Chimica biologica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Comprensione dei fenomeni biologici come proprietà emergenti dall'interazione fisica e chimica tra le componenti molecolari della materia vivente. Comprensione della logica chimica alla base della struttura molecolare degli organismi viventi e delle trasformazioni chimiche che li riguardano. Comprensione, in una prospettiva evoluzionistica, della organizzazione e funzione delle macromolecole biologiche e dei processi metabolici. Comprensione del ruolo delle interazioni non covalenti nei fenomeni di riconoscimento molecolare riguardanti le biomolecole. Conoscenza dei principi della catalisi biologica. Comprensione degli aspetti fondamentali della bioenergetica e del significato adattativo del metabolismo. Comprensione del significato ecologico dei cicli biogeochimici dei principali bioelementi.
Risultati apprendimento attesi
Capacità di ricondurre le caratteristiche fondamentali dei sistemi viventi e delle trasformazioni che li riguardano ai soggiacenti principi chimici e fisici che governano le sostanze di cui sono costituiti. Capacità di trattare in maniera quantitativa le interazioni proteina-ligando e la cinetica enzimatica. Capacità di interpretare i fenomeni metabolici sulla base ai principi della termodinamica. Capacità di cogliere il significato biologico delle principali vie del metabolismo intermedio, con speciale riguardo al metabolismo energetico, e di riconoscerne le mutue interrelazioni. Capacità di riconoscere come il bilancio metabolico complessivo dei diversi gruppi di organismi viventi si inquadri nei cicli biogeochimici dei principali bioelementi.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Unità dell'organizzazione biologica a livello cellulare e molecolare. Bioelementi e biomolecole. Interazioni chimiche deboli in ambiente acquoso e loro effetto sulle proprietà delle biomolecole. Interazioni idrofobiche e molecole anfipatiche. Macroioni e polianfoliti in soluzione acquosa. Macromolecole e strutture sovramolecolari. Nucleotidi e acidi nucleici. Livelli organizzativi nella struttura degli acidi nucleici. Amminoacidi, polipeptidi e proteine. Proprietà del legame peptidico. Livelli nella struttura delle proteine: struttura primaria, secondaria, supersecondaria (motivi e domini), terziaria, quaternaria. Conformazione delle molecole proteiche. Proprietà delle proteine in soluzione. Esempi di struttura e funzione di proteine: cheratina, collagene, fibroina della seta, mioglobina, emoglobina. Proteine allosteriche. Struttura e proprietà dei lipidi. Membrane biologiche. Proteine di membrana. Significato biochimico della compartimentazione cellulare. Carboidrati. Struttura e proprietà di monosaccaridi e polisaccaridi. Glicogeno, amilosio, amilopectina, cellulosa.
Enzimi e cinetica enzimatica. Classificazione funzionale degli enzimi. Fattori che influenzano la velocità di una reazione enzimatica. Equazione di Michaelis-Menten. Determinazione della costante catalitica e della costante di Michaelis di una reazione enzimatica. Inibizione enzimatica. Cinetica di reazioni enzimatiche reversibili. Reazioni enzimatiche a più substrati. Esempi di meccanismi enzimatici: lisozima, proteasi a serina.
Bioenergetica. Variazioni energetiche nei processi biochimici. Equilibrio e stato stazionario. Flussi di energia e composti "ad alta energia". Reazioni accoppiate. Sistema dell'ATP. Reazioni biologiche redox e trasportatori biologici di elettroni.
Aspetti generali del metabolismo. Glicolisi e fermentazione. Degradazione dei polisaccaridi: digestione dell'amido e mobilizzazione del glicogeno. Decarbossilazione ossidativa del piruvato e ciclo degli acidi tricarbossilici. Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa. Gluconeogenesi. Via dei pentosi fosfati. Catabolismo dei trigliceridi e -ossidazione degli acidi grassi. Biosintesi degli acidi grassi e dei trigliceridi. Aspetti generali del metabolismo dei composti azotati: fissazione biologica dell'azoto e sua organicazione, catabolismo degli amminoacidi, ciclo dell'urea. Fotosintesi ossigenica.
Cenni di regolazione del metabolismo e di integrazione metabolica.
Cicli biogeochimici di carbonio, ossigeno e azoto.
Enzimi e cinetica enzimatica. Classificazione funzionale degli enzimi. Fattori che influenzano la velocità di una reazione enzimatica. Equazione di Michaelis-Menten. Determinazione della costante catalitica e della costante di Michaelis di una reazione enzimatica. Inibizione enzimatica. Cinetica di reazioni enzimatiche reversibili. Reazioni enzimatiche a più substrati. Esempi di meccanismi enzimatici: lisozima, proteasi a serina.
Bioenergetica. Variazioni energetiche nei processi biochimici. Equilibrio e stato stazionario. Flussi di energia e composti "ad alta energia". Reazioni accoppiate. Sistema dell'ATP. Reazioni biologiche redox e trasportatori biologici di elettroni.
Aspetti generali del metabolismo. Glicolisi e fermentazione. Degradazione dei polisaccaridi: digestione dell'amido e mobilizzazione del glicogeno. Decarbossilazione ossidativa del piruvato e ciclo degli acidi tricarbossilici. Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa. Gluconeogenesi. Via dei pentosi fosfati. Catabolismo dei trigliceridi e -ossidazione degli acidi grassi. Biosintesi degli acidi grassi e dei trigliceridi. Aspetti generali del metabolismo dei composti azotati: fissazione biologica dell'azoto e sua organicazione, catabolismo degli amminoacidi, ciclo dell'urea. Fotosintesi ossigenica.
Cenni di regolazione del metabolismo e di integrazione metabolica.
Cicli biogeochimici di carbonio, ossigeno e azoto.
Prerequisiti
E' essenziale la conoscenza dei principi e dei concetti fondamentali della chimica generale, della chimica-fisica e sella chimica organica. In particolare, principi di stechiometria, termodinamica ed equilibrio chimico, equilibri acido-base e concetto di pH, elettrochimica, stati redox dei principali metalli di transizione, coordinazione di ioni metallici. Principi di cinetica chimica, teoria dello stato di transizione e catalisi. Molecole organiche: isomeria costituzionale, geometrica e ottica. Configurazione e conformazione. Legami ionici, forze di van der Waals, legami idrogeno in moldecole organiche. Struttura e reattività dei principali gruppi funzionali delle sostanze organiche. Amminoacidi, carboidrati, glicosidi, molecole aromatiche. Caratteristiche generali delle sostanze polimeriche.
Metodi didattici
Lezioni frontali supportate da materiale videoproiettato, integrate con la discussione interattiva degli argomenti trattati. Dimostrazioni sulla struttura tridimensionale delle macromolecole biologiche e sulla cinetica enzimatica realizzate interattivamente mediante software di modellistica molecolare e di simulazione di cinetica chimica.
Materiale di riferimento
Lo studente è invitato a dotarsi di un libro di testo, la scelta ottimale rappresentata da uno dei seguenti:
· D.L. Nelson e M.M. Cox, I Principi di Biochimica di Lehninger, Ultima Edizione Italiana, Zanichelli. (Testo molto chiaro, completo e approfondito, utile anche in futuro come opera di consultazione).
· D. Voet, J.G. Voet e C.W. Pratt, Fondamenti di Biochimica, Ultima Edizione Italiana, Zanichelli. (Un altro testo chiaro, completo e approfondito, utile anche per futura consultazione).
· D.L. Nelson e M.M. Cox, I Principi di Biochimica di Lehninger, Ultima Edizione Italiana, Zanichelli. (Testo molto chiaro, completo e approfondito, utile anche in futuro come opera di consultazione).
· D. Voet, J.G. Voet e C.W. Pratt, Fondamenti di Biochimica, Ultima Edizione Italiana, Zanichelli. (Un altro testo chiaro, completo e approfondito, utile anche per futura consultazione).
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica della preparazione degli studenti è effettuata attraverso un esame scritto consistente in una serie di domande di carattere generale a risposta aperta, volta alla verifica del grado di conoscenza, comprensione e capacità di elaborare spiegazioni articolate da parte dello studente relative ai contenuti dell'insegnamento. La risposta ad alcune domande richiede anche l'applicazione di formule algebriche, alcuni semplici calcoli e il disegno di formule di struttura di metaboliti, di grafici illustranti l'andamento di variabili, o di schemi. Il tempo a disposizione per completare la prova è di 2 ore.
Lo studente ha facoltà di chiedere un colloquio integrativo orale dopo aver appreso l'esito della prova scritta, nel caso questa sia stata giudicata sufficiente e lo studente ritenga che la sua effettiva preparazione non sia adeguatamente emersa nella prova. Lo studente ha altresì facoltà di chiedere, anticipatamente alla data della prova scritta, di sostenere la stessa in forma interamente orale, in data e orario da concordare con il docente.
Non sono previsti esami in itinere.
Lo studente ha facoltà di chiedere un colloquio integrativo orale dopo aver appreso l'esito della prova scritta, nel caso questa sia stata giudicata sufficiente e lo studente ritenga che la sua effettiva preparazione non sia adeguatamente emersa nella prova. Lo studente ha altresì facoltà di chiedere, anticipatamente alla data della prova scritta, di sostenere la stessa in forma interamente orale, in data e orario da concordare con il docente.
Non sono previsti esami in itinere.
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
Docente:
Aliverti Alessandro
Turni:
Turno
Docente:
Aliverti AlessandroSiti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Ven 08:30-12:30 (previo appuntamento via e-mail)
Edifici Biologici, via Celoria 26 - torre C - piano 5