CHIMICA BIOLOGICA, 9 CFU Obiettivi formativi del corso Il Corso ha lo scopo di fornire agli studenti le nozioni di base chimiche, fisico-chimiche e termodinamiche generali che governano tutte le funzioni biologiche, da quelle cellulari, a quelle di organo e degli organismi interi. Syllabus Richiami di Chimica Generale ed Organica, rivolti a quegli studenti che non hanno ancora sostenuto gli esami relativi. Proprietà degli amminoacidi, con particolare riguardo ai pK dei gruppi ionizzabili. Struttura e funzione delle proteine. L’emoglobina. Cinetica delle reazioni enzimatiche. I composti ad elevato tenore energetico. Il metabolismo degli zuccheri. La fosforilazione ossidativa. Biosintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Metabolismo generale degli amminoacidi. Programma dettagliato del corso RICHIAMI DI CHIMICA: i principali elementi presenti nei viventi. L'elettronegatività e il legame elettrostatico o salino. Solvatazione degli ioni. Il legame covalente. Formazione della molecola di idrogeno ed energia libera della reazione. Legami covalenti del carbonio. Legami carbonio -carbonio semplici. Formule di struttura spaziali dell'acido acetico, dell'etano e dell'acido palmitico. Legami covalenti multipli del carbonio. Legami covalenti polarizzati. La valenza. La carica formale La risonanza. Isomeria. Gruppi funzionali. DEFINIZIONI DELLA BIOCHIMICA. Spazi, tempi ed energie. I LEGAMI DEBOLI : legami a idrogeno, legami elettrostatici, forze di Van der Vaals. L'ACQUA: struttura della molecola. Polarità e coesività. Interazioni idrofobiche Il pH. L'equazione di Henderson e Hasselbalch, sua importanza in Biochimica. GLI AMMINOACIDI . Proprietà generali. Chiralità degli amminoacidi: la convenzione di Cahn, Ingold e Prelog e la convenzione di Fischer. Classificazione degli amminoacidi. Formule di struttura e caratteristiche generali dei singoli amminoacidi naturali. Gli amminoacidi come anfoioni. Proprietà del gruppo carbossilico e del gruppo amminico Gli amminoacidi acidi e gli amminoacidi basici e loro punti isoelettrici. PEPTIDI. Nomenclatura e carica dei residui. Isomeri sequenziali LE PROTEINE. Struttura primaria delle proteine. Planarità del legame carbammidico. Il plot di Ramachandran. Strutture secondarie delle protreine: l'alfa elica e la struttura beta parallela e antiparallela. Struttura della cheratina. Le curvature beta. Struttura della fibroina della seta. Strutture supersecondarie delle proteine. Struttura terziaria delle proteine. Legami a idrogeno tra diversi residui amminoacidici. Esperimento di Anfinsen. Struttura qiaternaria delle proteine. Forze che stabilizzano la struttura terziaria delle proteine. Esempi di proteine con strurtrura alfa, beta, e alfa-beta. L'EMOGLOBINA: Generalità. Struttura primaria della mioglobina. Caratteristiche fondamentali della mioglobina. L'ambiente dell'eme. Avvelenamento da ossido di carbonio. Differenze e similitudini tra le diverse catene globiniche. I residui invarianti. Curve di ossigenazione ed equazione di Hill. Allosterismo dell'emoglobina. La transizione allosterica deossi-ossiemoglobina. Effetto del bis-fosfoglicerato, del pH (effetto Bohr) e dell'anidride carbonica. Meccanismo molecolare dell'effetto Bohr. Il modello allosterico sequenziale e il modello concertato. L'emoglobina S. GLI ENZIMI. Efficienza e specificità. Introduzione alla cinetica enzimatica. Ordine di una reazione. Reazioni del primo e del secondo ordine. Reazioni dello pseudo primo ordine. Energia libera standard e sua relazio ne con la costante di equilibrio. Differenza tra energia libera standard e energia libera. Lo stato di transizione. Energia libera standard e sua relazione con la costante di equilibrio. Differenza tra energia libera standard e energia libera. Lo stato di transizione. Relazione tra energia di attivazione e velocità di una reazione. Confronto tra la cinetica delle reazioni non catalizzate e catalizzate. L'ipotesi di Michaelis e Menten. Il complesso ES. Condizioni da porre per derivare la Km. Derivazione della Km. Sgnificati della Km. Il plot degli inversi. Inibizione competitiva, incompetitiva, non competitiva e mista. La convenzione di Cleland. IL METABOLISMO INTERMEDIO. Reazioni accoppiate. Basi molecolari dell'elevato valore dell'energia libera standard di idrolisi dell'ATP. Perchè esistono composti a più elevato tenore energetico dell'ATP. I coenzimi trasportatori di idrogeno: NAD, NADP, FMN, FAD e ubichinone. L'intervento della fosfocreatina nel processo di contrazione muscolare. IL METABOLISMO DEGLI ZUCCHERI. Nozioni di base sulla struttura degli zuccher: gli aldosi, i chetosi, i principali aldosi a 4, 5 e 6 atomi di carbonio. Gli anomeri alfa e beta. LA GLICOLISI ANAEROBICA dal glucosio al lattato. Bilancio della glicolisi in termini di molecole di ATP sintetizzate. La fermentazione alcolica. Meccanismi di regolazione del flusso glicolitico: esochinasi e glucochinasi. Regolazione a livello della fruttosio-6-fosfato chinasi prima e della piruvato chinasi.. Utilizzo dei disaccaridi. LA GLICONEOGENESI. L' intervento del mitocondrio, le singole reazioni e ATP consumato. Meccanismo d'azione della piruvato decarbossilasi e della trioso fosfato isomerasi. IL CICLO DEGLI ACIDI TRICARBOSSILICI . La reazione catalizzata dalla piruvato deidrogenasi: le singole reazioni del ciclo degli acidi tricarbossilici. Bilancio energetico della glicolisi aerobica. Meccanismo d'azione della piruvato deidrogenasi. Regolazione della piruvato deidrogenasi. FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA. Le coppie redox e il potenziale di ossidoriduz ione. Relazione tra variazione di energia libera standard e differenza di potenziale. Il complesso I: struttura e funzione. Trasporto di un elettrone per volta da parte delle flavine e del coenzima Q. Il complesso II e la glicerofosfato deidrogenasi. La citocromoossidasi: reazione catalizzata e cenni sulla sua struttura. Struttura e funzione del complesso III (la citocromo c reduttasi). La prima fase: trasferimento di un elettrone dall'ubichinolo al citocromo c. La citocromo c reduttasi: la seconda fase: riformazione dell'ubichinone ridotto. La citocromossidasi: reazione catalizzata e cenni sulla sua struttura. METABOLISMO DEL GLICOGENO. Struttura del glicogeno. Rappresentazione schematica del glicogeno. Reazioni della demolizione del glicogeno. Reazioni della sintesi del glicogeno Meccanismi molecolari della regolazione della sintesi e della demolizione del glicogeno. Ruolo dell'adrenalina e del glucagone, delle proteine G, dell'AMP ciclico e degli ioni calcio nel metabolismo del glicogeno. BIOSINTESI DEI NUCLEOTIDI PIRIMIDINICI : le singole reazioni La ribonucleotide reduttasi. I coenzimi folici e la biosintesi del TMP. Meccanismo di azione della ribonucleotide redattasi. LA BIOSINTESI PURINICA: dal PRPP all'IMP.Sintesi dell'AMP e del GMP dall'IMP. Cenni sugli analoghi pirimidinici e purinici che agiscono come profarmaci METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI . Le transaminasi: reazioni catalizzate e intervento del piridossalfosfato. La glutammato deidrogenasi. Il ciclo dell'urea: le singole reazioni e intervento del mitocondrio. Argomenti da conoscere per poter frequentare efficacemente il corso Lo studente deve possedere le cognizioni di base di Chimica Generale e di Chimica Organica Bibliografia Lubert Stayer: BIOCHIMICA. Zanichelli Editore D. Voet e J. G. Voet: BIOCHIMICA. Zanichelli Editore Prove di verifica dell’apprendimento La verifica consiste in un esame orale. E’ però necessario che lo studente abbia frequentato le esercitazioni previste e superata la prova finale consistente in una relazione scritta. Dati del docente Nome: Prof. Piero Luigi Ipata Dipartimento: Fisiologia e Biochimica Telefono: 050- 20096 E-mail: [email protected] Pagina web: nessuna pagina Orario di ricevimento: ogni martedì, dalle 9 alle 12, ovvero per appuntamento telefonico Luogo di ricevimento: Laboratorio di Biochimica, Via Santa Maria, 55