Biochimica (6 CFU) [Bio/10]

Far acquisire agli studenti i fondamenti e il linguaggio della moderna Biologia, che
oggi si esprime soprattutto in termini biochimici. Non vi è infatti fenomeno biologico
che non possa e non debba essere spiegato in termini molecolari.

Programma di massima

ELEMENTI DI BIOLOGIA GENERALE

Proprietà generali degli esseri viventi. Gli esseri viventi come sistemi termodinamici aperti: conservazione e riproduzione di strutture molecolari a bassa entropia. Costituzione molecolare degli esseri viventi: tipi di macromolecole biologiche. Organizzazione cellulare degli esseri viventi: differenze fra procarioti ed eucarioti. Concetto di genotipo e fenotipo.

PROTEINE

Aminoacidi: struttura e proprietà chimiche. Il legame peptidico e le sue proprietà. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Interazioni che determinano il ripiegamento delle proteine. Denaturazione e rinaturazione delle proteine. Proprietà generali e funzioni delle proteine. Metodi di purificazione e di analisi della proteine. Enzimi: definizione, proprietà generali e classificazione. Richiami di chimica: reazioni chimiche, equilibrio chimico e cinetica chimica. Analisi termodinamica delle reazioni chimiche: il concetto di energia libera e di energia di attivazione. Meccanismi di catalisi enzimatica: catalisi acido-base, catalisi covalente, catalisi da ioni metallici, catalisi elettrostatica. Modelli di cinetica e regolazione enzimatica: il modello di Mentens e Michaelis e le caratteristiche dell’inibizione competitiva e non competitiva; il modello allosterico e le caratteristiche della regolazione allosterica.

GLUCIDI

Definizione e denominazione dei glucidi. Struttura dei monosaccaridi e loro proprietà. Isomeria conformazionale. Derivati dei monosaccaridi: acidi (aldonici, saccarici e uronici), desossiderivati, aminoderivati. Il legame glicosidico. Disaccaridi: maltosio, lattosio e saccarosio. Polisaccaridi: polisaccaridi strutturali e polisaccaridi di riserva. Struttura dell’amido, del glicogeno e della cellulosa. Glicoproteine e proteoglicani.

LIPIDI E MEMBRANE BIOLOGICHE

Caratteristiche biologiche generali dei lipidi e loro classificazione. Triglideridi, fosfolipidi, sfingolipidi, steroidi. Proprietà dei triglideridi e dei lipidi polari. Struttura e funzione delle membrane biologiche: il modello a mosaico fluido.

ACIDI NUCLEICI

Basi puriniche e pirimidiniche, nucleosidi e nucleotidi. Struttura dei ribonucleotidi e dei desossiribonucleotidi. Caratteristiche e proprietà del legame fosfoesterico. Struttura del DNA: il modello di Watson e Crick e gli altri tipi di doppia elica. Struttura dei cromosomi eucariotici: istoni, nucleosomi e livelli superiori di organizzazione della cromatina. Tipi di RNA e loro struttura: RNA messaggero, ribosomiale e transfer.

METABOLISMO

Concetto di metabolismo: catabolismo ed anabolismo. Concetto di via metabolica. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche. ATP ed altri composti ad elevata energia di idrolisi. Reazioni accoppiate: ruolo centrale dell'ATP nel metabolismo energetico. Gli stadi idrolitici ed ossidativi del catabolismo. Utilizzazione energetica dei coenzimi ridotti: NAD e FAD. Concetto biochimico di respirazione. Strategie anaboliche: fonte di carbonio e di potere riducente. Differenze fra organismi autotrofi, eterotrofi, fototrofi e chemiotrofi. Descrizione generale delle principali vie metaboliche. Descrizione dettagliata di tre vie metaboliche:
a) Glicolisi: significato metabolico e strategia generale. Conversione del glucosio in piruvato: reazioni, enzimi e meccanismi di catalisi. Possibile destino del piruvato: conversione in lattato, etanolo o acetil-CoA. Struttura e meccanismo di azione della piruvato deidrogenasi.
b) Ciclo di Krebs: significato metabolico e strategia generale. Reazioni, enzimi e meccanismi catalitici. Bilancio energetico generale dell’ossidazione del glucosio.
c) Fosforilazione ossidativa: significato metabolico e strategia generale. Complessi della catenza respiratoria, specie chimiche implicate nelle reazioni di ossidoriduzione e meccanismi molecolari che generano il gradiente protonico. Struttura e funzione dell’ATP-sintasi mitocondriale. Confronto fra fosforilazione ossidativa e fotofosforilazione: meccanismi molecolari che utilizzano la luce per generare un gradiente protonico nella fotosintesi.

ESPRESSIONE E TRASFERIMENTO DELL'INFORMAZIONE GENETICA

Replicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti: enzimi coinvolti e meccanismi biochimici che assicurano la fedeltà della replicazione. Sintesi dell’RNA (trascrizione) nei procarioti e negli eucarioti: RNA polimerasi, fattori di trascrizione generali e specifici, co-attivatori. Regolazione della trascrizione nei procarioti e negli eucarioti. Modificazioni post-trascrizionali dell’RNA. Meccanismi della sintesi proteica. RNA transfer e loro aminoacilazione. Struttura e funzione dei ribosomi. Fabbisogno energetico della sintesi proteica e meccanismi di controllo dell’accuratezza della sintesi. Il codice genetico ed il problema dell’origine della vita.

Testi di riferimento
· D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, Fondamenti di Biochimica, Zanichelli Editore