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Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco

Corsi di studio in
Farmacia - Chimica e tecnologia farmaceutiche

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Oggetto:
Oggetto:

Biochimica e Biochimica Applicata Medica

Oggetto:

Anno accademico 2008/2009

Docente
Enrico GIRAUDO (Titolare del corso)
Corso di studi
[f003-c302] laurea i^ liv. in informazione scientifica sul farmaco - a torino
Anno
2° anno
Periodo didattico
Primo semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
9
SSD dell'attività didattica
BIO/10 - biochimica
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso di Biochimica si propone di descrivere le principali caratteristiche delle macromolecole di interesse biologico e di illustrare gli aspetti essenziali del metabolismo nell'organismo umano. Saranno descritti i processi metabolici di sintesi e degradazione, il loro elevato livello di integrazione, la regolazione ormonale, i principali meccanismi molecolari della trasduzione del segnale, le correlazioni cliniche e le principali malattie metaboliche.
Il corso di Biochimica Applicata Medica si propone di Descrivere le principali metodologie adottate nei laboratori di biochimica e biochimica clinica. Si approfondiranno la tecnologia del DNA ricombinante e le nozioni di base sul trasferimento dell'informazione genetica dal DNA alle proteine.

Requisiti
Conoscenze di base di biologia generale e di chimica organica.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Modalità di esame è una prova orale che può essere sostenuta in due prove distinte (una per Biochimica e l'altra per Biochimica Applicata Medica) o in un'unica prova comprendente i due corsi.
Oggetto:

Programma

BIOCHIMICA (CFU 5)

 

CORSO DI LAUREA IN INFORMAZIONE SCIENTIFICA SUL FARMACO

A.A. 2008/2009 

Docente: Enrico Giraudo

enrico.giraudo@unito.it

 Tel: 011-9933505

Orario di ricevimento: su appuntamento
 

Modulo semestrale integrato con Biochimica Applicata Medica 

  

OBIETTIVI FORMATIVI SPECIFICI  

Il corso si propone di descrivere le principali caratteristiche delle macromolecole di interesse biologico e di illustrare gli aspetti essenziali del metabolismo nell'organismo umano. Saranno descritti i processi metabolici di sintesi e degradazione, il loro elevato livello di integrazione, la regolazione ormonale, i principali meccanismi molecolari della trasduzione del segnale, le correlazioni cliniche e le principali malattie metaboliche.

  

REQUISITI
Conoscenze di base di biologia generale e di chimica organica.

  PROGRAMMA  

Introduzione

La materia vivente. Struttura e caratteristiche chimico-fisiche dell'acqua. Legame idrogeno: sua importanza nell'acqua e nei composti biologici.

 

Struttura delle proteine 

Struttura e funzione delle proteine. classificazione; proprietà acido-basiche; punto isoelettrico. Gli amminoacidi delle proteine. Struttura primaria delle proteine. Il legame peptidico e le strutture secondarie. Strutture ad α-elica e a foglietto β. Altre strutture secondarie. Motivi strutturali (strutture supersecondarie). Le proteine fibrose: α cheratina, fibroina della seta, collagene, elastina. Le proteine globulari: struttura terziaria. I domini delle proteine globulari. Interazioni stabilizzanti e destabilizzanti nelle proteine. I ponti disolfuro. Struttura quaternaria. Gruppi prostetici. Il folding delle proteine: denaturazione e rinaturazione. Le malattie da misfolding e l’attrazione primordiale della forma β. I prioni. Modificazioni post-traduzionali delle proteine.

Le proteine che trasportano l'ossigeno. II gruppo eme. Struttura della mioglobina, legame con l'ossigeno. Struttura dell'emoglobina. Affinità per l'ossigeno e per il CO. Cooperatività del legame con l'ossigeno. Curve di dissociazione dell'ossigeno: confronto tra mioglobina ed emoglobina. Effetto Bohr. Effetto del 2,3-bisfosfoglicerato. Emoglobina fetale. Metaemoglobina. Trasporto dell'anidride carbonica. Emoglobine patologiche. 

 Enzimi

Principi di catalisi e cinetica enzimatia. Variazione di energia libera e costante di equilibrio. Velocità di reazione, velocità iniziale, costanti di velocità, costanti di equilibrio (di dissociazione e di associazione). La base sperimentale dell'equazione di Michaelis e Menten. Cinetica di saturazione: equazione, grafico e interpretazione del grafico. Significato dei  parametri cinetici KM (esochinasi e glucochinasi), Vmax, kcat, kcat/KM. Classificazione degli enzimi. Isoenzimi. Cofattori degli enzimi: ioni metallici e coenzimi. Le proteasi.  

Gli inibitori e la regolazione. Inibitori irreversibili e reversibili. Inibitori reversibili competitivi, cenni alle altre classi. Esempi di impiego di inibitori competitivi (statine) e irreversibili (5-fluorouracile).Tipi di regolazione. Regolazione allosterica. Enzimi allosterici e loro modulatori.

 

Glicidi 

Funzioni dei glicidi. Classificazione: mono-, oligo- e polisaccaridi. Proprietà riducenti del glucosio. Amminozuccheri, acido sialico. Il legame glicosidico α (amido, glicogeno) e β (cellulosa, chitina). Mucopolisaccaridi e mucopolisaccaridosi, eparina. Glicoproteine. Proteoglicani. Glicolipidi. I carboidrati come marcatori di superficie e recettori di segnali molecolari. 

 

Lipidi e membrane biologiche 

Definizione di sostanze di natura lipidica. Funzioni dei lipidi. Acidi grassi saturi e insaturi. Classificazione dei lipidi: cere, trigliceridi, glicerofosfolipidi, sfingolipidi, terpeni (steroli e colesterolo), altri derivati dell'unità isoprenica attivata (Vitamine A, D, E, K, ubichinone). Struttura degli aggregati lipidici in acqua: micelle, doppi strati, liposomi. Effetto idrofobico. I lipidi come segnali intracellulari ed extracellulari. I costituenti molecolari e architettura delle membrane biologiche: il modello a mosaico fluido, effetto dei doppi legami e del colesterolo. Proteine di membrana integrali, periferiche, altre (GPI-anchored proteins). Trasporto attraverso le membrane. Trasporto attivo e passivo. Canali e pori. Ionofori. Correlazioni cliniche: fibrosi cistica e il canale del cloro; trasporto difettoso di glucosio e acqua in alcune forme di diabete.  

 

Introduzione al metabolismo 

Criteri di spontaneità delle reazioni (G = H - TS). Processi catabolici e processi biosintetici. ATP: struttura e proprietà. Carica energetica della cellula. Composti ad elevato potenziale di trasferimento del fosfato. Composti ad "alta energia". Coenzimi e vitamine. Reazioni redox. NAD, NADP, FAD, FMN e flavoproteine, lipoammide, tetraidrobiopterina, glutatione, acido ascorbico. Altri coenzimi derivanti da vitamine: piridossal fosfato, S-adenosil-metionina, tetraidrofolato, biotina, tiamina pirofosfato, coenzima B12, metil-cobalamina. Il controllo del flusso metabolico: tappe controllate dal substrato e tappe controllate dall’enzima. 

 

Metabolismo dei glicidi - glicolisi 

Generalità sul metabolismo dei carboidrati. Fornitori della glicolisi. Ruolo centrale del glucosio-6-fosfato. Reazioni ed enzimi della glicolisi. Termodinamica della glicolisi. Regolazione della glicolisi: enzimi regolatori e loro modulatori. Il fruttoso-2,6-bisfosfato e l'enzima tandem chinasi-fosfatasi. Sintesi del 2,3-bisfosfoglicerato. Destino del piruvato. Fermentazione lattica e alcolica. Metabolismo degli esosi diversi dal glucosio. Correlazioni cliniche: diabete mellito, intolleranza al fruttosio, acidosi lattica.

 

Ciclo dell'acido citrico (ciclo di krebs) 

II complesso della piruvato deidrogenasi: reazioni, enzimi e coenzimi. Fonti metaboliche di acetil CoA. Reazioni ed enzimi del ciclo. Termodinamica e regolazione. Ruolo catabolico e biosintetico del ciclo di Krebs. Reazioni anaplerotiche. Collegamento tra il ciclo di Krebs e le altre vie metaboliche. Il ciclo del gliossilato. 

   

Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa 

I complessi della catena respiratoria: NADH-coenzima Q reduttasi (complesso I), succinato-coenzima Q reduttasi (complesso II), coenzima Q-citocromo c reduttasi (complesso III), citocromo c ossidasi (complesso IV). I quattro fornitori di elettroni all'ubichinone. I citocromi. Il citocromo c: caratteristiche strutturali e funzionali. Sintesi dell'ATP: ipotesi chemiosmotica, struttura e funzione dell'ATP sintasi. Accoppiamento tra flusso degli elettroni e fosforilazione ossidativa. Principali inibitori della catena respiratoria. Il disaccoppiamento. Sistemi navetta per il trasporto di equivalenti di NADH dal citosol al mitocondrio. Bilancio energetico della ossidazione completa di una molecola di glucosio. 

 

Metabolismo dei glicidi - via dei pentoso fosfati 

Reazioni ed enzimi. Regolazione della via dei pentosofosfati: dipendenza dal fabbisogno di NADPH, riboso-5-fosfato e ATP. Fonti di NADPH alternative alla via dei pentosi: enzima malico. NADPH e glutatione reduttasi. 

 

Metabolismo dei glicidi - gluconeogenesi 

Generalità sulla gluconeogenesi: il glucosio ad ogni costo (precursori non glucidici del glucosio). Confronto tra glicolisi e gluconeogenesi. La piruvato carbossilasi (biotin-enzima): localizzazione, regolazione da acetil-CoA. Trasporto dell'ossalacetato dal mitocondrio al citosol. Gli altri enzimi della gluconeogenesi: PEP-carbossichinasi, fruttoso-l,6-bisfosfatasi e glucoso-6-fosfatasi (distribuzione nell’organismo). Fabbisogno energetico della gluconeogenesi. Il ciclo di Cori. Regolazione ormonale: glucagone, adrenalina, cortisolo. Correlazione clinica: ipoglicemia e intossicazione da alcol.

 

Metabolismo dei glicidi - metabolismo del glicogeno 

Struttura e funzione del glicogeno. Demolizione e sintesi. Glicogeno fosforilasi e glicogeno sintasi. Funzione della glicogenina. Regolazione del metabolismo del glicogeno. Il calcio e la calmodulina.  

 

Metabolismo lipidico

Gli acidi grassi.  Degradazione e sintesi dei trigliceridi nel duodeno, nel tessuto adiposo e nel fegato. Mobilizzazione degli acidi grassi. Attivazione degli acidi grassi. La β-ossidazione: reazioni, enzimi e coenzimi. Bilancio energetica della β-ossidazione. Ossidazione degli acidi grassi a catena dispari di atomi di carbonio (destino metabolico del propionil-CoA). La chetogenesi e i corpi chetonici. Sintesi degli acidi grassi: confronto con la β-ossidazione. Trasporto dell'acetil-CoA dal mitocondrio al citosol: funzione dell'enzima malico. Struttura dell’acido grasso sintasi animale. Il citrato come trasportatore e modulatore allosterico. Regolazione ormonale: fosfosforilazione e defosforilazione dell'acetil-CoA carbossilasi e della triacilglicerolo lipasi. Allungamento della catena degli acidi grassi. Le prostaglandine e gli altri derivati dell'acido arachidonico. 

I lipidi di membrana e il colesterolo. Generalità sul metabolismo dei fosfolipidi. Ruolo dei CDP-derivati. Il fosfatidil inositolo, precursore di secondi messaggeri. Biosintesi del colesterolo: fabbisogno di acetil-CoA e NADPH (confronto con la sintesi degli acidi grassi), fasi principali. Le lipoproteine. Il controllo della biosintesi e del trasporto del colesterolo. Derivati del colesterolo: ormoni steroidei (glucocorticoidi, mineralcorticoidi, sessuali), acidi biliari, vitamina D3. Ruolo delle monoossigenasi nella biosintesi degli ormoni steroidei e degli acidi biliari. Prenilazione delle proteine. Correlazioni cliniche. Obesità e leptina, ipercolesterolemia, arterosclerosi.

Metabolismo degli amminoacidi

Catabolismo. II catabolismo delle proteine della dieta e cellulari. Il sistema ubiquitina-proteasoma. Destino metabolico degli amminoacidi: amminoacidi glucogenici e chetogenici. Deamminazione per transamminazione (transamminasi PLP-dipendenti). Deamminazione ossidativa: la glutammico deidrogenasi. Il ciclo dell'urea: reazioni, enzimi, compartimentazione cellulare e regolazione. Sintesi di creatina e fosfocreatina. 

Biosintesi. Amminoacidi essenziali e non essenziali. Caratteristiche generali della biosintesi degli amminoacidi. La glutammato deidrogenasi e la glutammina sintetasi. Ruolo biosintetico delle transamminasi. Biosintesi della tirosina dalla fenilalanina. Il metabolismo delle unità monocarboniose: i derivati del tetraidrofolato e la S-adenosil metionina. Sintesi delle catecolamine. Arginina e NO. Correlazioni cliniche: fenilchetonuria, Parkinson’s desease, malattie del metabolismo del folato.

 

Metabolismo dei nucleotidi 

Aspetti generali del metabolismo dei nucleotidi: vie de novo e vie di recupero. Origine degli atomi degli anelli purinico e pitimidinico. Formazione dei deossiribonucleotidi. Biosintesi dei nucleotidi timidilici: la timidilato sintasi e la diidrofolato reduttasi. Cenni al catabolismo dei nucleotidi. Correlazioni cliniche: Aciduria orotica ereditaria.

 

Integrazione delle vie metaboliche e regolazione ormonale

Correlazioni metaboliche dei diversi tessuti ai vari stati nutrizionali e ormonali. Descrizione dei meccanismi coinvolti nel cambiamento del metabolismo epatico tra lo stato di dieta normale e lo stato di digiuno. Metabolismi tessuto-specifici: la divisione del lavoro. Esempi di malattie correlate: obesità, iperglicemia, diabete di tipo 1 e 2. Gli ormoni: strutture diverse per funzioni diverse. Regolazione ormonale del metabolismo energetico. Regolazione a lungo termine della massa corporea. Interazione ormone-recettore. Recettori di membrana (recettori β-adrenergici) e recettori nucleari

 

Comunicazione tra cellule

Segnali molecolari e apparati di interpretazione: generalità, recettori di membrana e recettori nucleari. Proteine G: proprietà generali e classi. Fattori traduzionali (v. anche: sintesi delle proteine - traduzione). Proteine Ras. Proteine G eterotrimeriche: struttura, classi, ciclo funzionale, cascate inibitorie e stimolatorie dell'AMPc, adenilato ciclasi, fosfodiesterasi, proteina chinasi A, tossine. Cascata del PIP2. Recettori-enzimi. Guanilato ciclasi di membrana e solubile. RTKs (receptors tyrosine kinases). Recettore dell'insulina e simili. Gli oncogeni e gli oncosoppressori. 

 

 

TESTI CONSIGLIATI E/O DI CONSULTAZIONE

 

Champe PC, et al, Le basi della biochimica, prima edizione, Zanichelli

Nelson DL, Cox M, I Principi di Biochimica di Lehninger quarta edizione, Zanichelli.

Campbell MK,  Farrell SO., Biochimica, seconda edizione, EdiSes.

Devlin, Biochimica con aspetti clinici, Idelson-Gnocchi

 

MODALITÀ D’ESAME

 Prova orale.

 

 

BIOCHIMICA APPLICATA MEDICA (CFU 4)

CORSO DI LAUREA IN INFORMAZIONE SCIENTIFICA SUL FARMACO

A.A. 2008/2009

Docente: Enrico Giraudo

enrico.giraudo@unito.it

 Tel: 011-9933505

Orario di ricevimento: su appuntamento

Modulo semestrale integrato con Biochimica

  

OBIETTIVI FORMATIVI SPECIFICI  

Descrizione delle principali metodologie adottate nei laboratori di biochimica, biochimica clinica. Si approfondiranno la tecnologia del DNA ricombinante e le nozioni di base sul trasferimento dell'informazione genetica dal DNA alle proteine.

REQUISITI

Conoscenze di base di biologia generale e di chimica organica.

 

                                                    PROGRAMMA

 

Struttura degli acidi nucleici 

Basi puriniche e pirimidiniche di DNA e RNA: forme tautomeriche e loro attitudine alla formazione di legami H. Differenze "chimiche" tra DNA e RNA, sensibilità all'idrolisi basica. Struttura di un filamento polinucleotidico. La struttura a doppia elica del DNA. La sequenza del DNA e la funzione. Forze che stabilizzano la doppia elica del DNA. Denaturazione del DNA. Temperatura di fusione: dipendenza dalla percentuale di G--C. Il DNA superavvolto e le topoisomerasi. Composizione della cromatina: gli istoni e i nucleosomi. Acidi ribonucleici: mRNA, tRNA, rRNA.

 

Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA

Replicazione: semiconservatività, bidirezionallità, unicità di origine nei procarioti, semidiscontinuità. Le DNA polimerasi: meccanismo generale di reazione. Apparato di replicazione nei procarioti e negli eucarioti. La trascrittasi inversa. Riparazione: mutazioni (correlazione con la cancerogenesi), sistemi di riparazione del DNA. Ricombinazione: riparazione ricombinativa del DNA, ricombinazione genetica omologa (meiosi). Correlazioni cliniche: mutazioni, cancro e ciclo cellulare, xeroderma pigmentosum.

 

Sintesi e maturazione dell'RNA (la trascrizione)

Le RNA polimerasi DNA dipendenti (trascrittasi). Struttura dell'RNA polimerasi dei procarioti. Siti promotori in procarioti ed eucarioti, filamenti senso e antisenso. Sintesi dell'RNA su stampo di DNA: inizio, allungamento, terminazione. Reattività dell'RNA e proprietà catalitiche. Le modificazioni dell’RNA dopo la trascrizione. Maturazione del precursore del tRNA. Maturazione del precursore dell'rRNA. Maturazione del precursore del mRNA: formazione del cappuccio, metilazioni, poliadenilazione, rimozione degli introni. Discontinuità dei geni degli eucarioti (introni ed esoni): esperimenti di ibridazione DNA-mRNA. I meccanismi dello splicing dell’RNAm e splicing alternativo. Sintesi di RNA e DNA RNA-dipendente.

 

Codice genetico e sintesi delle proteine (la traduzione) 

Codice genetico. Definizione di gene. Definizione e caratteristiche del codice genetico: triplette non sovrapposte (eccezione: virus), univocità, universalità, ridondanza. L'RNA transfer. Le amminoacil-tRNA sintetasi: attivazione dell'amminoacido e caricamento sul tRNA. Fedeltà del processo di caricamento dell'aminoacido sul tRNA. Mutazioni di senso, non senso, di cornice di lettura. Mutazioni puntiformi (sostituzione, delezioni, inserzioni). Sintesi delle proteine. Struttura e localizzazione cellulare dei ribosomi. Sintesi di fMet-tRNA e fase di inizio nei procarioti. Fase di allungamento e formazione del legame peptidico, traslocazione e fase di terminazione. Trasporto e degradazione delle proteine. Costo energetico della sintesi delle proteine. Inibitori della sintesi delle proteine: antibiotici, tossine. 

 

Regolazione dell'espressione genica

Principi della regolazione genica: promotori, operoni e proteine regolatrici. Procarioti: l’operone del lattosio e del triptofano (E.Coli). Proteine regolatrici (repressori e attivatori), effettori (induttori e corepressori). Eucarioti: repressione da parte dei nucleosomi, fattori di trascrizione (attivatori e repressori), coattivatori e corepressori, acetilazione e deacetilazione degli istoni, complessi che rimodellano la cromatina. Segnali intra e inter-cellulari. Fosforilazione di fattori di trascrizione nucleari e cascata di proteine regolatrici.

 

Tecnologia del DNA ricombinante

Clonaggio del DNA: tecniche di base. Le endonucleasi di restrizione e mappe di restrizione per ottenere il DNA ricombinante. Plasmidi e altri vettori di clonaggio. Espressione di proteine in procarioti ed eucarioti. Analisi dei polimorfismi. Tecniche per l’identificazione di acidi nucleici (Southern blot e Northern blot) e DNA microarray. Sequenziamento e amplificazione del DNA mediante Polymerase chain reaction (PCR). Sintesi di DNA a partire da RNAm (cDNA) mediante la trascrittasi inversa e RT-PCR. Banche dati per l’analisi e l’allineamento delle sequenze. Applicazioni e correlazioni cliniche: Genoma umano e la terapia delle malattie genetiche, terapia genica, sequenziamento del DNA per la diagnosi dei disordini genetici.

 

Le principali metodologie biochimiche

Tecniche elettroforetiche. Fattori che influenzano la mobilità elettroforetica. Elettroforesi zonale su acetato di cellulosa; proteine sieriche. Elettroforesi su gel: PAGE e PAGE-SDS. Metodi di rivelazione. Focalizzazione isoelettrica ed elettroforesi bidimensionale. Tecniche spettroscopiche. Assorbimento della luce e spettrofotometria UV-VIS: Spettri di assorbimento. Relazione di Lambert-Beer e dosaggi colorimetrici.  Tecniche enzimatiche. Metodi di dosaggio degli enzimi e scelta delle condizioni. Dosaggi di enzimi di interesse clinico. Enzimopatie. Dosaggi enzimatici di metaboliti. Tecniche immunochimiche. Anticorpi: struttura e preparazione; antigeni e apteni. Dosaggi radioimmunologici (RIA) ed immunoenzimatici (ELISA): applicazioni in Biochimica sperimentale e in diagnostica. Metodi cromatografici applicati alla purificazione di proteine: gel cromatografia e cromatografia di scambio ionico.

TESTI CONSIGLIATI E/O DI CONSULTAZIONE

 

Champe PC, et al, Le basi della biochimica, prima edizione, Zanichelli

Nelson DL, Cox M, I Principi di Biochimica di Lehninger quarta edizione, Zanichelli.

K.Wilson, K.H.Goulding – Metodologia Biochimica – Raffaello Cortina Ed. Milano

Campbell MK,  Farrell SO., Biochimica, seconda edizione, EdiSes.

Devlin, Biochimica con aspetti clinici, Idelson-Gnocchi

 

MODALITÀ D’ESAME

 

Prova orale.

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Per Biochimica
1)Nelson DL, Cox M, I Principi di Biochimica di Lehninger quarta edizione, Zanichelli.
In alternativa:
2)Champe PC, et al, Le basi della biochimica, prima edizione, Zanichelli
Per Biochimica Applicata Medica
1) K.Wilson, K.H.Goulding – Metodologia Biochimica – Raffaello Cortina Ed. Milano


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