talassemie ed Emoglobinopatie.
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Anemie Emolitiche, Criteri di valutazione della severità di un’anemia.
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Principali patologie a carico del globulo bianco: Leucocitosi, Leucopenia, Leucemie
acute e croniche.
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La diagnostica genetica: Le malattie genetiche, metodiche per l’analisi di mutazioni note
e non note.
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Malattie genetiche dovute a mutazioni statiche e dinamiche, malattie monogeniche e
poligeniche, l’eredità mitocondriale. La diagnosi prenatale Diagnostica molecolare in
ematologia oncologica.
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Cellule staminali in medicina.
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Tecniche di biologia molecolare: Reazione di polimerizzazione a catena (PCR), Enzimi
di modificazione e di restrizione, Saggi immunoenzimatici, Sequenziamento e
Microarrays
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I radicali liberi
Testi consigliati:
1) Medicina di Laboratorio e Diagnostica Genetica,
Autori: L. Sacchetti, P. Cavalcanti, G. Fortunato, L. Pastore, F. Rossano, D. Salvatore, F. Scopacasa.
Casa Editrice: Idelson-Gnocchi.
2) Medicina di Laboratorio,
Autori: M. Zatti, Clara Lechi, G. C. Guidi, F. Manzato, G. Lippi. Casa Editrice: Idelson-Gnocchi.
3) Biochimica Clinica.
Autori: L. Spandrio. Casa Editrice: Idelson-Gnocchi.
Modalità di erogazione: tradizionale.
Organizzazione della didattica: lezioni frontali.
Metodo di valutazione: prova orale.
Orario di ricevimento: il lunedì ed il venerdì, ore 9.00-11.00 su appuntamento per e-mail
Risultati d’apprendimento:
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Conoscenza delle principali metodologie utilizzate in Biochimica Clinica: caratteristiche e i limiti
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Conoscenza delle basi metodologiche e culturali per decidere esami ed analisi in relazione agli eventi
molecolari e biologici che caratterizzano una patologia odontoiatrica.
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Caratteristiche e limiti dei principali esami di laboratorio.
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Interpretazione critica dei risultati di laboratorio: parametri per determinare l’affidabilità delle
indagini da
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laboratorio, la corretta interpretazione e la loro correlazione critica con i processi molecolari e
biologici che
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caratterizzano le fasi della malattia.
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Stesura ed interpretazione di un referto da laboratorio.
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