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    Fulvio DELLA RAGIONE

    Insegnamento di C I BIOCHIMICA

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

    SSD: BIO/10

    CFU: 10,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 100,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    Italiano

    Contenuti

    Il Corso di Biochimica è organizzato in due semestri. Il primo semestre del corso introduce lo studente alla struttura ed alle funzioni delle biomolecole di interesse biologico. Proteine: struttura e funzioni. Mioglobina, emoglobina e trasporto dell'ossigeno. Enzimi e cinetica enzimatica. Cofattori e coenzimi utilizzati nelle reazioni metaboliche. Vitamine: origine, struttura, meccanismo d’azione. Biochimica del sistema endocrino e classificazione strutturale e funzionale degli ormoni, i recettori nucleari e di membrana. L vie di trasduzione del segnale. Durante il secondo semestre il verrà affrontato lo studio del metabolismo energetico e della sua regolazione. Bioenergetica e ossidazioni biologiche. La glicolisi e il destino metabolico del piruvato. Metabolismo del glicogeno. Gluconeogenesi. Controllo della glicemia. Shunt dell'esosomonofosfato. Ciclo di Krebs e suo ruolo anfibolico. Fosforilazione ossidativa. Metabolismo degli acidi grassi e dei lipidi. Chetogenesi. Metabolismo del colesterolo. Trasporto dei lipidi e lipoproteine plasmatiche. Destino metabolico dell’ammoniaca. Ciclo dell’ urea. Sintesi e catabolismo del gruppo eme, pigmenti biliari. Biosintesi delle basi azotate e dei nucleotidi. Ruolo degli ormoni nel metabolismo. Approcci molecolari alle principali patologie umane.
    Al termine del corso, gli studenti dovranno aver appreso la struttura e la funzione delle biomolecole più importanti e Inoltre dovranno conoscere le principali vie metaboliche e la loro regolazione

    Testi di riferimento

    T. M. Devlin BIOCHIMICA con aspetti clinici Casa Editrice EdiSES

    D.L. Nelson, M.M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER Casa editrice Zanichelli

    Voet D., Voet J.G, Pratt. C.W. FONDAMENTI DI BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli

    Campbell / Farrell BIOCHIMICA Casa editrice EdiSES

    J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli

    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

    Obiettivi formativi

    Il corso di Biochimica si propone di fornire agli studenti di medicina le basi chimiche e biologiche necessarie alla comprensione della relazione tra struttura e funzione delle principali classi di biomolecole; della regolazione a livello molecolare e cellulare delle principali vie metaboliche; delle relazioni metaboliche tra i vari tessuti ed organi; dei meccanismi di produzione dell'energia metabolica; della struttura e funzione degli ormoni; della regolazione endocrina delle funzioni metaboliche dell'organismo; della coordinazione metabolica e delle correlazioni biochimiche fra organi e tessuti in condizioni normali e patologiche. Il corso si propone inoltre di far acquisire allo studente la metodologia per lo studio delle basi biochimiche e molecolari delle principali patologie.

    Prerequisiti

    Lo studente che accede al corso di BIOCHIMICA deve aver seguito i Corsi del primo anno e aver acquisito le nozioni propedeutiche di Biologia e Biologia Molecolare, Fisica, Chimica e Propedeutica Biochimica. L'accesso all'esame è regolato dal superamento degli esami propedeutici, secondo quanto stabilito dal Consiglio di Corso di Laurea.

    Metodologie didattiche

    Il Corso sarà svolto con lezioni frontali mediante presentazione di diapositive in Power point o altro materiale informatico. I docenti saranno a disposizione durante tutta la durata del corso per per fornire spiegazioni sugli argomenti trattati durante le lezioni e supportare gli studenti durante il loro percorso formativo.

    Programma del corso

    Le proprietà che caratterizzano i sistemi viventi. Le biomolecole. Le macromolecole e le loro subunità monomeriche. L'idoneità biologica dell'acqua.

    Gli amminoacidi: le unità costitutive delle proteine. Proprietà acido-base degli amminoacidi. Attività ottica e stereochimica degli amminoacidi. Introduzione alla struttura delle proteine.

    Le molteplici funzioni biologiche delle proteine. Cenni sui peptidi con attività biologica Livelli di organizzazione strutturale delle proteine. Proteine fibrose e proteine globulari. Struttura primaria. Struttura secondaria. Struttura terziaria. Struttura quaternaria.

    Il collageno: composizione amminoacidica e struttura a tripla elica del tropocollageno. Tappe di sintesi e maturazione del collageno. Le principali collagenopatie.

    Proteine che trasportano l'ossigeno; mioglobina ed emoglobina. Struttura tridimensionale delle due molecole. Curva di saturazione della mioglobina e dell'emoglobina. Fattori che influenzano l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno. L'effetto Bohr. IL trasporto ematico della CO2. Il difosfoglicerato. Emoglobinopatie.

    Gli enzimi. Energia di attivazione e azione dei catalizzatori. Potere catalitico, specificità e regolazione degli enzimi. Il grafico di Michaelis- Menten. Parametri della cinetica enzimatica: Vmax e Km. Il grafico di Lineweaver-Burk. Inibizione enzimatica competitiva e non competitiva. Regolazione enzimatica: allosterismo e modificazione covalente. Attivazione di zimogeni. Isoenzimi. Le vitamine idrosolubili e il loro ruolo come coenzimi.

    I carboidrati: classificazione e struttura chimica. Disaccaridi riducenti e non riducenti. Oligosaccaridi: glicoproteine e glicolipidi. Omopolisaccaridi vegetali: amido e cellulosa. Il glicogeno: presenza e ruolo fisiologico nei vari tessuti. I glicosamminoglicani e i proteoglicani.

    I lipidi: classificazione e struttura chimica. Acidi grassi saturi e insaturi. Acidi grassi essenziali. Lipidi di riserva e lipidi di membrana. Triacilgliceroli, glicerofosfolipidi e sfingolipidi. Steroli: il colesterolo e i suoi derivati. Eicosanoidi. Vitamine liposolubili A, D, E e K.

    Ormoni: struttura, classificazione e cenni sulla biosintesi. Aspetti biochimici dei meccanismi molecolari dell'azione degli ormoni.

    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.

    Digestione ed assorbimento dei glucidi. Intolleranza al lattosio. Glicolisi: le tappe, la regolazione, il bilancio energetico. Glicolisi aerobia ed anaerobia. Gli isoenzimi della lattico deidrogenasi. Il metabolismo del fruttosio e del galattosio.

    Decarbossilazione ossidativa del piruvato e sua conversione in acetil-CoA. Il complesso della piruvato deidrogenasi: sua azione e regolazione.

    Il ciclo dell'acido citrico: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. Funzioni del ciclo di Krebs e sua interrelazione con altre vie metaboliche. Le reazioni anaplerotiche.

    La catena respiratoria. Il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa. La teoria chemioosmotica. Inibizione e disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa. I sistemi navetta per il trasporto nel mitocondrio degli equivalenti riducenti dal NADH citosolico.

    Metabolismo del glicogeno: reazioni e bilancio energetico della glicogenosintesi e della glicogenolisi. Regolazione del metabolismo del glicogeno nel muscolo e nel fegato. Regolazione ormonale della glicemia: insulina, glucagone, adrenalina. Le malattie da accumulo di glicogeno.

    La gluconeogenesi: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. Regolazione reciproca della glicolisi e della gluconeogenesi. Il ciclo di Cori. Il ciclo glucosio-alanina.

    Il ciclo dei pentoso fosfati: le reazioni, il bilancio energetico. Deficienza eritrocitaria della glucosio-6-fosfato deidrogenasi. Ruolo del glutatione.

    Digestione ed assorbimento dei lipidi. Le lipoproteine plasmatiche. Catabolismo dei triacilgliceroli e dei fosfolipidi. Biosintesi del colesterolo: reazioni e regolazione. I sali biliari. Beta ossidazione degli acidi grassi saturi e insaturi. Formazione e utilizzazione dei corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. Le reazioni di allungamento e di desaturazione degli acidi grassi. Biosintesi dei triacilgliceroli e dei fosfolipidi.

    Digestione delle proteine. Proteine ad alto e a basso valore biologico: gli amminoacidi essenziali e non essenziali. Attivazione degli zimogeni gastrici e pancreatici e azione degli enzimi attivi. Assorbimento degli amminoacidi: il pool amminoacidico. Destino metabolico del gruppo amminico: la glutammina sintetasi, le transaminasi e la glutammico deidrogenasi. Forme di escrezione dell'azoto proteico. Ciclo dell'urea: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. I difetti genetici del ciclo dell'urea. Destino dello scheletro carbonioso: amminoacidi glucogenici e amminoacidi chetogenici.

    Biosintesi e catabolismo dell'eme: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. I pigmenti biliari.

    Biosintesi e catabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici; le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The Biochemistry Course is organized in two semesters. The first semester of the course introduces the student to the structure and functions of biomolecules of biological interest. Proteins: structure and functions. Myoglobin, hemoglobin and oxygen transport. Enzymes and enzyme kinetics. Cofactors and coenzymes used in metabolic reactions. Vitamins: origin, structure, mechanism of action. Biochemistry of the endocrine system and structural and functional classification of hormones, nuclear and membrane receptors. The signal transduction pathways. During the second semester the study of energy metabolism and its regulation will be addressed. Bioenergetics and biological oxidation. Glycolysis and the metabolic fate of pyruvate. Glycogen metabolism. Gluconeogenesis. Blood glucose control. Exosomonophosphate shunt. Krebs cycle and its amphibolic role. Oxidative phosphorylation. Fatty acid and lipid metabolism. Ketogenesis. Cholesterol metabolism. Lipid transport and plasma lipoproteins. Metabolic fate of ammonia. Urea cycle. Synthesis and catabolism of the heme group, bile pigments. Biosynthesis of nitrogenous bases and nucleotides. Role of hormones in the metabolism. Molecular approaches to the main human pathologies.
    At the end of the course, the students must have learned the structure and function of the most important biomolecules and will also need to know the main metabolic pathways and their regulation

    Textbook and course materials

    T. M. Devlin BIOCHIMICA con aspetti clinici Casa Editrice EdiSES
    D.L. Nelson, M.M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER Casa editrice Zanichelli
    Voet D., Voet J.G, Pratt. C.W. FONDAMENTI DI BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli
    Campbell / Farrell BIOCHIMICA Casa editrice EdiSES
    J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli
    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

    Course objectives

    The Biochemistry course aims to provide medical students with the chemical and biological bases necessary for understanding the relationship between structure and function of the main classes of biomolecules; the regulation at the molecular and cellular level of the main metabolic pathways; the metabolic relationships between various tissues and organs; the mechanisms of metabolic energy production; the structure and function of hormones; the endocrine regulation of the metabolic functions of the organism; the metabolic coordination and the biochemical correlations between organs and tissues in normal and pathological conditions. The course also aims to provide the student with the methodology for studying the biochemical and molecular bases of the main pathologies

    Prerequisites

    In order to attend proficiently the course of BIOCHEMISTRY the students will need to have aquired a well-established background in Biology and Molecular Biology, Physics, Chemistry and Propaedeutic Biochemistry, as specifically indicated by The Council of the Medicine and Surgery School.

    Teaching methods

    The course will be carried out with lectures by presenting slides in Power point or other computer equipment. Teachers will be available throughout the course to provide explanations on the topics covered during the lessons and to support students during their training

    Course Syllabus

    The biological functions of proteins. Peptides with biological activity Levels of structural organization of proteins. Fibrous proteins and globular proteins. Primary structure. Secondary structure. Tertiary structure. Quaternary structure.
    Collagen: amino acid composition and triple helix structure of the tropocollagen. Synthesis and maturation stages of collagen. The main collagen diseases.
    Proteins that carry oxygen; myoglobin and hemoglobin. Three-dimensional structure of the two molecules. Saturation curve of myoglobin and hemoglobin. Factors that influence the affinity of hemoglobin for oxygen. The Bohr effect. CO2 blood transport. Diphosphoglycerate. Haemoglobinopathies.
    Enzymes. Activation energy and catalyst action. Catalytic power, specificity and regulation of enzymes. The graph of Michaelis-Menten. Parameters of enzymatic kinetics: Vmax and Km. The Lineweaver-Burk graph. Competitive and non-competitive enzymatic inhibition. Enzymatic regulation: allosterism and covalent modification. Activation of zymogens. Isozymes. Water-soluble vitamins and their role as coenzymes.
    Carbohydrates: classification and chemical structure. Reducing and non-reducing disaccharides. Oligosaccharides: glycoproteins and glycolipids. Vegetable homopolysaccharides: starch and cellulose. Glycogen: presence and physiological role in various tissues. Glycosaminoglycans and proteoglycans.
    Lipids: classification and chemical structure. Saturated and unsaturated fatty acids. Essential fatty acids. Reserve lipids and membrane lipids. Triacylglycerols, glycerophospholipids and sphingolipids. Sterols: cholesterol and its derivatives. Eicosanoids. Fat-soluble vitamins A, D, E and K.
    Hormones: structure, classification and outline of biosynthesis. Biochemical aspects of the molecular mechanisms of hormone action.
    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.
    Digestion and absorption of carbohydrates. Lactose intolerance. Glycolysis: stages, regulation, energy balance. Aerobic glycolysis and anaerobia. The isoenzymes of lactic dehydrogenase. The metabolism of fructose and galactose.
    Oxidative decarboxylation of pyruvate and its conversion to acetyl-CoA. Pyruvate dehydrogenase complex: its action and regulation.
    The citric acid cycle: reactions, regulation, energy balance. Functions of the Krebs cycle and its interrelation with other metabolic pathways. Anaplerotic reactions.
    The respiratory chain. Electron transport and oxidative phosphorylation. The chemo-osmotic theory. Inhibition and decoupling of oxidative phosphorylation. Shuttle systems for mitochondria transport of reducing equivalents from cytosolic NADH.
    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: reactions, regulation, energy balance. Mutual regulation of glycolysis and gluconeogenesis. The Cori cycle. The glucose-alanine cycle.
    The pentose phosphate cycle: reactions, energy balance. Erythrocyte deficiency of glucose-6-phosphate dehydrogenase. Role of glutathione.
    Digestion and absorption of lipids. Plasma lipoproteins. Catabolism of triacylglycerols and phospholipids. Cholesterol biosynthesis: reactions and regulation. Bile salts. Beta oxidation of saturated and unsaturated fatty acids. Formation and use of ketone bodies. Biosynthesis of fatty acids: reactions, regulation, energy balance. Fatty acid elongation and desaturation reactions. Biosynthesis of triacylglycerols and phospholipids.
    Protein digestion. High and low biological value proteins: essential and non-essential amino acids. Activation of gastric and pancreatic zymogens and action of active enzymes. Absorption of amino acids: the amino acid pool. Metabolic fate of the amino acid group: glutamine synthetase, transaminases and glutamic dehydrogenase. Forms of excretion of protein nitrogen. Urea cycle: reactions, regulation, energy balance. Genetic defects of the urea cycle. Fate of the carbon skeleton: glucogenic and ketogenic amino acids. S-Adenosylmethionine, transulfuration pathway, role of THF, B6 and B12; Glycine/Cysteine syntesys. Folic acid or B9 or B12 deficiency as risk factor for human disease.
    Biosynthesis and catabolism of heme: reactions, regulation, energy balance. Bile pigments.
    Biosynthesis and catabolism of purine and pyrimidine nucleotides; reactions, regulation, energy balance.

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