Gli obbiettivi del corso sono di fornire agli studenti:

D1 - Conoscenza e capacità di comprensione, ed in particolare:
- conoscenze sulla struttura e la funzione delle macromolecole biologiche, in particolare delle proteine
- comprensione d'aspetti di base della trasduzione del segnale e del trasporto transmembrana
- conoscenze sul metabolismo di base e sulla sua regolazione ad opera di fattori intracellulari ed extracellulari.


D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione, ed in particolare:
- conoscenze sulle metodologie biochimiche di base e strumentazione utilizzate per isolare e caratterizzare le biomolecole (lisi cellulare, elettroforesi, cromatografie, metodi spettroscopici e spettrometrici) e sapere quando questi metodi possono essere applicati anche in nuovi contesti
- conoscenze sui meccanismi di funzione e regolazione degli enzimi ed aspetti della cinetica enzimatica e saperli applicare per ottenere dati come velocità massima, e costanti legame o di inibizione.

D3 - Autonomia e capacità di giudizio: la capacità di utilizzare le nozioni apprese per valutare e comprendere nuovi e più complessi aspetti della biochimica, anche integrandole con informazioni acquisite in altri corsi.

D4 - Abilità comunicative: la capacità di formulare domande e risposte su aspetti essenziali della biochimica, in modo chiaro e succinto, durante il corso e quando necessario nell'internato per la tesi, nell'ambito di un successivo dottorato, o nel mondo del lavoro.

D5 - Capacità di apprendimento: di applicare le nozioni apprese per ottenere nuove conoscenze, con l'utilizzo di strumenti quali libri di testo e bibliografia specifica, quando necessario, durante l'internato sperimentale, in un successivo corso di dottorato e nel mondo del lavoro.

Il corso richiede la conoscenza di aspetti di chimici fisica e organica e biologici di base.

Sono quindi particolarmente utili a questo corso i corsi di Chimica generale e fisica.

Definizione di biochimica: concetti base e di interazioni molecolari. Presentazione di molecole e macromolecole di rilevanza biologica e loro contestualizzazione (aminoacidi, zuccheri, coenzimi etc).
Struttura, strutturazione e caratterizzazione delle proteine. Introduzione del concetto di relazione fra struttura e funzione. Metodi di analisi e purificazione di proteine da campioni biologici. Ruolo biologico delle proteine: immunoglobuline (con approfondimento su metodiche connesse) ed enzimi. Caratterizzazione degli enzimi, esempi di reattività, cinetiche, inibizione e regolazione (allosterica e non).
Le membrane biologiche. Struttura e funzione, proteine di membrana, sistemi di trasporto e segnalazione con esempi. Meccanismi ed esempi di trasduzione di segnale.
Introduzione al metabolismo. Gicolisi, ciclo di Krebs, gluconeogenesi e metabolismo del glicogeno (reazioni, stechiometria, regolazione ed integrazione). Respirazione cellulare, fosforilazione ossidativa e sintesi di ATP. Metabolismo degli acidi grassi: sintesi e degradazione.

Principi di Biochimica, Berg, Tymoczko, e Stayer, Zanichelli VII Ed.

oppure

I prinicpi di Biochimica di Lehninger, Nelson e Cox, Zanichelli, VII Ed.

INTRODUZIONE AL CORSO: definizione di biochimica/chimica biologica; accenni all'abiogenesi; ripasso dell’ architettura generale delle cellule e loro componenti e dimensioni. Concetto di relazione fra struttura e funzione.

MOLECOLE CON RILEVANZA BIOLOGICA; aminoacidi, acidi nucleici, zuccheri e composti lipidici; ATP e altri NTP, NAD/NADH, FAD/FADH, coenzima A e loro ruolo come coenzimi stechiometrici.

INTERAZIONI REVERSIBILI ED IRREVERSIBILI; legami covalenti, legami-H, legami elettrostatici, legami di VdW, interazioni idrofobiche e legami mediati da solvente

STRUTTURA E CARATTERIZZAZIONE DELLE PROTEINE Gerarchie di struttura; conformazione della catena peptidica, alfa-elica, beta-foglietto, random coil, ripiegamenti. Strutture terziarie e quaternarie; livelli intermedi e strutture supramolecolari.

PREPARAZIONE, PURIFICAZIONE ed ANALISI DI PROTEINE E PEPTIDI: Lisi cellulare, tecniche d’estrazione, purificazione e caratterizzazione (elettroforesi; metodi cromatografici, determinazione della concentrazione e composizione amminoacidica, spettrometria di massa; dicroismo circolare; cristallografia a raggi-X ed NMR).
- ripiegamento delle proteine (modelli per il ripiegamento, techniche per lo studio, ruolo delle chaperon molecolari)


RUOLI BIOLOGICI DELLE PROTEINE

- Le immunoglobuline - struttura e funzione; cenni sui recettori in linfociti e le proteine MHC I e II ed i ruoli delle citochine.; produzione di anticorpi mono- e policlonali, applicazioni (ELISA, Western Blotting).

- Gli Enzimi e le reazioni enzimatiche
Architettura e caratteristiche generali degli enzimi e loro classificazione . Strategie catalitiche - glicosidasi, RNAsi e proteasi. Strategie regolatorie (allosteriche, per inibizione, covalenti, geniche), catene e cascate enzimatiche, enzimi digestivi e della coagulazione. Meccanismi allosterici nell’emoglobina. Cinetica Michaelis-Menten e determinazione di Km e Vmax; vitamine, coenzimi catalitici e loro ruoli. Inibizione enzimatica; cinetica di inibizione, inibitori di enzimi come farmaci (inibitori dell'aspartico proteasi di HIV);

LE MEMBRANE BIOLOGICHE E LE PROTEINE DI MEMBRANA

- Fosfolipidi, glicolipidi e struttura e caratteristiche delle membrane biologiche; proteine e glicoproteine di membrana.
- Sistemi di trasporto transmembrana attivi e passivi; recettori di membrana - traduzione del segnale, ormoni e secondi messaggeri recettori associati a proteine G o con attività tirosina chinasica.

METABOLISMO
- Introduzione al metabolismo; catabolismo ed anabolismo. Gicolisi, ciclo di Krebs, gluconeogenesi e metabolismo del glicogeno (reazioni e stechiometria). Respirazioe cellulare e fosforilazione ossidativa (trasporto elettronico mitocondriale, accoppiamento chemiosmotico e sintesi di ATP, rapporto P/O e produzione di ATP per degradazione del glucosio).
Cenni sul metabolismo degli acidi grassi (sintesi e degradazione).

- Lezioni con presentazione powerpoint.

- Moduli su tecniche sperimentali.

- Disponibilità di lezioni e relative animazioni su Moodle.

L’esame consiste in una sola prova scritta con quesiti a risposta sia multipla che aperta. Se richiesto dagli studenti a maggioranza e concordato col docente, l'esame può essere spezzato in due provette in itinere. L’obiettivo dell’esame è quello di verificare la comprensione degli argomenti trattati e il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi. Non sono previsti voti negativi per domande incorrette e sono previsti voti parziali per domande parzialmente corrette. Si chiede di disegnare la struttura corretta di piccole biomolecole (fra amminoacidi, peptidi nucleotidi e intermedi metabolici) e di saper identificare le strutture fornite di biomolecole più complesse (fra fosfolipidi, molecole segnale, coenzimi e gruppi prostetici) . Altre domande possono vertere sulla struttura e/o funzione di proteine, meccanismi di catalisi enzimatica, struttura e/o trasporto di membrane, trasduzione del segnale o su diversi aspetti, descrizione e regolazione delle principali vie metaboliche considerate nel corso. Sono possibili brevi esercizi applicativi di cinetica enzimatica.

Nel corso non verranno trattati argomenti relativi agli Obiettivi dell'Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.