Anno Accademico Corso di Laurea Magistrale in C.T.F. Corso di Chimica Biologica (10 CFU)

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1 Università degli Studi di Sassari DIPARTIMENTO DI CHIMICA E FARMACIA Via Muroni, 23/a SASSARI Anno Accademico Corso di Laurea Magistrale in C.T.F. Corso di Chimica Biologica (10 CFU) Prof. Francesco Sgarrella dsfbio@uniss.it - tel Prerequisiti. Per un adeguata comprensione della Biochimica è indispensabile una buona conoscenza degli elementi di base di Matematica, Fisica, Chimica Generale, Biologia cellulare e Chimica Organica. Contenuti dell insegnamento. Il corso si propone di fornire i concetti di base necessari alla comprensione dei processi biologici a livello molecolare, con particolare attenzione all'organizzazione strutturale e alle funzioni delle macromolecole biologiche e alle modalità con cui gli organismi viventi utilizzano l energia contenuta nei nutrienti. Materiale didattico. Copia in formato PDF delle presentazioni proiettate a lezione. Valutazione. L apprendimento sarà valutato in itinere attraverso tre prove scritte, consistenti ciascuna in un test a risposta multipla. La valutazione finale si baserà su un colloquio che, partendo dalla discussione dei risultati delle prove scritte, sarà indirizzato a verificare l apprendimento complessivo e le capacità acquisite. Argomenti delle lezioni Biomolecole. Elementi chimici di interesse biologico. L acqua e sue interazioni con le biomolecole. Controllo del ph nei sistemi biologici: tamponi fosfato e bicarbonato. Principali biomolecole a basso peso molecolare. Macromolecole e loro unità strutturali. Zuccheri semplici e polisaccaridi di riserva: amido e glicogeno. I lipidi complessi: triacilgliceroli, fosfogliceridi, sfingolipidi, colesterolo. Basi azotate, nucleosidi, nucleotidi, polinucleotidi. Gli α-amminoacidi: classificazione e proprietà.

2 2 Struttura delle Proteine. Caratteri generali delle proteine. Legame peptidico e struttura primaria delle proteine. Struttura secondaria: α-elica, conformazioni β. Strutture supersecondarie. Struttura terziaria e domini strutturali. Proteine a struttura quaternaria. α-cheratine, immunoglobuline G, collageno. Strutture sopramolecolari: i filamenti contrattili del sarcomero e il ciclo della contrazione. Proteine leganti l O 2. Struttura e funzione dell'emoglobina e della mioglobina. Curve di saturazione e P 50. L emoglobina come proteina allosterica. Cenni sui principali modelli delle interazioni allosteriche: effetti omotropo ed eterotropo, modulatori positivi e negativi. Modulazione dell attività biologica dell emoglobina: effetti di H +, CO 2 e 2,3- bifosfoglicerato. Emoglobina fetale. Emoglobina falciforme. Enzimi. Caratteristiche generali e classificazione. Sito attivo e complesso enzima-substrato. Specificità di substrato: le proteasi a serina. Cinetica enzimatica: effetto della conccentrazione del substrato e teoria dello stato stazionario. L equazione di Michaelis e Menten. Significato di K S, K M e k cat e del rapporto k cat /K M. Cenni sulle reazioni a due substrati e sull effetto del ph e della temperatura sull attività enzimatica. Inibitori competitivi e non competitivi. Bioenergetica e Metabolismo. Il flusso dell energia nei sistemi biologici. Generalità sul metabolismo. Catabolismo ed anabolismo. Vie metaboliche. Direzionalità dei processi: ΔG e ΔG. Reazioni accoppiate e trasferimenti di fosfato. Composti ad alta energia. Ruolo dell'atp negli scambi di energia. Biomembrane e trasporto. Caratteri generali delle biomembrane. Aggregati lipidici: micelle, monostrati, doppi strati, liposomi. Distribuzione e mobilità delle molecole lipidiche nei doppi strati. Proteine di membrana e loro interazione con il doppio strato lipidico. Permeabilità delle membrane biologiche. Termodinamica del trasporto e gradienti elettrochimici. Trasporto passivo. Trasporto attivo primario e secondario. Uniporto, simporto ed antiporto. Cinetica del trasporto mediato: curva di saturazione e K s. Pori e canali ionici. Struttura del recettore dell acetilcolina. Meccanismo di funzionamento e ruolo biologico dell ATPasi-Na + /K +, dell ATPasi-Ca ++ e dell ATPasi-H + /K + delle cellule parietali gastriche. Metabolismo glucidico. Assorbimento dei glucidi di origine alimentare. Sistemi di trasporto passivo e sodio dipendente del glucosio. Fosforilazione del glucosio: ruolo dell esochinasi e della glucochinasi. Glicolisi: significato,

3 3 tappe enzimatiche e resa energetica. Regolazione allosterica della fosfofruttochinasi-1. Turnover del fruttosio 2,6-bifosfato e regolazione per modificazione covalente della fosfofruttochinasi-2. Trasduzione dei segnali extracellulari: proteine G e secondi messaggeri. AMP ciclico e Proteina chinasi A. Destino del piruvato in condizioni anaerobie: gluconeogenesi da lattato e ciclo di Cori. Vie di sintesi e degradazione del glicogeno. Modulazione allosterica e per modificazione covalente della glicogeno fosforilasi e della glicogeno sintasi. Cascata regolatoria del metabolismo del glicogeno. Effetti dell AMP ciclico e dell Inositolo trifosfato. La via dei pentosi: significato e tappe di reazione. Carenza di glucosio 6 fosfato deidrogenasi; ruolo del glutatione e del NADPH nella detossificazione delle specie reattive dell ossigeno. Metabolismo lipidico. Assorbimento ed utilizzazione dei lipidi di origine alimentare. Principali classi delle lipoproteine plasmatiche. Ruolo delle lipasi sensibili agli ormoni nella mobilizzazione dei trigliceridi. Attivazione degli acidi grassi e trasferimento degli acili nella matrice mitocondriale. Tappe enzimatiche e bilancio energetico della ß-ossidazione. Formazione e utilizzazione dei corpi chetonici. Sintesi dei lipidi: trasferimento dell'acetile nel citoplasma. Struttura dell acido grasso sintasi e modalità di sintesi del palmitato. Cenni sulla sintesi dei trigliceridi, dei fosfogliceridi e del colesterolo. Ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa. Trasporto del piruvato nella matrice mitocondriale e decarbossilazione ossidativa. Il ciclo di Krebs: significato e tappe di reazione. Natura anfibolica del ciclo. Ossidazione mitocondriale del NADH. Sistemi navetta malato-aspartato e del glicerolo fosfato. Sistemi ossidoriduttivi della catena di trasporto degli elettroni e loro componenti. Generazione e utilizzazione del gradiente protonico transmembrana. Cotrasporto Pi/H + e antiporto ADP/ATP. L'ATP sintasi: struttura e meccanismo catalitico. Controllo da accettore della fosforilazione ossidativa. Metabolismo amminoacidico. Digestione delle proteine alimentari e assorbimento degli amminoacidi. Eliminazione dell azoto: ruolo delle transamminasi, della glutammina sintetasi e del ciclo glucosio-alanina. Deamminazione ossidativa del glutammato. Ciclo dell'urea e suoi rapporti con il ciclo di Krebs. Destino dello scheletro di carbonio degli amminoacidi: amminoacidi glucogenici e chetogenici. Gluconeogenesi da amminoacidi: tappe di reazione e regolazione.

4 4 Metabolismo dei nucleotidi. Biosintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici e loro regolazione. Vie di recupero delle basi puriniche. Ribonucleotide reduttasi e formazione dei deossinucleotidi. Degradazione degli acidi nucleici di origine alimentare e assorbimento dei nucleosidi. Sistemi di trasporto dei nucleosidi. Catabolismo dei nucleosidi purinici e formazione dell acido urico. Utilizzazione dei nucleosidi pirimidinici. Destino della porzione pentosidica di nucleosidi e deossinucleosidi. Struttura e replicazione del DNA. Il DNA come macromolecola informazionale. Struttura a doppia elica. Conformazioni del DNA e loro significato. Ruolo delle topoisomerasi di classe I e II nella regolazione del grado di superavvolgimento del DNA. Istoni e nucleosomi. Replicazione semiconservativa del DNA. Forcelle di replicazione. Caratteristiche e ruolo della DNA polimerasi III. Assemblaggio del replisoma. Ruolo della primasi. Sintesi del filamento guida e del filamento ritardato. Frammenti di Okazaki. Ruolo della DNA polimerasi I e della ligasi. Trascrizione dell informazione genica. Struttura dell RNA. Organizzazione dei geni nei procarioti e modalità della trascrizione. Promotori. Caratteristiche dell RNA polimerasi, e ruolo delle subunità σ. Fasi della trascrizione e principali modalità di termine. La trascrizione negli eucarioti: RNA polimerasi eucatiotiche, promotori e fattori di trascrizione. Organizzazione dei geni negli eucarioti: esoni e introni. Maturazione dell hnrna: capping, poliadenilazione ed escissione degli introni. Regolazione dell espressione genica. Modalità di regolazione della trascrizione nei procarioti. Operoni. Induzione e repressione. Regolazione dell utilizzazione del lattosio in Escherichia coli: l operone lac. Struttura del repressore lac e sua interazione con il sito Operatore. Induzione da allolattosio. Repressione da cataboliti: effetto del glucosio sull espressione dei geni lac. Attivazione dell operone lac da parte del complesso CRP-AMPc. Ruolo del sistema fosfotransferasico di trasporto del glucosio nell attivazione dell adenilato ciclasi. Traduzione dell informazione genica. Struttura dei trna e loro ruolo come adattatori molecolari. Il codice genetico. Basi molecolari della degenerazione del codice. Ruolo delle amminoacil-trna sintetasi nell attivazione degli amminoacidi. Organizzazione dei ribosomi. Sintesi delle proteine: formazione del complesso di inizio; fase di allungamento e fase di termine. Modificazioni post-traduzionali delle proteine. Sintesi proteica sul reticolo endoplasmatico. Ruolo del dolicolo fosfato nella glicosilazione delle

5 5 proteine. Catabolismo delle proteine: struttura del Proteasoma e degradazione delle proteine coniugate con l Ubiquitina. Principali testi di riferimento per anno di pubblicazione: GARRETT R.H., GRISHAM C.M. Biochimica 5^ ed. (Piccin 2014, 75). MATHEWS C.K., VAN HOLDE K.E, APPLING D.R., ANTHONY-CAHILL S.J. Biochimica 4^ ed. (Piccin 2014, 78). NELSON D.L., COX M.M. I principi di Biochimica di Lehninger 6^ ed. (Zanichelli 2014, 156). VOET D.J., PRATT C.W., VOET J.G. Fondamenti di Biochimica 3^ ed. (Zanichelli 2013, 104). DEVLIN,T.M. Biochimica con Aspetti Clinico-Farmaceutici (EdiSES 2013, 80). BERG J.M., TYMOCZKO J.L., STRYER L. Biochimica 7^ ed. (Zanichelli 2012, 121,50). Testi di approfondimento: ALBERTS B., BRAY D., HOPKIN K., JOHNSON A., LEWIS J., RAFF M., ROBERTS K., WALTER P. L essenziale di biologia molecolare della cellula 4^ ed. (Zanichelli 2015). NORMAN A.W., HENRY H.L. Hormones 3^ ed. (Elsevier 2015, 73).