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    Adriana BORRIELLO

    Insegnamento di BIOCHIMICA

    Corso di laurea magistrale a ciclo unico in MEDICINA E CHIRURGIA (Sede di Caserta)

    SSD: BIO/10

    CFU: 10,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 125,00

    Periodo di Erogazione: Annualità Singola

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    Italiano

    Contenuti

    Il corso di Biochimica, che è organizzato in due semestri, fornisce una visione generale ed un’approfondita analisi della biochimica, sia strutturale, sia, in particolare, metabolica, necessaria alla comprensione delle basi delle patologie umane e, pertanto, fondamentale per la formazione di un medico completo. Saranno approfonditi, in particolare, i meccanismi molecolari alla base della fisiologia umana, della patologia e della farmacologia, con particolare riguardo alla Medicina di Precisione.

    Testi di riferimento

    Principi di biochimica di Lehninger - Settima edizione - David L Nelson Michael M Cox . 2018 - Zanichelli
    Principi di biochimica - Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt - 2017 - Zanichelli
    Biochimica con aspetti clinici - Thomas M. Devlin - 2012 - EdiSes
    Biochimica generale. Con elementi di biologia molecolare - F. Salvatore et al. - 2013 - Gnocchi
    L.A.Moran, K.G.Scrimgeour, H.R.Horton,R.S.Hochs, J.D.Rawn BIOCHIMICA Casa editrice McGroww-Hill
    Garrett e Grisham- Principi di Biochimica – Ed. Piccin
    Campbell / Farrell BIOCHIMICA - EdiSES
    J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer BIOCHIMICA - Zanichelli

    Obiettivi formativi

    Il Corso di Biochimica si propone di fornire allo studente di Medicina e Chirurgia le basi chimiche e biologiche per la comprensione dei meccanismi fisiologici dell’omeostasi biochimica a livello cellulare e sistemico e per interpretare correttamente i cambiamenti biochimici che si verificano in condizioni patologiche. In particolare, Il Corso di Biochimica sarà incentrato principalmente sullo studio delle principali classi di molecole e macromolecole biologiche e dei principali processi che regolano il loro metabolismo e quello energetico, sulla regolazione a livello molecolare e cellulare delle principali vie metaboliche e delle correlazioni biochimiche fra organi e tessuti in condizioni normali e patologiche. Modelli di interferenza farmacologica con le vie biochimiche studiate saranno inoltre discussi. Alla fine del Corso, lo studente avrà le basi per comprendere i principi che guidano la moderna medicina molecolare di precisione ed affrontare con adeguato bagaglio culturale lo studio degli insegnamenti di fisiologia, patologia, immunologia, farmacologia e clinica medica a livello molecolare

    Prerequisiti

    Per frequentare con competenza il Corso di Biochimica, gli studenti devono aver acquisito una solida esperienza in Chimica e Propedeutica Biochimica, Biologia e Biologia Molecolare, e Fisica.
    L'accesso all'esame è regolato da propedeuticità come stabilito dal Consiglio del Corso di laurea

    Metodologie didattiche

    Il Corso sarà svolto con lezioni frontali mediante presentazioni in Power point o altro materiale informatico. Durante la lezione, sarà stimolata la discussione per fornire sia chiarimenti sia ulteriori approfondimenti sull’argomento trattato. I docenti saranno a disposizione durante tutta la durata del corso, e successivamente, per fornire spiegazioni sugli argomenti trattati durante le lezioni e supportare gli studenti durante il loro percorso formativo.

    Metodi di valutazione

    L’esame finale include una prova scritta seguita da un colloquio orale. Potrà essere prevista inoltre una prova intercorso, basata su quiz a risposta multipla. Tale prova costituisce una verifica, utile allo studente, dell'apprendimento in aula ma il suo esito non verrà preso in considerazione per la valutazione.
    Per l’esame, si prevede 1. una prova scritta costituita da un test con 30 domande a risposta multipla (sarà assegnato 1 punto per ogni risposta esatta, 0 punti per le risposte sbagliate) che riguarderanno tutti gli argomenti del corso; 2. al superamento della prova scritta (punteggio minimo per l’ammissione 18), seguirà contestualmente un colloquio orale volto ad accertare con chiarezza l'apprendimento degli argomenti affrontati durante il corso di Biochimica. Lo studente dovrà dimostrare un’adeguata conoscenza della struttura delle principali classi di biomolecole, delle principali vie metaboliche e della loro regolazione, con particolare attenzione ai meccanismi delle più comuni patologie. Il voto finale sarà valutato in trentesimi, dove 18 rappresenta il minimo e 30 il massimo.

    Altre informazioni

    Materiale didattico sarà fornito dai docenti

    Programma del corso

    I semestre
    • Gruppi funzionali e legame chimico. Importanza nella stabilità strutturale e organizzazione tridimensionale delle macromolecole biologiche.
    • L’acqua: importanza per la vita; acqua nei fluidi biologici; struttura dell’acqua e sue proprietà chimico-fisiche (pH, effetto tampone, equilibrio acido-base, ecc.); interazioni espletate dall’acqua; legame a idrogeno, struttura dell’acqua solida e liquida; anomalie dell’acqua; solubilità; costante dielettrica e suo significato; effetti termodinamici della solubilità; effetto solvente; effetto idrofobico; conseguenze biologiche dell’effetto idrofobico. Proprietà dei sistemi viventi.
    • Amminoacidi; struttura e classificazione in base alla natura chimica della catena laterale; altre classificazioni (es: amminoacidi essenziali e non; altre sottoclassi: es. idrossiamminoacidi, amminoacidi solforati, etc). Proprietà acido-base; attività ottica e chiralità; proteine; legame peptidico; catena laterale degli amminoacidi e loro classificazione e proprietà; modifiche post-biosintetiche.
    • Proteine. Le molteplici funzioni biologiche delle proteine. Cenni sui peptidi con attività biologica. Livelli di organizzazione strutturale delle proteine. Struttura primaria. Struttura secondaria. Struttura terziaria. Struttura quaternaria. Proteine fibrose e proteine globulari. Motivi della diversità strutturale delle proteine; livelli strutturali nelle proteine: legame peptidico e struttura primaria; struttura secondaria: alfa elica; beta turns o girate; strutture supersecondarie. Proteine fibrose e globulari: differenze funzionali e strutturali; esempi; la cheratina; l’elastina; collagene e suoi cross-links; proteine globulari.
    • Proteine Intrinsecamente disordinate (IUP): basi fisiche delle proteine intrinsecamente disordinate; classificazione; alcuni esempi; loro ruolo e distribuzione negli eucarioti; significato di proteina IUP; significato metabolico delle proteine IUP; relazioni disordine intrinseco/funzione; effetti funzionali delle modiche post-traduzionali su queste proteine: riconoscimento e regolazione.
    • Cenni su malattie dovute ad alterazione strutturale delle proteine.
    • Proteine trasportatrici di ossigeno: mioglobina (Mb) ed emoglobina (Hb); livelli strutturali; l’eme; curve di ossigenazione Mb e Hb; struttura quaternaria Hb; il 2,3-bisfosfoglicerato; effetti allosterici; ontogenesi di Hb; effetto Bohr; glicosilazione non enzimatica dell’Hb. Anemie: definizione e classificazione. Le principali emglobinopatie.
    • Il collageno: composizione amminoacidica e struttura a tripla elica del tropocollageno. Tappe di sintesi e maturazionne del collageno. Le principali collagenopatie.
    • Gli enzimi: catalisi enzimatica. energia di attivazione e azione dei catalizzatori. sito attivo e complesso enzima-substrato. Adattamento indotto. Stereo specificità del substrato; teoria dello stato di transizione; aspetti energetici; complessi multienzimatici; classificazione; coenzima; cofattori; effetto dell’ambiente sull’enzima; enzimi in medicina. effetto del pH e della temperatura sulla catalisi enzimatica. Isoenzimi; loro significato in Biochimica sistematica; implicazioni biochimico-cliniche.
    • Cinetica enzimatica: equazione cinetica e costante di velocità; equazione di Michaelis e Menten; grafici e parametri dell’equazione, loro significato funzionale; determinazione dei parametri cinetici; grafici di Lineweaver-Burk; inibizione enzimatica, reversibile ed irreversibile; effetti cinetici degli inibitori; inibizione competitiva e sua cinetica, parametri cinetici e loro significato. Esempi d’inibizione competitiva; inibitori acompetitivi ed incompetitivi, loro cinetiche e significato dei parametri cinetici.
    • Regolazione enzimatica: definizione e significato funzionale. Regolazione covalente, reversibile (fosforilazione, metilazione, acetilazione, adenilazione) e irreversibile (zimogeni e proteolisi limitata); vie metaboliche o catene di enzimi: regolazione a feedback. Concetto di tappa limitante ed enzima regolatore. Allosterismo: effettori allosterici e cooperatività; enzimi con siti multipli cooperativi e non-cooperativi; modello di enzima allosterico monometrico e multimerico; omoallosteria ed eteroallosterismo, cinetiche; modello sequenziale ed a simmetria concertata; esempi. Proteine ed enzimi inducibili e costitutivamente espressi. Ruolo della regolazione genica nell’espressione di enzimi inducibili.
    • Carboidrati: classificazione e proprietà funzionali; carboidrati semplici e complessi, proiezioni di Fisher; centri chirali; serie stereochimiche dei carboidrati; enantiomeri; importanti monosaccaridi; ciclizzazione intramolecolare; formule cicliche dei carboidrati; galattosemia; formule furaniche e piraniche; oligosaccaridi; legame glicosidico; lattasi e suo deficit; polisaccaridi; amido, glicogeno e cellulosa; digestione zuccheri; indice glicemico; assorbimento fruttosio; mucopolisaccaridi; glicoproteine.
    • Lipidi. Funzioni biologiche, organizzazione strutturale, nomenclatura e classificazione. Acidi grassi saturi, monoinsaturi e polinsaturi; importanza dei doppi legami coniugati; flessibilità; abbondanza in natura; stato fisico; gli acidi grassi essenziali; composizione in lipidi di alimenti; triacilgliceroli; lipidi complessi; glicerolipidi; glicerofosfolipidi; fosfolipidi; fosfolipasi; sfingolipidi; cere; terpeni; carotenoidi; terpeni nelle vitamine; steroidi; aspetti clinici dei lipidi; lipidi e membrane.
    • Vitamine: significato funzionale, vitamine liposolubili ed idrosolubili; provitamine, fabbisogno, ipovitaminosi ed ipervitaminosi, vitamine sintetiche, vie e meccanismi di assorbimento; singole vitamine idrosolubili e liposolubili, formula, funzione, meccanismo di azione, significato clinico.
    • Ormoni: cenni di struttura, classificazione e biosintesi. Ormoni e recettori. Ormoni pancreatici e surrenalici, loro effetti sul controllo dei glucidi; loro meccanismi di azione e controllo; effetti fisiologici; i secondi messaggeri intracellulari; insulina, glucagone, adrenalina e loro meccanismi specifici; effetti dell’insulina, trasporto del glucosio.

    • II semestre
    • Introduzione al metabolismo. Le vie metaboliche. Principi di bioenergetica. Le leggi della termodinamica. La variazione di energia libera. Il trasferimento dei gruppi fosforici e l'ATP. L'energia libera di idrolisi dell'ATP.
    • Il metabolismo: cos’è il metabolismo; anabolismo e catabolismo; metabolismo intermedio; vie metaboliche; ATP e termodinamica.
    • Cicli metabolici: autotrofi ed eterotrofi; schemi metabolici di catabolismo, anabolismo e metabolismo; respirazione aerobica e fermentazione anaerobica; glicolisi e mitocondrio; vie metaboliche lineari, cicliche e mappa; ossidazione, potere calorico alimenti e NAD.
    • La glicolisi: reazioni, bilancio, meccanismi enzimatici; destino del piruvato; glicolisi anaerobica. Regolazione della glicolisi
    • Utilizzazione del glucosio e curva glicemica post-prandiale. Regolazione ormonale della glicemia: l’insulina. Glicogeno, metabolismo e funzioni; glicogenosintesi, glicogenolisi, reazioni, enzimi, regolazione.
    • Via dei pentosi fosfato – i fosfopentosi, loro metabolismo, reazioni, enzimi, regolazione ed importanza nel metabolismo degli eritrociti.
    • Effetti ossidativi nell’eritrocita e sistemi di difesa: glutatione, metemoglobina reduttasi. Deficit di G6PD e favismo.
    • Specie reattive dell’ossigeno e loro ruolo fisiologico. Ossidazione dei componenti di membrana e sistemi di difesa; glutatione e sua funzione; difese antiossidanti dell’eritrocita;
    • Regolazione metabolismo glucidico – gluconeogenesi: glicolisi aerobica ed anaerobica, bilancio energetico; piruvato e acetilCoA, loro significato; la glicemia; regolazioni allosteriche nella glicolisi e trasportatori di glucosio.
    • Monosaccaridi e disaccaridi; assorbimento; lattosio, Intolleranza al lattosio. Lattato deidrogenasi e suoi isoenzimi.
    • La piruvato deidrogenasi: i compartimenti mitocondriali; la piruvato deidrogenasi, funzione, struttura del complesso, meccanismo d’azione, le molecole partecipanti, sequenza delle reazioni e visione generale di esse, significato funzionale delle varie reazioni e delle molecole che vi partecipano; regolazione del complesso.
    • Ciclo di Krebs: dove avviene; relazioni con le altre vie metaboliche ed aspetti energetici; reazioni e meccanismi del ciclo, enzimi e metaboliti coinvolti, regolazione del ciclo, effettori allosterici del ciclo, bilancio energetico; carrier mitocondriali.
    • Il mitocondrio e le reazioni redox, catena di trasporto degli elettroni, complessi proteici della catena respiratoria, reazioni, enzimi regolazione e loro significato metabolico; il gradiente chimico ed elettrochimico delle membrane mitocondriali, il flusso di elettroni genera energia.
    • Destino metabolico dei lipidi: lipidi dalla dieta, loro digestione, acidi biliari e lipasi, degradazione dei triacilgliceroli, degli esteri del colesterolo, dei fosfolipidi, controlli della digestione dei grassi, destino dei lipidi assorbiti.
    • Lipidi e catabolismo: controllo del rilascio degli ac. grassi nel sangue e trasporto; attivazione ed ingresso nel mitocondrio; beta-ossidazione dei vari tipi di ac.grassi, reazioni e cicli, enzimi, regolazione; bilancio energetico; perossisomi; ossidazione degli ac.grassi polinsaturi; corpi chetonici e chetogenesi, concentrazioni plasmatiche; relazioni acetilCoA- corpi chetonici; regolazione lipolisi.
    • Metabolismo del colesterolo: origini, ruolo biochimico, colesterolemia e dieta; assorbimento intestinale, enzimi pancreatici, bile, ruolo dell’epitelio intestinale, biosintesi lipoproteine, esportazione chilomicroni, loro destino metabolico; lipoproteine, struttura, composizione, classificazione, le lipoproteine come marcatori clinici; biosintesi del colesterolo, sua regolazione, inibitori; shunt del transmetil-glucataconato; effetti macroscopici del controllo del colesterolo, nell’epatocita, intracellulare, effetti del ritmo circadiano; ruolo delle lipoproteine, le apolipoproteine e loro funzione, densità delle lipoproteine, classi di lipoproteine e loro significato metabolico; fattori di rischio cardiovascolari e loro significato biochimico, fitosteroli, fibre alimentari e loro meccanismo biochimico.
    • Biosintesi dei lipidi: lipogenesi; l’acetilCoA, suo significato metabolico; biosintesi ac. grassi, reazioni, enzimi e loro meccanismi d’azione; l’acido grassi sintasi, struttura e suo meccanismo d’azione; regolazione biosintesi ac. grassi; catene ac grassi, allungamento e desaturazione; eicosanoidi, bilancio metabolico omega 3 PUFA e omega 6 PUFA, sintesi ac. arachidonico; classificazione eicosanoidi, struttura e loro significato funzionale, meccanismo di azione, Ciclossigenasi e Lipossigenasi, effetti metabolici, prostaglandina sintasi ed effetto degli antinfiammatori, bradichinina, sinossi sulla sintesi dei triacilgliceroli.
    • Metabolismo delle lipoproteine: origini del colesterolo epatico; destino metabolico delle lipoproteine, chilomicroni, VLDL, LDL ed LDL modificate, HDL; la lipoproteina (a).
    • Il tessuto adiposo: sua funzione, adipociti e loro origine, loro attività ed obesità; ruolo fisiologico del tessuto; lipidoma, metabolismo del tessuto adiposo e sua regolazione, sua complessità e flessibilità, adipochine, sintasi degli ac.grassi.
    • Biosintesi e catabolismo dell'Eme: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. I pigmenti biliari. Ittero.
    • Biosintesi e catabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici; le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico.
    • Metabolismo dell’unità monocarboniosa. Ruolo del folato e suoi derivati. Il ciclo dei folati e suoi inibitori. Le reazioni di transmetilazione. S-adenosilmetionina e S-adenosilomocisteina.
    • Morte cellulare. La morte cellulare programmata. Attivazione dell’apoptosi e sua regolazione. Via intrinseca (mitocondriale) ed estrinseca (death receptors). Ruolo della proteina P53. Le caspasi e loro attivatori e substrati. Metodi di studio dell’apoptosi. Apoptosi e malattie (cenni).
    • Metabolismo proteico: amminoacidi essenziali, relazioni tra amminoacidi e vie metaboliche, amminoacidi glucogenici e chetogenici; proteine e loro destino metabolico; digestione ed enzimi digestivi, assorbimento, trasporto aa nelle cellule, cistinuria, catepsine lisosiomali, proteo soma ed ubiquitina, meccanismo d’azione, regola dell’N-terminale, sequenze PEST; degradazione metabolica degli amminoacidi; transaminazione, meccanismo, AST e ALT, significato clinico; glutammato deidrogenasi; glutammina sintetasi e ruolo metabolico della glutammina; Ciclo dell’urea, reazioni, enzimi, meccanismi, regolazione e significato fisiologico; relazioni metaboliche tra ciclo Krebs e Ciclo urea; relazioni metaboliche tra fegato e muscolo relative al metabolismo azotato; difetti genetici del ciclo; adrenalina, nor-adrenalina e neurotrasmettitori; DOPA, GABA, Ossido nitrico e sua biosintesi, creatina fosfato e creatinina.
    • Trasduzione del segnale: secondo messaggero; principale secondi messaggeri: calcio, molecole lipofile, segnali redox, ossido nitrico; le risposte cellulari; le più importanti vie di segnalazione, MAP/ERK, cAMP, IP3/DAG con esempi di cascate di segnalazione.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The Biochemistry Course, which is organized in two semesters, provides an overview and in-deep discussion of the main aspects of medical-oriented Biochemistry, starting from studying the biomolecules and macromolecules of biological interest, their hierarchical structure and their assembly into complexes responsible for specific biological processes. Furthermore, the Course focuses on the major metabolic pathways and on their interconnection into metabolic regulated networks at cellular, tissue/organ and finally systemic level, which appear fundamental for the comprehension of the molecular bases of human pathologies. Particulary attention will be paid to the molecular and biochemical mechanisms at the base of the human Physiology, Pathology and Pharmacology, and of the newly-born concept of Precision Medicine.

    Textbook and course materials

    Principi di biochimica di Lehninger - Settima edizione - David L Nelson Michael M Cox . 2018 - Zanichelli
    Principi di biochimica - Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt - 2017 - Zanichelli
    Biochimica con aspetti clinici - Thomas M. Devlin - 2012 - EdiSes
    Biochimica generale. Con elementi di biologia molecolare - F. Salvatore et al. - 2013 - Gnocchi
    L.A.Moran, K.G.Scrimgeour, H.R.Horton,R.S.Hochs, J.D.Rawn BIOCHIMICA Casa editrice McGroww-Hill
    Garrett e Grisham- Principi di Biochimica – Ed. Piccin
    Campbell / Farrell BIOCHIMICA - EdiSES
    J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer BIOCHIMICA - Zanichelli

    Course objectives

    The Biochemistry Course is aimed to provide medical students with the fundamental chemical and biological bases for the comprehension of the physiological mechanisms of the biochemical homeostasis, both at cellular and systemic level, and for gaining the ability to interpret the biochemical changes occurring in human diseases. Students will acquire knowledge on i., the major classes of biological molecules and macromolecules and on the main processes regulating their metabolism and the energy metabolism; ii., the regulation, at molecular and cellular level, of the main metabolic pathways; iii., the biochemical correlations between organs and tissues in normal and pathological conditions. Models of pharmacological interference with the studied biochemical pathways will be discussed.
    At the end of the course the students will have acquired the principles driving the modern precision molecular medicine and the cultural back-ground necessary for approaching the studies of Physiology, Pathology, Immunology, Pharmacology and Medical Clinics at molecular level.

    Prerequisites

    To attend proficiently the Biochemistry Course, students need to have acquired a well-established background in Chemistry and Propaedeutic Biochemistry, Biology and Molecular Biology, and Physics.
    Access to the exam is regulated by passing the preliminary exams, as established by the Degree Course Council.

    Teaching methods

    Frontal lessons will be delivered by means of Power Point files projection or other tools. Throughout lesson, discussion will be stimulated to give elucidations and further insights on the topics object of the study. Teachers will be available throughout the course and afterwards, to provide explanations on each biochemical aspect studied and to support students during their training.

    Evaluation methods

    The final exam includes a written test followed by an oral examination.
    A mid term exams (quiz including 30 multiple choice questions) might be administered at the end of the first semester. This will not sum up with the final score and it is uniquely aimed at encouraging the students to challenge with apprenticeship of the first group of topics. The final exam includes a written test (including 30 multiple choice questions - 1 point of score will be given, to any right answer, no penalty for wrong answers) on all topics. An oral test will follow, aimed at ascertaining the learning of the topics addressed during the Biochemistry course.
    The student must demonstrate a deep knowledge of the structural aspects of the main classes of biomolecules and of the regulation of the main metabolic pathways with particular attention to the mechanisms of the most common pathologies. The final grade is expressed in 30th, where 18 represents the minimum and 30 the maximum

    Other information

    The material used for the lectures will be shared electronically (pdf file)

    Course Syllabus

    Course Syllabus
    First semester
    • Functional groups and chemical bonds. Importance of structural stability and tridimensional organization of the biological macromolecules.
    • Water: importance for the life; water in the biological fluids; H2O structure and its chemical-physical properties (pH, buffering potential, acid-bases equilibrium, etc.); water interaction; hydrogen bond; structure of water at different physical states; solubility, dielettric constant and its significance; termodinamical effects of solubility, solvent effect; hydrophobic effect; biological consequence of hydrofobic effect; properties of living systems.
    • Proteins: composition and structures.
    • Protein building blocks: the amino acids; structure, features and classification based on the chemical nature of the lateral chain; other classifications (ie, essential and non-essential amino acids); other amino acid subclasses such as hydroxyamino acids, sulfur amino acids, etc) Acid-base properties of amino acids, optical activity and chirality. The peptidic bond and its geometry and features. Protein posttranslational modifications.
    Structure-function relationships. Multiple biological functions of proteins. Peptides with biological functions. Protein families.
    • Levels of structural organization of the proteins. Protein primary structure Electronic and geometric features of the peptide bond and secondary structure. Tertiary structure. Quaternary structure. Protein families. Fibrous proteins and globular proteins. Fibrillar proteins: structural and functional properties. Keratin, collagen, elastin. Proteoglycans and the extracellular matrix (ECM). Biosynthesis and post-biosynthetic processing. Globular proteins.
    • Intrinsically disordered proteins (IDPs): physical bases of IDPs; classifications; some examples; roles and distributions in eukaryotes; significance of IDP proteins; metabolic roles of IDPs; intrinsic disorder/function relationship; functional effects of post-translatonal modifications (PTMs): recognition and regulation.
    • Misfolding of proteins and related diseases.
    • Proteins that carry oxygen; myoglobin (Mb) and Hemoglobin (Hb) structure. Strutural level. The heme group. Hb ligands: O2, CO2, H+, 2,3-BPG, etc. Hb “T” (tense) and “R” (relaxed) states. Hb saturation (dissociation) curve. Role of 2,3-BPG in the stabilization of the “T” conformation. Bohr effect. Mechanisms for maintenance of reduced state of iron within heme: methemoglobin reductase. Transport of CO2: role of Hb, role of carbonic anhydrase, role of bicarbonates. Anemia: definition and fundamental aspects. Some examples anemias: thalassemias, sickle cell anemia, favism (see also reference to pentose phosphate pathway).
    Collagen: amino acid composition and triple helix structure of the tropocollagen. Synthesis and maturation stages of collagen. The main collagen diseases.
    • Enzymes. Thermodynamics of chemical reaction. Free energy variation of enzyme-catalyzed reaction. Activation energy and mechanisms of enzymatic catalysis. Transition state theory. Active site and enzyme-substrate complex. “Induced Fit Model” versus “Lock and key model”. Stereo specificity of the enzymatic reaction. Classification of enzymes. Coenzymes and cofactors. Environmental factors affecting enzyme activity: temperature, pH. Isoenzymes and their meaning in systemic Biochemistry. Clinical biochemistry implications. Enzymes in Medicine.
    • Enzymatic Kinetics: kinetic equation and velocity constant; Michaelis-Menten equation; The graph of Michaelis-Menten. Parameters of enzymatic kinetics: Vmax and Km. Their functional significance. Lineweaver-Burk graph. Reversible and irreversible enzymatic inhibition. Kinetic effects of enzyme inhibitors. Competitive and non-competitive and acompetitive enzymatic inhibition.
    • Enzymatic regulation: definition and functional meaning Covalent reversible regulation (through phosphorylation, methylation, acetylation, adenylation) and irreversible (activation of zymogens and controlled proteolysis); metabolic pathway organization: feed-back regulation. Concept of rate-limiting step and regulatory enzyme. Allosterism: allosteric effectors and cooperativity;enzymes with multiple cooperative and non-cooperative sites; modela of monomeric and multimeric allosteric enzyme; omoallosterism and eteroallosterism; kinetics: sequential and concerted symmetry models. Inducible and constitutively expressed enzymes. Role of gene expression regulation in the inducible enzymes.
    • Carbohydrates: classification and functional properties; simple and complex carbohydrates; Fisher projections; chiral centers; stereochemical series of carbohydrates; enantiomers; relevant monosaccarydes; intramolecular cyclization; cyclic formulas of monosaccharides; pyranosic and furanosic formulas; glucose and its role as major fuel for sspific tissues and organs; glycemia: normal range and limits. Glycemia alterations in diabetes. Glycosidic bond; oligosaccharydes: lactose and lactase deficit; polysaccharydes: starch, cellulose, chitin and glycogen; dietary assumption and digestion of carbohydrates; glycemic index; Mucopolysaccharides, glycosaminoglycans and glycoproteins.
    • Lipids: biological function, structural organization, nomenclature and classification. Saturated, monounsatured and polyunsatured fatty acids; physical status; importance of conjugated double bonds; flexibility; relative abundance in nature; essential fatty acids; food lipid composition. Storage lipids and membrane lipids: triacylglycerols; phospholipids; complex lipids: glycerolipids glycerophospholipids, sphingolipids. Phospholipase activities. Waxes and terpenes, carotenoids; terpenes in vitamins; Sterols: cholesterol and its derivatives. Eicosanoids. Clinical aspects of lipids.
    • VIitamins: Functional significance; requirements and function; classification in liposoluble and hydrosoluble vitamins; concept of provitamins, vitamer, requirements, hypo- and hypervitaminosis; Synthetic vitamins.
    Liposoluble vitamins:
    A- Structure, derivatives, functions, metabolism, vit A and vision, sources, deficiency
    K- Structure, functions, K-dependent coagulation factors, metabolism, deficiency, clinical references to oral anticoagulants.
    D- Structure, functions, metabolism, biosynthesis and relationships to bone and renal disease, sources, deficiency (Rickets)
    E-Structure, functions, metabolism, antioxidant mechanism acitivity (ref to biochemistry of ROS), sources,
    Hydrosoluble vitamins:
    B1- Structure, functions, metabolism, coenzymes, sources, deficiency
    B2- Structure, function metabolism, coenzymes (FMN, FAD), sources, deficiency (Ariboflavinosis)
    PP- Structure, functions, coenzymes (NAD+ and NADP+), metabolism, sources, deficiency (Pellagra)
    B6- Structure, function metabolism, coenzyme, sources, deficiency
    Biotin- Structure, metabolism (role of biotinidase or holocarboxylase synthetase), functions, metabolism, sources.
    Pantothenate- Structure, function metabolism, sources, deficiency
    Folate- Structure, biochemical processes in which folate is involved, role in C1 metabolism, folate cycle, sources, supplementation for NTD prevention, deficiency and macrocytic anemia.
    B12- Structure, coenzymes, absorption and role of the Intrinsic Factor, functions, metabolism, sources, deficiency (megaloblastic anemia)
    C- Structure, functions (ref to postbiosynthetic processing of collagen precursor), metabolism, sources, deficiency (Scurvy)
    • Biochemistry of hormones: fundamentals of structure, classification and biosynthesis and mechanism of action. Hormones and their receptors. Pancreatic and adrenal hormones; mechanisms of action and control; second intracellular messengers. Peptide and protein hormones: classification, site of production, regulation of release and target tissues (also ref to carbohydrate metabolism and calcium metabolism). Special focus on insulin, glucagon, epinephrine and on their specific mechanisms: structure and biosynthesis; characteristics of their receptor and of the activated signal transduction pathways; effects on carbohydrate tissue utilization and on the metabolism in general (ref. to glucose metabolism).
    Catecholamines (also ref to amino acid metabolism). Thyroid hormones (biosynthesis, activities). Steroid hormones: classification and biosynthesis (ref to cholesterol metabolism). mechanism of action; The steroid and thyroid receptor superfamily and responsive elements.

    II semester

    • Introduction to metabolism. The metabolic pathways. Principles of bioenergetics. The laws of thermodynamics. The variation of free energy. Transfer of phosphoric groups and ATP. The free energy of ATP hydrolysis.
    • Metabolism: what is metabolism: anabolism and catabolism; intermediate metabolism; Linear or cyclic, divergent or convergent metabolic pathways; overall map of metabolism. Metabolic schemes of catabolism, anabolism; metabolism in presence of oxygen (cellular respiration) or in absence (anaerobic fermentation); role of mitochondria; ATP as a central molecule between the two anabolic and catabolic pathways. Oxidation and caloric power of nutrients. Cofactors involved in reducing unit transfer: NAD, NADP, FAD.
    • Digestion and absorption of carbohydrates. Lactose intolerance. Utilization of glucose and post-prandial glycemia curve. Insulin role.
    • Glycolysis: stages, mechanisms or reactions, regulation, energy balance. Fates of pyruvate: aerobic and anaerobic glycolysis. The isoenzymes of lactic dehydrogenase. The metabolism of fructose and galactose.
    • Glycogen metabolism: reactions and energy balance of glycogen synthesis and glycogenolysis. Regulation of glycogen metabolism in muscle and liver. Hormonal regulation of blood glucose: insulin, glucagon, adrenaline. Glycogen storage diseases.
    • Gluconeogenesis: substrates for glucose resynthesis: pyruvate, glycerol, oxaloacetate (also ref to glucogenic amino acids); reactions, regulation, energy balance. Mutual regulation of glycolysis and gluconeogenesis. The Cori cycle. The glucose-alanine cycle.
    • The pentose phosphate cycle: reactions, regulations, energy balance. Importance in the overall erythrocyte metabolism. Overall role of NADPH in metabolism (reductive biosynthetic processes, nitric oxide synthesis) and its importance in the anti-oxidative defense mechanisms: role of glutathione and of methemoglobin reductase; erythrocyte deficiency of glucose-6-phosphate dehydrogenase. All other reactions in which NADPH is formed.
    • Reactive Oxygen Species and their physiological and pathological roles. Oxidation of membranes and other cellular components (DNA, proteins) and cellular antioxidant defense mechanisms.
    • Oxidative decarboxylation of pyruvate and its conversion to acetyl-CoA. Mitochondrial compartments. Pyruvate dehydrogenase complex: localization, structure, action, participating coenzymes, mechanism of action and regulation.
    The citric acid cycle: localization, reactions, enzymes involved and their mechanisms of action, allosteric modulators and regulation, energy balance. Functions of the Krebs cycle and its interrelation with other metabolic pathways. Anaplerotic reactions. Mitochondrial carriers.
    • Mitochondria and redox reactions. Electron transport chain (ETC) and Oxidative phosphorylation; protein complexes of ETC, reactions and enzymes involved, their mechanism of actions and regulations. The electron flux generates energy: the H+ (proton) pump and the generation of the electrochemical proton gradient through the mitochondrial membranes Coupling of electron transport and ATP biosynthesis. The F-ATPase rotary motors. The chemo-osmotic theory. Inhibition and decoupling of oxidative phosphorylation. Shuttle systems for mitochondria transport of reducing equivalents from cytosolic NADH. Respiratory chain inhibitors and modulators
    • Lipids: dietary lipids, their digestion, bile salts and pancreatic lipase, hydrolysis of triacylglycerols, of cholesterol esters, phospholipids, absorption and organization into the chylomicrons. Different destinies of the absorbed lipids.
    • Lipids and catabolism: utilization of fatty acids and triacylglycerols; control of fatty acid release in blood and transport; activation of fatty acids and transfer into the mitochondria: role of the carnitine shuttle system; beta-oxidation: reactions, enzymes involved, regulation, energy balance; odd carbon fatty acid degradation. Peroxisomes, oxidation of polyunsatured fatty acids; ketone bodies: biosynthesis and utilization, plasmatic concentrations; fate of glycerol (ref. to gluconeogenesis). Regulation of lipolysis.
    • Cholesterol metabolism: origins, biochemical roles, colesterolemia and diet. Cholesterol role as the steroid precursor, biomedical implications. Cholesterol biosynthesis: reactions, enzymes, regulation and inhibitors; The trans-methyl glutaconate shunt. Role of coholesterol in lipoproteins. Lipoproteins: classification, biosynthesis and metabolism. The apolipoproteins. The LDL receptors and scavenger receptors. Cardiovascular risk factors. Ref to type IV hypercholesterolemia. Phytosterols dietary fibers and their biochemical mechaismsPathways of metabolism of complex lipids.
    Biological membranes: composition, structure, receptors (also ref to: a-signal transduction pathways; b-glycoproteins and proteoglycans)
    Lipids biosynthesis: lipogenesis, acetyl-CoA and its metabolic significance; fatty acid biosynthesis: reactions, enzymes, mechanismsof actions; fatty acid synthase: structure and mechanism of action, regulation, elongation and desaturation of fatty acid chains. omega 3 PUFA e omega 6 PUFA metabolic balance. Arachidonic acid biosynthesis; Eicosanoids: classification, structure and functional roles, mechanism of action, biosynthesis of thromboxanes and prostaglandins. Role of acetyl salicylic acid C and of antinflammators. Biosynthesis of membrane phospholipids.
    Adipose tissue: functions, roles, white, brown and beige adipocytes and their origins, obesity, adipokines produced and role in the deleterious effects of fat (particular visceral fat) on human health.
    Proteins: High and low biological value proteins: essential and non-essential amino acids. Proteins digestions. Activation of gastric and pancreatic zymogens and action of active enzymes. Absorption of amino acids: the amino acid pool. Evolutionary conserved forms of amino acid nitrogen disposal. The glutamine synthetase/glutaminase system (organ distribution, functional meaning). Role of Glucose-Ala cycle in amino group transport in circulation. The role of aminotransferases (ALT and AST) and glutamic dehydrogenase. Urea cycle: localization, reactions, regulation, energy balance and functional mraning. Metabolic correlations between urea cycle and Krebs cycle. Genetic defects of the urea cycle. Fate of the carbon skeleton: glucogenic and ketogenic amino acids. Correlations with gluconeogenesis. Metabolism of specific amino acids. Amino acids as neurotransmitter or their precursors (GABA, glycine, Phe/Tyr, Trp). Biogenic amines (indolamines, catecholamines, histamine). Methionine metabolism (general features; also ref to folate and B12) S-Adenosylmethionine, transulfuration pathway, role of THF, B6 and B12; Glycine/Cysteine synthesis. Folic acid or B9 or B12 deficiency as risk factor for human disease. Nitric oxide and its biosynthesis; creatine-phosphate and creatinine.
    Heme metabolism: reactions, enzymes involved, energy balance, regulation of biosynthesis and catabolism of heme processes. Bile pigments.
    Purine and pyrimidine nucleotide metabolism: reactions, enzymes involved, energy balance, regulation. Disease associated to genetic defects in the pathways involved.
    • Signal transduction: hormones and cytokines and their receptors; second messengers; main second messenger: calcium, lipophilic molecule, redox signals, nitric oxide; the cellular responses; the main signal transduction pathways: MAPK/ERK, CAMP/PKA, IP3/DAG, PI3K/AKT.

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