Dott.ssa Manuela Sanna
Corso di Biochimica, Facoltà di Medicina e Chirurgia (I° anno)
Finalità generali. Il corso di Biochimica si propone di fornire agli studenti di medicina la
chiave per capire il contesto 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; di stimolare l'interesse dello studente sviluppando i vari argomenti in modo logico
e consequenziale, evidenziando le connessioni tra i vari processi. Inoltre il corso si
propone di introdurre i metodi sperimentali che hanno permesso di ottenere le principali
acquisizioni scientifiche per un'efficace comprensione della Biochimica moderna.
Obiettivi
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.
PROGRAMMA BIOCHIMICA I° ANNO
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L’origine della vita e l’evoluzione chimica: concetti generali
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Introduzione alla Biochimica, il carbonio come elemento costitutivo della vita,
principali macromolecole di interesse biologico e le loro subunità monomeriche,
differenze tra cellula eucariote e procariote, la centrifugazione differenziale, il
legame chimico, legami covalenti e legami non covalenti ( legame ionico, legame
covalente polare, legame a idrogeno e forze di Wan der Waals) principali reazioni
chimiche che avvengono all’interno della cellula, composizione chimica e legami
delle biomolecole.
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L’organizzazione generale della cellula e la distribuzione delle macromolecole:
concetti generali
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L’acqua: Interazioni deboli in ambiente acquoso, importanza dell’acqua nei sistemi
biologici, il legame ad idrogeno (interazione tra le molecole d’acqua), interazioni
delle molecole d’acqua con soluti carichi e
composti non polari, ionizzazione
dell’acqua, acidi e basi deboli. La costante di equilibrio dell’acqua, la scala del pH,
le costanti di dissociazione degli acidi e basi deboli. I sistemi tampone come difesa
dei cambiamenti di pH nel nostro organismo
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La termodinamica: prima legge della termodinamica, processi endotermici ed
esotermici, calore e lavoro. L’entalpia, disordine ed entropia (il II° principio della
termodinamica), l’energia libera di Gibbs come indicatore della spontaneità delle
reazioni.
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Bionergetica: relazioni energetiche tra anabolismo e catabolismo, significato
metabolico dell’ATP,.variazione dell’energia libera di idrolisi dell’ATP, composti
fosforilati e tioesteri ad elevato contenuto energetico. Reazioni di ossido-riduzione
di interesse biologico, potenziali di riduzione delle semireazioni. Relazione tra K I
K’eq e deltaG°’; il deltaG°’ delle reazioni chimich e più significative per il
metabolismo; accoppiamento delle reazioni esoergoniche ed endoergoniche; delta
G di idrolisi dei composti fosforilati e dei tioesteri; composti fosforilati capaci di
sostenere la sintesi di ATP (fosforilazione a livello di substrato); formazione di un
legame fosfodiestere. Coenzimi che agiscono da trasportatori universali di elettroni,
il NADH e il NADPH. Le flavoproteine e il coenzima-A, funzioni, forme ossidate e
ridotte.
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Le proteine: classificazione degli amminoacidi e legame peptidico,
punto
isoelettrico di un amminoacido, gli amminoacidi non standard, funzioni specializzate
degli amminoacidi. I livelli di struttura delle proteine: struttura primaria, secondaria
(le alfa eliche e i foglietti beta), terziaria e quaternaria delle proteine. Cristallografia
a raggi X, dal gene alla proteina, le proteine fibrose ( le cheratine, le fibroine,
collagene ed elastina)
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Funzione ed evoluzione delle proteine: mioglobina ed emoglobina, struttura e
funzioni. Modalità di legame dell’ossigeno alla mioglobina e la costante di
associazione. L’emoglobina e il trasporto dell’ossigeno, cambiamenti nella struttura
quaternaria dell’emoglobina durante l’ossigenazione e coperatività di legame,
risposta ai cambiamenti di pH, trasporto della CO2, il 2,3 bifosfoglicerato. Mutazioni
dei geni che codificano per le subunità dell’emoglobina umana (anemia falciforme e
le talassemie). L’emoglobina glicosilata.
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Gli enzimi e la catalisi enzimatica: classificazione degli enzimi, (catalisi e
catalizzatori; meccanismo d’azione degli enzimi; complesso enzima-substrato e sito
attivo). Elementi di cinetica enzimatica; cenni sui meccanismi di regolazione
dell’attività enzimatica, la Km e suo significato biologico, reazioni a più substrati
(meccanismo casuale, meccanismo ordinato e meccanismo a “ping-pong”).
Inibizione enzimatica (inibizione reversibile e irreversibile), effetto del pH sull’attività
enzimatica, enzimi allosterici e regolazione degli enzimi allosterici. I fattori che
influenzano la velocità della reazione: temperatura, pH, concentrazione del
substrato
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I lipidi e le membrane biologiche: classificazione, nomenclatura e principali funzioni.
Glicerofosfolipidi e sfingolipidi. Funzioni delle membrane biologiche, il modello a
mosaico fluido, proteine integrali e periferiche. Trasporto attraverso le membrane,
trasporto attivo e passivo, modello di trasporto del glucosio, trasporto attraverso
canali ionici Trasporto di soluti e ioni; proteine canale e trasportatrici; uniporto e
cotrasporto; gradiente elettrochimico e potenziale di membrana; e il recettore per
l’acetilcolina, ATP-asi sodio potassio.
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I carboidrati e la glicobiologia: classificazione, epimeri , formazione di emiacetali e
emichetali e strutture cicliche dei carboidrati piranosiche e furanosiche, gli zuccheri
fosforilati come intermedi dei cicli metabolici. I disaccaridi, polisaccaridi, struttura
dell’amido e glicogeno, i glicoconiugati (proteoglicani, glicoproteine e glicolipidi).
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Lipoproteine plasmatiche e trasporto dei lipidi. Metabolismo delle lipoproteine. Le
apoproteine. Trasporto dei lipidi esogeni mediante i chilomicroni. Trasporto dei lipidi
endogeni da parte di VLDL, IDL e LDL.HDL
trasporto inverso del colesterolo.
Recettori delle lipoproteine, dislipidemie, e aterosclerosi. Le statine. Funzioni e
metabolismo del colesterolo.
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Introduzione al metabolismo e il metabolismo del glucosio: catabolismo e
anabolismo, metabolismo glucidico, digestione assorbimento e trasporto dei glucidi.
La fase preparatoria e la fase di recupero energetico, la resa di ATP. Regolazione
metabolica e ormonale della glicolisi. Il destino del piruvato, fermentazione lattica e
alcolica. Utilizzo di substrati diversi dal glucosio, utilizzo del galattosio, le
galattosemia.
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Il ciclo dell’acido citrico: il destino del carbonio nel ciclo di Krebs, ossidazione del
piruvato per l’ingresso del carbonio nel ciclo, il complesso della piruvato
deidrogenasi (enzimi, coenzimi e meccanismo di reazione). Ruolo della TPP nella
decarbossilazione del piruvato Le razioni del ciclo e resa la resa energetica in
relazione con la catena di trasporto degli elettroni. I componenti del ciclo come
importanti intermedi metabolici (le reazioni anaplerotiche), regolazione del ciclo.
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Ossidazione degli acidi grassi: Assorbimento dei lipidi introdotti con la dieta, i
trasporto e il metabolismo dei lipidi, le lipoproteine. Attivazione degli acidi grassi, il
trasportatore acil-carnitina/carnitina, la β-ossidazione di un acido grasso saturo a
catena pari di atomi di carbonio. Ossidazione degli acidi grassi polinsaturi a numero
dispari di atomi di carbonio. Resa energetica e regolazione. Formazione dei corpi
chetonici e utilizzo nei tessuti extraepatici.
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Ossidazione degli amminoacidi e ciclo dell’urea: amminoacidi chetogenici e
glucogenici, le specie amminoteliche, uroteliche e uricolteliche. Digestione delle
proteine e azione delle peptidasi. Il ciclo glucosio alanina. Il ciclo dell’urea,
regolazione a breve e a lungo termine e costi energetici del ciclo.
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L’acido urico: metabolismo dell’acido urico, ipouricemia e iperuricemia, patologie
associate ad alterati livelli di acido urico, la gotta e possibile ruolo di questa
molecola nello stress ossidativo e nella disfunzione endoteliale.
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La fosforilazione ossidativa: il flusso elettronico mitocondriale, i trasportatori di
elettroni (NAD, FMN, coenzima Q, citocromi e proteine con centri Fe-S) e i loro
potenziale di riduzione. Il sistema navetta diidrossiacetone fosfato/ glicerolo tre
fosfato. Il complesso dell’ATP-sintasi e il modello chemiosmotico e il meccanismo di
formazione di ATP.
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Biosintesi dei carboidrati: la gluconeogenesi, conversione del piruvato in
fosfoenolpiruvato (prima deviazione alla via glicolitica), la conversione del glucosio
1,6 bifosfato a fruttosio-6 fosfato (seconda deviazione), conversione del glucosio-6
fosfato in glucosio libero (terza deviazione), gli intermedi del ciclo dell’acido citrico e
gli amminoacidi glucogenetici come percursori del glucosio. Regolazione reciproca
della glicolisi e della gluconeogenesi. Il glicogeno epatico e muscolare, sintesi e
degradazione. Regolazione metabolica ed ormonale del metabolismo del glicogeno.
Malattie da accumulo di glicogeno.
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Sintesi dei lipidi: il complesso dell’acetil-CoA carbossilasi, il complesso multi
enzimatico dell’acido grasso sintasi, sintesi degli acidi grassi insaturi e polinsaturi,
biosintesi dei trigliceridi, regolazione della lipogenesi. Obesità e alterazioni lipidiche
nell’alcolismo.
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Integrazione e regolazione ormonale del metabolismo nei mammiferi: metabolismo
tessuto specifico e divisione del lavoro. Ruolo del fegato nella gluconeogenesi, il
ciclo alanina-glucosio, il ciclo latatto-glucosio. Biochimica del tessuto adiposo, del
tessuto muscolare scheletrico e del miocardio. Regolazione ormonale del
metabolismo: adrenalina, glucagone e insulina. Il diabete mellito. Regolazione a
lungo termine della massa corporea, la leptina.
