Conoscenze:
Struttura e funzione di proteine. Enzimi. Struttura di acidi nucleici. Lipidi e membrane biologiche. Bioenergetica. Metabolismo di zuccheri, lipidi e proteine. Metabolismo terminale. Fosforilazione ossidativa.
Competenze acquisite
Basi molecolari dei sistemi biologici
Funzioni di proteine
Vie metaboliche: organizzazione e regolazione
Capacità acquisite al termine del corso:
Studi analitici di base di proteine. Attività enzimatica
Cromatografia.
Libri di testo:
L. Pollegioni et al., Fondamenti di Biochimica
Ed. Edises
D.L. Nelson, .M.. Cox Principi di Biochimica
di Lehninger Ed. Zanichelli
J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer Biochimica Ed. Zanichelli
Obiettivi Formativi
Permettere la buona conoscenza del funzionamento delle macromolecole biologiche, in particolare di enzimi e proteine. Fornire i mezzi per acquisire familiarità con le principali vie metaboliche e con il concetto di metabolismo energetico per arrivare a comprendere il quadro generale del metabolismo
Prerequisiti
Conoscenze richieste:
Chimica generale
Chimica organica
Conoscenze raccomandate:
Conoscenze di base di citologia e genetica
Metodi Didattici
CFU: 9
Numero di ore totali del corso: 225 (= 9 x 25)
Numero di ore per studio personale e altre attività formative di tipo individuale: 149
Numero di ore relative alle attività in aula: 64
Numero di ore relative ad attività di laboratorio (lezioni in laboratorio): 12
Numero di ore relative ad attività di esercitazioni (in laboratorio e in campo): 0
Numero di ore relative ad attività seminariali: 6
Numero di ore relative ad attività di stage: 0
Numero di ore per prove in itinere: 1
Altre Informazioni
Frequenza delle lezioni ed esercitazioni: si (la frequenza alle esercitazioni di laboratorio è obbligatoria, al termine è previsto un test on line di verifica)
Strumenti a supporto della didattica
Inserimento su Moodle dei lucidi proiettati
Orario di ricevimento:
verrà comunicato un giorno all'inizio del corso. Si potranno comunque concordare appuntamenti previo contatto mail (luigia.pazzagli@unifi.it)
Le proteine: livelli strutturali. . Proteine allosteriche.. Gli enzimi: cinetica enzimatica, meccanismi d’azione e regolazione. Lipidi di riserva e di struttura. Membrane biologiche .Struttura di nucleotidi e di acidi nucleici. Metabolismo dei carboidrati, lipidi e proteine. Ciclo dell’acido citrico e Fosforilazione ossidativa. . Biosintesi dei nucleotidi e delle porfirine. Integrazione del metabolismo.
Lipidi e membrane cellulari
Gli acidi grassi dei trigliceridi, fosfogliceridi e sfingolipidi. Colesterolo. Doppi strati lipidici e membrane biologiche. Fluidità di membrana. Proteine di membrana: integrali e periferiche. Proteine recettoriali e proteine di trasporto. I principali recettori (recettore beta-adrenergico e dell'insulina) Trasporto di membrana. Trasporto passivo e trasporto attivo. Trasportatori GLUT e pompa Na-K.
Gli acidi nucleici
Struttura dei nucleotidi. I nucleotidi coinvolti nel metabolismo energetico. (ATP, cAMP, GTP)
Struttura e funzione delle proteine
Versatilità delle proteine. Caratteristiche chimico-fisiche dei 20 aminoacidi che compongono le proteine. Caratteristiche del legame peptidico. Livelli strutturali nelle proteine. Struttura primaria: significato e informazioni deducibili dalla sequenza aminoacidica. Struttura secondaria: strutture elicoidali, foglietti , ripiegamenti . Struttura terziaria: forze implicate nella stabilizzazione della struttura nativa. Struttura quaternaria. Proteine semplici e proteine coniugate. Proteine globulari: l’esempio della struttura e della funzione di mioglobina ed emoglobina. L’allosterismo dell’emoglobina . Proteine fibrose: cheratina, collageno (ruolo della Vit C), fibroina della seta.
Gli enzimi
Le sei classi degli enzimi secondo la IUB. Coenzimi : struttura e meccanismi. Cinetica enzimatica: modello di Michaelis-Menten e enzimi allosterici. Significato di KM, Vmax e Kcat. Reazioni a due substrati: reazioni a singolo e a doppio spostamento. Inibizione degli enzimi da molecole estranee: inibizione irreversibile (inattivazione, principali esempi) e inibizione reversibile (competitiva, acompetitiva e non-competitiva). Cinetica degli enzimi allosterici.
Meccanismo d’azione degli enzimi: stabilizzazione dello stato di transizione; catalisi acido-base; effetto di prossimità e orientamento; catalisi ionica; catalisi covalente. Alcuni esempi di meccanismi di catalisi: la chimotripsina e la famiglia delle serino-proteasi, TIM, esochinasi.
Regolazione dell’attività enzimatica: regolazione allosterica e covalente (fosforilazioni), attivazione di zimogeni, modificazioni chimiche, interazioni proteina-proteina, significato e ruolo delle forme isoenzimatiche.
Metabolismo
Concetti generali. Conversione di energia. Composti che presentano legami ”ricchi di energia”. Reazioni accoppiate. Catabolismo e anabolismo. Le ossidoriduzioni biologiche e i coenzimi coinvolti (NAD, FAD). Ruolo di NAD e NADPH. Il potenziale di ossidoriduzione, il deltaG di una reazione. Le tre fasi del catabolismo. Fosforilazione ossidativa: il potenziale di ossidoriduzione. I composti ad alta energia e la fosforilazione a livello del substrato (1,3-BPG, PEP, fosfocreatina, derivati del CoA)
Metabolismo dei carboidrati
Digestione e assorbimento di amido e glicogeno: -amilasi , enzimi e trasportatori delle cellule intestinali. Demolizione delle riserve di glicogeno: regolazione della glicogeno fosforilasi. Glicolisi: le reazioni, gli enzimi e i meccanismi di regolazione. Utilizzazione di galattosio e fruttosio attraverso la glicolisi. Esempi di fermentazione: fermentazione lattica e alcolica. Via dei pentosi-fosfato. Destino del piruvato: piruvato carbossilasi e piruvato deidrogenasi (meccanismo e coenzimi, TPP, Biotina).
Gluconeogenesi: le reazioni, gli enzimi (carbossilasi e carbossichinasi) e i meccanismi di regolazione. Il Fruttosio 2,6-BP.
Glicogenosintesi: glicogeno sintasi ed enzima ramificante. Regolazione della glicogeno sintasi.
Il controllo coordinato del metabolismo dei carboidrati. L'omeostasi del glucosio. Il ruolo di insulina, glucagone e adrenalina nel fegato e nel muscolo
La via dei pentoso fosfato: sintesi di NADPH, fase ossidativa e non ossidativa
Il ciclo di Krebs e la catena respiratoria
Ciclo dell’acido citrico: le reazioni, gli enzimi e i meccanismi di regolazione. La catena respiratoria: organizzazione dei sistemi redox. I complessi proteici e le strutture mobili. I citocromi. Il ciclo degli ubichinoni e il meccanismo della citocromoossidasi. Pompe protoniche e formazione del gradiente elettrochimico. Meccanismo della ATP-sintasi.
La formazione di radicali liberi e il ruolo del glutatione e del NADPH.
Metabolismo lipidico
Digestione dei trigliceridi nell’intestino e demolizione intracellulare. Lipoproteine plasmatiche. Il catabolismo dei trigliceridi intracellulari: lipasi e trasporto. Attivazione e ossidazione degli acidi grassi. Ossidazione di acidi grassi saturi (le reazioni della beta ossidazione), insaturi e a numero dispari di atomi di carbonio. Formazione e utilizzazione di corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi: la carbossilasi e il maloni-CoA le reazioni del complesso multienzimatico i e meccanismi di regolazione. Allungamento e insaturazione degli acidi grassi. Biosintesi dei trigliceridi. Biosintesi dei lipidi di membrana: fosfolipidi, sfingolipidi e colesterolo.
Metabolismo delle proteine
Digestione e assorbimento delle proteine della dieta. Turnover delle proteine intracellulari. Catabolismo degli aminoacidi: deaminazione e transaminazione; meccanismo delle transaminasi, il PLP. Ureogenesi: carbamil-P, ciclo dell'urea. Demolizione della catena carboniosa degli aminoacidi: aminoacidi glicogenici e chetogenici. Metabolismo intermedio di: glicina, alanina, serina, glutammato, aspartato e leucina.
I BCAA: ruolo fisiologico e catabolismo
Gli aminoacidi come precursori di biomolecole: aminoacidi glucogenici, biosintesi di SAM; biosintesi di amine biogene (adrenalina); biosintesi di tiroxina; biosintesi di creatinfosfato; formazione di NO da arginina; biosintesi delle porfirine.
Biosintesi dei nucleotidi
Biosintesi e regolazione dei nucleotidi pirimidinici e purinici (reazioni principali, l'importanza degli aminoacidi come precursori). Catabolismo di purine e pirimidine (cenni). Biosintesi dei deossiribonucleotidi e meccanismo della reduttasi).
Le vitamine
Vitamine idrosolubili e liposolubili. Caratteristiche generali. Le reazioni metaboliche in cui sono coinvolte le vitamine con funzione di coenzimi. L'acido Folico e il metabolismo del frammento monocarbonioso, la S-adenosil-Met. . Le vitamine liposolubili (A, D, E, K): principali ruoli fisiologici
Modulo di laboratorio
Le ore di lezione saranno suddivise in una parte teorico-dimostrativa e una pratica. Lezioni teorico-dimostrative: tecniche spettrofotometriche (principi, strumenti impiegati, applicazioni), misure quantitative. Dosaggio degli enzimi e dei metaboliti di importanza clinica. Determinazione della Km di un enzima. Cenni a tecniche elettroforetiche e cromatografiche. Parte pratica: l’uso delle micropipette (range di funzionamento, accortezze da usare); dosaggio di proteine totali con metodo colorimetrico e allestimento di una curva standard. Dosaggio enzimatico e calcolo delle U/mL. Elettroforesi di proteine in SDS-PAGE.