Programma Biochimica
Corso di laurea in Medicina e Chirurgia AA. 2009/2010
Docente: Prof. Gianfranco Pintus
Tutor: Dott. ssa Anna Maria Posadino, Dott. ssa Annalisa Cossu
Dipartimento di Scienze Biomediche
Tel 079 228120 – e-mail [email protected]
Introduzione
Il corso di Biochimica si propone di fornire agli studenti i fondamenti alla base del
contesto fisico, chimico e biologico in cui si inquadrano molecole, reazioni e vie
metaboliche.
Di esaltare le relazioni tra struttura e funzione delle principali classi di macromolecole.
Di inquadrare la regolazione metabolica a livello molecolare e cellulare.
Di evidenziare in maniera consequenziale le connessioni tra i vari processi su
elencanti.
Di studiare le interazioni tra acidi nucleici e proteine, tra proteine e proteine e le
funzioni biologiche da essi svolte negli organismi viventi. Particolare attenzione sarà
rivolta alla comprensione della struttura e funzionamento delle molecole atte a
trasdurre i segnali extracellulari in specifiche funzioni biologiche, nonché allo studio
della macromolecole responsabili dei fenomeni di controllo dell'espressione genica,
della proliferazione, differenziamento e trasformazioni cellulari.
Obiettivi
Alla fine del corso lo studente deve aver compreso:
Il ruolo esercitato dalla catalisi enzimatica nel fenomeno della vita.
I Rapporti struttura-funzione delle principali molecole biologiche e i processi coinvolti
nella sintesi di queste.
Gli aspetti termodinamici ed elettrochimici del metabolismo cellulare e la sua
regolazione.
Il metabolismo delle principali classi di macromolecole
la struttura delle proteine e delle molecole coinvolte nella trasduzione del segnale.
I meccanismi che regolano 1) il funzionamento di tali proteine e 2) il flusso di
informazione dall’esterno all’interno della cellula.
Struttura e funzionamento delle molecole coinvolte nella regolazione dell’espressione
genica, 1) della proliferazione, 2) trasformazione e 3) morte cellulare cellulare.
Le principali tecniche per lo studio dei fenomeni suddetti.
Programma del corso
Fondamenti della Biochimica: Fondamenti cellulari. Gerarchia e organizzazione
degli organismi viventi e delle strutture cellulari. Fondamenti chimici. Le biomolecole, I
composti del carbonio, i gruppi funzionali, conformazione e configurazione.
Fondamenti fisici. L’energia delle molecole. Termodinamica e Cinetica delle reazioni
chimiche. Catalisi. Effetto della catalisi sulle reazioni chimiche. Effetto degli enzimi
sulle reazioni sul controllo delle reazioni.
Bioenergetica e Termodinamica. Energia libera di Gibbs, Entalpia, Entropia,
Energia libera standard. ∆G, correlazione ∆G, Keq e concentrazione dei reagenti. ATP e
il suo ruolo nelle reazioni biochimiche, trasferimento di gruppi fosforici. Composti di
riserva energetica, funzione coenzimatica di altri nucleotidi. Reazioni di ossido-
riduzione, potenziali di riduzione standard ∆E°, correlazione E° ed Energia Libera di
Reazione. Molecole trasportatrici di elettroni.
Biomolecole: L’acqua. Struttura reattività, solubilità in acqua, Kw, pH e soluzioni
tampone, equazione di Henderson-Hesselbach.
Aminoacidi peptidi e proteine. Struttura e classificazione degli aminoacidi, proprietà
tampone degli aminoacidi. Struttura e classificazione delle proteine, proteine fibrose e
globulari. Struttura primaria. Struttura secondaria ( alfa elica e foglietto beta ).
Struttura terziaria e quaternaria. Cenni correlazione struttura e funzione delle
proteine.
Funzioni delle proteine. Generalità sulle funzioni delle proteine. Interazione proteinaligando, affinità di legame e Kd. Rappresentazione matematica interazione ligandoproteina. Mioglobina, interazione Mioglobina e Ossigeno. Interazione molecolare e
rappresentazione matematica. Emoglobina e Proteine allosteriche e legame
cooperativo. Interazione Emoglobina e Ossigeno. Interazione molecolare e
rappresentazione matematica, equazione di Hill. Modulatori allosterici del legame
Ossigeno Emoglobina. Emoglobina e Mioglobina come trasportatori di Ossigeno
comparazioni. Effetto Bohr e Trasporto isoidrico di CO2.
Enzimi. Sito attivo e meccanismi di catalisi. Classificazione. Cinetica enzimatica,
equazione di Michaelis-Menten, Km e suo significato. Grafico degli inversi o dei doppi
reciproci. Inibizione enzimatica. competitiva, in competitiva, mista ed irreversibile.
Controllo dell’attività enzimatica (allosterismo omo- ed etero-tropico, modificazioni
covalenti irreversibili e reversibili).
Vitamine e coenzimi. (tiamina, riboflavina, vitamina b3, nicotinammide, acido
pantotenico, piridossina, biotina, acido folico, vitamina B12, acido ascorbico, vitamine
liposolubili A,D,E,K).
Carboidrati. struttura, formule di rappresentazione, chiralità e isomeria.
Monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi più rappresentativi, struttura chimica e
nomenclatura. Carboidrati modificati, peptidoglicani e glicosamminoglicani, struttura e
funzioni. Glicoconiugati, proteoglicani, glicoproteine e glicolipi, struttura e funzioni.
Proteoglicani e glicoproteine della lamina basale. Effetti sulla proliferazione cellulare e
su l’espressione genica da parte dei Glicosamminoglicani.
Lipidi. Acidi grassi, struttura chimica e nomenclatura. trigliceridi, fosfolipidi,
sfingolipidi, cerebrosidi o glicolipidi, cere, prostaglandine, terpeni, steroidi. Lipidi
strutturali, natura chimica e interazione con l’acqua. Il colesterolo, funzione del
colesterolo nelle membrane cellulari.
Membrane Cellulari. I modelli di membrana, composizione, proprietà e funzioni delle
membrane. La membrana plasmatica. Composizione molecolare e funzioni dei
componenti. Trasporto di membrana. Diffusione e osmosi. Trasporto passivo,
trasporto attivo, molecole implicate e meccanismi molecolari coinvolti. Cinetica e
termodinamica del trasporto di membrana. Il trasporto di grandi molecole. Esocitosi,
Endocitosi, Endocitosi mediata da recettori.
Metabolismo Cellulare: Generalità vie anaboliche e cataboliche, reazioni redox e
potere riducente, metabolismo energetico e formazione di ATP.
Respirazione Cellulare. glicolisi, ciclo di krebs, catena di trasposto degli elettroni,
fosforilazione ossidativi, sintesi dell’ATP per chemiosmosi e per fosforilazione a livello
di substrato. Regolazione della Respirazione cellulare.
Metabolismo dei carboidrati. Decarbossilazione del Piruvato, Fermentazione lattica e
alcolica, gluconeogenesi, ciclo dei pentosi fosfati, il glutatione e la sua funzione,
glicogenosintesi e glicogenolisi. Regolazione locale e ormonale del metabolismo dei
carboidrati.
Metabolismo lipidico. Digestione dei lipidi, trasporto, β-ossidazione, sintesi dei corpi
che tonici, biosintesi degli acidi grassi, sintesi dei trigliceridi, biosintesi del colesterolo.
Metabolismo degli amminoacidi. digestione, transamminazione, desaminazione,
decarbossilazione, sintesi della glutammina, sintesi della carbamil-fosfato, ciclo
dell’urea, sintesi delle ammine biogene e loro ruolo.
Biologia Cellulare e Molecolare:
I segnali cellula-cellula. Segnali extracellulari, ormoni e recettori di membrana.
Generalità sul meccanismo d’azione e loro ruolo biologico.
Recettori e secondi messaggeri. c-AMP, ione Ca2+, proteine G, Recettori tirosinchinasici, proteine Ras. Le specie reattive dell’ossigeno (ROS) come induttori di danno
cellulare o come secondi messaggeri fisiologici.
Vie di trasduzione del segnale: Vie di trasduzione legate alla sopravivenza e morte
cellulare, controllo della proliferazione, apoptosi e differenziamento cellulare. La via
delle Mitogen-activated protein kinases (MAPK). Vie attivate da fattori di crescita,
extracellular signal-regulated kinases (ERKs) e Akt/PKB. Vie attivate dagli stress c-Jun
N-terminal kinases (JNKs) e P38 mitogen-activated protein kinases (p38mapk).
La protein kinase C (PKC), isoforme della PKC e loro funzioni cellulari.
Vie di trasduzione legate al danno e rimodellamento vascolare. La matrice
extracellulare, La via di trasduzione del Transforming growth factor beta (TGF-β) e
della Angiotensina II.
Sistemi e tecniche di studio delle proteine
Sistemi e tecniche di trasfezione delle cellule eucariotiche.
Probe cellulari per lo studio dei secondi messaggeri e di funzioni biologiche della
cellula (ROS, Calcio, proteine enzimatiche e del ciclo cellulare)
Tecniche di base in Biologia cellulare e Molecolare: Estrazione di proteine, DNA e
RNA, quantizzazione di Proteine, DNA e RNA, elettroforesi su gel di poliacrilamide e
agarosio, La reazione di polimerizzazione a catena, cenni sul clonaggio, i vettori di
espressione, cenni sull’utilizzo dei vettori nella sperimentazione.
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David L. Nelson, Michael M. Cox
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