Biochimica - Prof. Cinzia Rapino - a.a. 2021/2022
ATTENZIONE: i contenuti di questo corso sono relativi all'anno accademico 2021/2022
Topic outline
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Posizione Attuale
Ricercatore Universitario del settore scientifico BIO-10 presso l’Università degli Studi di Teramo
-2005 Dottorato di Ricerca in Scienze Biomediche con una tesi dal titolo "Risposta molecolare e morfologica all'ipossia cronica intermittente durante lo sviluppo del cuore di ratto" presso l’Università degli Studi "G. d'Annunzio" di Chieti-Pescara;
-2005-2007 Assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Scienze Biomediche Comparate, Sezione di Biochimica e Biologia Molecolare, Università degli Studi di Teramo;
- 2008-2009 Post-doctoral Fellow presso l’Università Queen’s Belfast, Northern Ireland con un progetto sullo studio del sistema endocannabinoide nell'infertilità maschile.I risultati ottenuti dall’attività sperimentale sono stati pubblicati su 48 full papers (h-index = 19), in riviste scientifiche internazionali peer review https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=23028518200I principali filoni di ricerca intrapresi sono:
- Analisi di composti naturali (ad es. nutraceutici, lipidi bioattivi, ecc.) e delle vie metaboliche che li producono in alimenti di origine animale e vegetale.
-Biochimica dei lipidi, di enzimi metabolici e di recettori coinvolti in processi fisiologici ed in patologie infiammatorie, neurodegenerative e tumorali.
- Studio degli effetti di lipidi bioattivi e nutraceutici nella modulazione di sistemi endogeniMembro della Giunta del Collegio dei Docenti del Dottorato di Ricerca in "BIOTECNOLOGIE CELLULARI E MOLECOLARI" dell’Università degli Studi di Teramo, 2019- Ciclo: XXXV.Componente del Progetto PRIN 2015: - "Endocannabinoid Signaling in Alzheimer’s Disease: A Novel Target for Mechanistic Understanding and Potential Therapeutics". Coord. Naz: Prof M.MaccarroneComponente della commissione pratiche studenti del CdL "TBA "Coautrice del libro: METODOLOGIE BIOCHIMICHE E BIOMOLECOLARI Strumenti e tecniche per il laboratorio del nuovo millennio (2019) Zanichelli, Bologna. Curatore Mauro Maccarrone. ISBN 978.8808.52055.5INFO SUL CORSO
OBIETTIVI GENERALI DEL CORSO
Prerequisito essenziale per la comprensione degli argomenti del corso è una solida conoscenza della composizione chimica degli esseri viventi che lo studente dovrebbe aver appreso con lo studio degli argomenti del modulo di "Chimica".
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Partendo da questa base culturale, tramite il presente insegnamento, lo studente dovrà acquisire una buona conoscenza e comprensione dei concetti di base della biochimica rilevanti per la professione dell'esperto di benessere animale, tra cui la familiarità con la struttura e la funzione generale degli biomolecole e delle principali vie metaboliche che operano in un organismo vivente. In particolare, lo studente dovrà essere in grado di descrivere: (i) il rapporto struttura/funzione delle principali classi di biomolecole; (ii) i concetti di base della biochimica a partire dalle sue basi propedeutiche, con particolare attenzione alla termodinamica chimica e alla cinetica enzimatica; (ii) le principali vie metaboliche degli zuccheri, dei lipidi e degli amminoacidi e i loro punti di interconnessione e regolazione. Dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito padronanza adeguata dei concetti e dei temi legati alla alla regolazione enzimatica e metabolica.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Lo studente dovrà acquisire capacità e competenze necessarie per traslare le informazioni teoriche e le abilità operative acquisite nell'ambito del corso di Biochimica nel contesto professionale dell'esperto di benessere animale.
- Autonomia di giudizio:
Un'adeguata autonomia di giudizio, sia nel proprio ambito di lavoro che al di fuori di esso, potrà essere raggiunta attraverso la costituzione di una solida cultura scientifica, di cui i concetti fondamentali della biochimica rappresentano un'importante componente.L'autonomia di giudizio potrà essere verificata durante la prova orale, valutando il grado di originalità e competenza con cui lo studente espone e discute le informazioni presenti in un testo scientifico fornito dal docente.
- Abilità comunicative: Lo studente dovrà essere in grado di esporre e spiegare, in maniera semplice, ma rigorosa, anche a un pubblico non esperto, i processi molecolari che stanno alla base delle funzioni degli organismi animali.
- Capacità di apprendimento:Lo studente dovrà aver acquisito non solo competenze e conoscenze adeguate al superamento della prova d'esame, ma soprattutto stimoli, capacità e metodi di apprendimento adeguati per l'aggiornamento e l'innalzamento continuo delle proprie competenze nell'ambito della biochimica. Lo studente deve dimostrare di avere sviluppato capacità proprie di apprendimento e di analisi critica che gli consenta di continuare a studiare in maniera autonoma.
PREREQUISITI E PROPEDEUTICITA'- Prerequisiti: Conoscenze logico-matematiche di base. Concetti fondamentali di chimica generale ed organica.
- Propedeuticità: Chimica generale ed organica.
UNITA' DIDATTICA 1: Composizione chimica degli organismi viventi
Conoscenza e capacità di comprensione: Familiarità con la struttura e la funzione generale delle diverse biomolecole animali. Interpretare le proprietà chimiche e biochimiche delle biomolecole sulla base della conoscenza dei gruppi funzionali e dei principali fattori energetici che guidano i diversi processi biologici. Descrizione dei livelli di organizzazione delle strutture e delle funzioni delle macromolecole biologiche. Conoscenza dell’organizzazione microscopica e molecolare delle cellule batteriche ed eucariotiche.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di applicare concetti e metodologie della biochimica agli aspetti chimici, biologici, microbiologici, biofisici, tossicologici e patologici concernenti lo stato di salute, di malattia, di stress e di benessere dell’animale singolo ed in allevamento.
Autonomia di giudizio: Un’adeguata autonomia di giudizio, sia nel proprio ambito di lavoro che al di fuori di esso, potrà essere raggiunta attraverso la costituzione di una solida cultura scientifica, di cui i concetti fondamentali della biochimica rappresentano un’importante componente.
Abilità comunicative: Lo studente dovrà essere in grado di esporre e spiegare, in maniera semplice ma rigorosa, anche a un pubblico non esperto, i processi molecolari che stanno alla base degli organismi animali, del loro stato di salute, malattia, benessere e stress.
Capacità di apprendimento: Lo studente dovrà essere in grado di collegare e integrare le conoscenze apprese con quelle fornite nei corsi precedenti e successivi. Inoltre, dovrà essere in grado di aggiornare le proprie conoscenze pertinenti alla biochimica, consultando pubblicazioni scientifiche anche in lingua inglese.
UNITA' DIDATTICA 2: Enzimologia e Bioenergetica
Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente dovrà aver acquisito un’adeguata conoscenza e comprensione dei concetti di base della enzimologia, enfatizzando quei principi che sono maggiormente rilevanti per il lavoro dell’esperto di benessere animale, tra cui la familiarità con la struttura e l’attività catalitica e regolatoria degli enzimi. Dovrà essere in grado di descrivere i principali enzimi di interesse clinico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare le sue conoscenze per comprendere i principi sottostanti le metodologie enzimatiche e i meccanismi biochimici del metabolismo nella successiva unità didattica.
Autonomia di giudizio: Un’adeguata autonomia di giudizio, sia nel proprio ambito di lavoro che al di fuori di esso, potrà essere raggiunta attraverso la costituzione di una solida cultura scientifica, di cui i concetti fondamentali della biochimica rappresentano un’importante componente.
Abilità comunicative: Lo studente dovrà essere in grado di esporre e spiegare, in maniera semplice ma rigorosa, anche a un pubblico non esperto, i processi molecolari che stanno alla base degli organismi animali, del loro stato di salute, malattia, benessere e stress.
Capacità di apprendimento: Lo studente dovrà essere in grado di collegare e integrare le conoscenze apprese con quelle fornite nei corsi precedenti e successivi. Inoltre, dovrà essere in grado di aggiornare le proprie conoscenze pertinenti alla biochimica, consultando pubblicazioni scientifiche anche in lingua inglese.
UNITA' DIDATTICA 3: Metabolismo
Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente dovrà aver acquisito un’adeguata conoscenza e comprensione dei concetti di base del metabolismo, enfatizzando quei principi che sono maggiormente rilevanti per il lavoro di esperto di benessere animale, tra cui la familiarità con le principali vie metaboliche delle maggiori specie animali. Dovrà conoscere i meccanismi che regolano e coordinano il metabolismo tra i diversi organi di un organismo.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare le sue conoscenze sul metabolismo per interpretare e valutare lo stato di stress e di benessere di un animale.
Autonomia di giudizio: Un’adeguata autonomia di giudizio, sia nel proprio ambito di lavoro che al di fuori di esso, potrà essere raggiunta attraverso la costituzione di una solida cultura scientifica, di cui i concetti fondamentali della biochimica rappresentano un’importante componente.
Abilità comunicative: Lo studente dovrà essere in grado di esporre e spiegare, in maniera semplice ma rigorosa, anche a un pubblico non esperto, i processi molecolari che stanno alla base degli organismi animali, del loro stato di salute, malattia, benessere e stress.
Capacità di apprendimento: Lo studente dovrà essere in grado di collegare e integrare le conoscenze apprese con quelle fornite nei corsi precedenti e successivi. Inoltre, dovrà essere in grado di aggiornare le proprie conoscenze pertinenti alla biochimica, consultando pubblicazioni scientifiche anche in lingua inglese.
LEZIONI SETTIMANALI
LIBRI DI TESTO
- Materiale (presentazioni ppt e articoli scientifici) forniti dal docente
- Conoscere la biochimica, Zanichelli, Bologna -Autore: Terry A. Brown
- Introduzione alla biochimica di Lehninger -Nelson and Cox (sesta edizione)
MATERIALE DI APPROFONDIMENTO
ØI principi di biochimica di Lehninger (VI edizione), Zanichelli, Bologna -Autore: Nelson e CoxØBiochimica Essenziale, Edises, Napoli -Autore: Gabriele D'AndreaØChimica e Biochimica, Edises, Napoli -Autore: Bertoldi M, Colombo D, Magni F, Marin I, Palestini PTesto Atlante di biochimica, Jan Koolman, Klaus-Heinrich Rohm, Zanichelli, 2020PROVE INTERMEDIE
PROVA INTERMEDIA 1- Unità didattica di riferimento: I
- Data: 17 Dicembre 2021 H 10.00
- Tipologia di prova: scritta
PROVA INTERMEDIA 2- Unità didattica di riferimento: II
- Data: 14 Gennaio 2022 H 10.00
- Tipologia di prova: scritta
PROVA INTERMEDIA 3- Unità didattica di riferimento: III
- Data: 4 Febbraio 2022 H 10.00
- Tipologia di prova: scritta
MODALITA' DI VALUTAZIONE
Valutazione scritta (prove di autovalutazione) e orale. -
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1.1. Introduzione alla biochimica: che cos’è la biochimica. Cellule e organismi viventi. Le cellule, unità elementari della vita. Procarioti e eucarioti. L’evoluzione e l’unità della vita
1.2. Le proteine: le strutture dei venti amminoacidi standard. Caratteristiche biochimiche degli amminoacidi. Gruppi ionizzabili degli amminoacidi. Cenni sul tipo di legame chimico. Modificazioni degli amminoacidi. Struttura primaria e secondaria delle proteine. Polipeptidi. Il legame peptidico. Proteine fibrose e proteine globulari. Struttura terziaria e quaternaria. Emoglobina.
1.3. Gli acidi nucleici: le strutture di DNA e RNA. La struttura di un polinucleotide. Il legame fosfodiestere. La struttura secondaria di DNA e RNA: le caratteristiche della doppia elica. Forme diverse di doppia elica. Appaiamento di basi intramolecolari. Modificazioni delle molecole di RNA. Impacchettamento del DNA. Nucleosomi e fibre di cromatina.
1.4. I lipidi e le membrane biologiche: le strutture dei lipidi. Gli acidi grassi e i loro derivati. La struttura di un triacilglicerolo. Glicerofosfolipidi e sfingolipidi. Lipidi con funzione diversa: terpeni, steroli e steroidi. Gli eicosanoidi e le vitamine liposolubili. Le membrane biologiche. La struttura della membrana. Il trasporto di membrana.
1.5. I carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e oligosaccaridi. Gliceraldeide e diidrossiacetone. I diversi tipi di isomeri nella struttura dei carboidrati. Forma ciclica dei monosaccaridi. Legame O-glicosidico. Polisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa e chitina. Eteropolisaccaridi -
2.1. Gli enzimi: che cos’è un enzima. Esempi di enzimi di natura proteica. Enzimi costituita da RNA. Cofattori. Coenzimi. Gruppi prostetici. Classificazione degli enzimi.
2.2 Il funzionamento degli enzimi: catalisi enzimatica. Stato di transizione e barriera energetica. Reazioni reversibili. Specificità di legame del substrato. Fattori che influenzano la velocità di una reazione enzimatica: temperatura e pH.
2.3 Cinetica enzimatica: velocità di reazioni enzimatiche. Derivazione dell'equazione di Michaelis-Menten. La costante catalitica (kcat) e velocità massima (Vmax). Significato della costante di Michaelis-Menten (Km). Determinazione grafica dei parametri cinetici di un enzima. Inibizione enzimatica. Inibizione competitiva. Inibizione reversibile. Inibizione allosterica
2.4. Principi di Bioenergetica: bioenergetica e tipi di reazioni biochimiche. Termodinamica nei sistemi biologici. Ruolo dell’ATP nel metabolismo. Composti ad elevato contenuto energetico. L’Acetil-CoA. Gli stati di ossidazione.
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3.1. Introduzione al metabolismo: Metabolismo anaerobio e aerobio. Organismi autotrofi ed eterotrofi. Catabolismo e anabolismo. Vie metaboliche e intermedi chiave. Ruolo dl NAD+ e del NADPH. Cenni generali sulla regolazione metabolica.
3.2. Il metabolismo dei carboidrati: principali vie di utilizzo del glucosio. Il destino del piruvato. Fermentazione. Glicolisi. Descrizione delle diverse fasi. Profilo energetico della glicolisi. Ingresso del glicogeno e amido nella glicolisi. Demolizione del glicogeno. Gluconeogenesi e confronto con la glicolisi.
3.3. Il ciclo dei pentosi: funzioni della via del pentoso-fosfato. Fase ossidativa e fase delle interconversioni. Relazione tra la glicolisi e la via del pentoso-fosfato. Bilancio energetico e regolazione.
3.4. Il ciclo dell’acido citrico: significato biologico. Sintesi dell'acetil-coenzima A: complesso della piruvato deidrogenasi. Reazioni caratteristiche. Reazioni anaplerotiche.
3.5. La regolazione metabolica: regolazione degli enzimi della glicolisi. Regolazione del ciclo dell’acido citrico. Ciclo del gliossilato e relazione con il ciclo dell’acido citrico.
3.6. Il metabolismo dei lipidi: cenni su digestione, assorbimento e trasporto dei lipidi. Colesterolo. Apolipoproteine. Ossidazione degli acidi grassi. Trasportatore acil-carnitina/carnitina. Ossidazione degli acidi grassi insaturi e polinsaturi. Controllo dell’ossidazione.
3.7. La catena di trasporto elettronico e la fosforilazione ossidativa: il trasferimento di elettroni nella catena respiratoria. I complessi della catena respiratoria. Teoria chemiosmotica. Forza motrice protonica. Sintesi ATP. Struttura del complesso F1. Catalisi rotazionale. Sistemi navetta e ossidazione del NADH citosolico. Regolazione della fosforilazione ossidativa. Catena respiratoria batterica
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