ECTS - University of Pisa
Lo studente che avrà completato il corso con successo avrà acquisito conoscenze sui principi fondamentali che guidano organizzazione e funzioni cellulari. Avrà acquisito conoscenze in merito alle nozioni di base di chimica e biochimica, con particolare riguardo alla struttura e funzione delle principali biomolecole ed all'organizzazione e regolazione delle principali vie metaboliche, oltre che riguardo alla genetica molecolare, ai meccanismi di base dell'espressione genica ed alla regolazione del ciclo cellulare.
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate knowledge of fundamental principles that guide cellular organization and function. He or she will be also able to demonstrate a solid knowledge of molecular genetics, basic mechanisms of gene expression as well as cell cycle regulation. The students will also be able to demonstrate an understanding of nomenclature, stoichiometry, and other fundamental chemical and biochemical notions, including the knowledge of the structure and function of major biomolecules, organization and regulation of metabolic pathways.
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate knowledge of fundamental principles that guide cellular organization and function. He or she will be also able to demonstrate a solid knowledge of molecular genetics, basic mechanisms of gene expression as well as cell cycle regulation. The students will also be able to demonstrate an understanding of nomenclature, stoichiometry, and other fundamental chemical and biochemical notions, including the knowledge of the structure and function of major biomolecules, organization and regulation of metabolic pathways.
Esame scritto finale (2 ore, 4-5 domande aperte per ciascuna materia) mediante il quale lo studente dovrà dimostrare di avere adeguate conoscenze sui principali argomenti del corso, presentandoli con terminologia appropriata.
During the written exam (2 hours, 12-15 questions) the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course topics and be able to discuss the main course contents using the appropriate terminology.
During the written exam (2 hours, 8-10 questions) the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course topics and be able to discuss the main course contents using the appropriate terminology.
Methods:
Al termine del corso, lo studente sarà capace di capire e possibilmente analizzare criticamente argomenti che riguardano i processi biochimici e di biologia cellulare.
At the end of the course, the student will be able to understand and possibly critically analyze topics related to biochemical processes and cellular biology.
Durante le ore di lezione ed al termine del corso saranno svolti tests per verificare l'acquisizione delle capacità.
During the lessons and at the end of the course tests will be carried out to verify the acquisition of skills.
Lo studente potrà acquisire spirito analitico riguardo ai processi biochimici ed alla loro correlazione e riguardo ai processi di biologia cellulare.
The student can acquire analytical spirit about biochemical and cellular biology processes.
Nel test finale sarà verificato non solo l'apprendimento, ma anche lo spirito analitico e critico riguardo agli argomenti affrontati nel corso.
In the final test will be verified the learning as well as the analytical and critical spirit about the topics discussed in the course.
Conoscenze di base di chimica e biologia acquisite durante il percorso scolastico della scuola secondaria di secondo grado.
Basic knowledge about general chemistry and cell biology, acquired by the student during his/her secondary school education.
Frequenza alle lezioni (obbligatoria)
Partecipazioni alle discussioni ed alle esercitazioni in aula
Studio individuale
Delivery: face to face
Attendance: Mandatory
Learning activities:
Teaching methods:
CHIMICA
Stati di aggregazione della materia. Teoria atomica. Tavola periodica degli elementi. I legami chimici (covalente puro, covalente polare, dativo, ionico, legame a idrogeno, forze di Van der Waals). Concetto di valenza e di numero di ossidazione. Nomenclatura (ossidi, anidridi, idrossidi, ossiacidi, idracidi, idruri, sali). Le soluzioni. Modalità per esprimere la concentrazione di una soluzione (Molarità, osmolarità, frazione molare, percentuale p/v e v/v). La legge di Henry e l'embolia gassosa. Le proprietà colligative, La pressione osmotica. Acidi e basi. Il pH. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti. Soluzioni tampone. Indicatori di pH. Elementi di chimica organica (alcani, alcoli, aldeidi e chetoni, acidi carbossilici, ammine).
BIOCHIMICA
Struttura e classificazione degli amminoacidi. Gli amminoacidi essenziali. Le proteine (struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria). Proteine semplici e coniugate. Gli enzimi (nomenclatura, meccanismo d'azione, cinetica enzimatica, la Km, inibizione enzimatica). Gli enzimi allosterici. Coenzimi e vitamine. Struttura di Emoglobina (Hb) e Mioglobina (Mb). Curve di saturazione di Hb e Mb con l'ossigeno. Effettori allosterici dell'emoglobina. Effetto Bohr. I glicidi. La glicolisi: significato, punti di regolazione, resa energetica in aerobiosi ed anaerobiosi . Ciclo di Krebs: significato, regolazione e resa energetica. Catena respiratoria e Fosforilazione ossidativa. Metabolismo degli amminoacidi: reazioni di transamminazione e deaminazione ossidativa. Destino metabolico dell'ammoniaca. Ciclo dell'urea. Il glicogeno: struttura, sintesi e degradazione. I lipidi. La Beta ossidazione. La sintesi dei corpi chetonici. La gluconeogenesi. La via dei pentosi. Gli ormoni.
BIOLOGIA
Le principali tappe di storia della biologia: la teoria cellulare, l'evoluzione biologica, ipotesi sull'origine della vita. Proprietà fondamentali dei viventi. La cellula procariotica ed eucariotica a confronto. L'origine evolutiva degli eucarioti. Caratteristiche generali dei virus. I virus dei batteri; il ciclo litico ed il ciclo lisogeno. aspetti di interesse biologico inerenti alla pandemia in corso da sars-CoV-2. Principali strutture e funzioni di carboidrati, lipidi, acidi nucleici e proteine. Composizione, struttura e funzione della membrana biologica. Il doppio strato lipidico, le proteine di membrana. Il ruolo dei carboidrati. Principi e meccanismi del trasporto di membrana. Il trasporto passivo: diffusione semplice, diffusione facilitata. Il trasporto attivo primario e secondario. Processo di esocitosi, endocitosi ed endocitosi mediata da recettori. La compartimentazione eucariotica. Organizzazione strutturale e funzionale dell'involucro nucleare, i pori nucleari, meccanismo di importazione ed esportazione nucleare. I ribosomi: struttura, funzione e localizzazione. Il sistema di endomembrane: reticolo endoplasmatico ruvido e liscio, l'apparato di Golgi, i lisosomi. Significato biologico dell'autofagia. I perossisomi. Il mitocondrio. Composizione struttura e funzione dei tre tipi di filamenti proteici del citoscheletro. Cenni di comunicazione cellulare. Le principali fasi della trasduzione del segnale. Canali ionici ad apertura controllata, recettore ad attività proteinchinasica e recettore associato a proteina G. Divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti. Il ciclo cellulare ed i suoi meccanismi di controllo. Mitosi e meiosi. Organizzazione della cromatina e principali caratteristiche dei cromosomi. Il cariotipo umano. Cenni sul processo apototico e necrotico. La genetica mendeliana. Le basi cromosomiche dell'ereditarietà. Eccezioni all'ereditarietà mendeliana. Dominanza incompleta, codominanza, multiallelismo, epistasi, geni associati. Ereditarietà legata al sesso. Il DNA e il suo ruolo nell'ereditarietà. Il processo di replicazione del DNA. Meccanismi di riparazione del DNA. Cenni su telomeri e telomerasi. Il flusso dell'informazione genetica. I tre tipi di RNA. Il processo della trascrizione, maturazione dell'RNA messaggero e il processo di splicing. Il codice genetico e le sue caratteristiche. Il meccanismo della traduzione. Aspetti post-traduzionali della sintesi proteica. Mutazioni geniche o puntiformi. Mutazioni cromosomiche numeriche e strutturali. Effetti fenotipici delle mutazioni. Mutazioni indotte e spontanee. La regolazione dell'espressione genica nei procarioti, la regolazione negativa e positiva. L'interazione operatore-repressore nel controllo trascrizionale (operone lac e trp).
CHEMISTRY
States of aggregation of matter. Atomic theory. Periodic table of the elements. The chemical bonds (pure covalent, polar covalent, dative, ionic, hydrogen bond, Van der Waals forces). Valence and oxidation number concept. Nomenclature (oxides, anhydrides, hydroxides, oxyacids, hydracids, hydrides, salts). The solutions. Method for expressing the concentration of a solution (Molarity, osmolarity, molar fraction, percentage p / v and v / v). Henry's law and gas embolism. Colligative properties, Osmotic pressure. Acids and bases. The pH. Calculation of the pH of solutions of strong acids and bases. Buffer solutions. PH indicators. Elements of organic chemistry (alkanes, alcohols, aldehydes and ketones, carboxylic acids, amines).
BIOCHEMISTRY
Structure and classification of amino acids. The essential amino acids. Proteins (primary, secondary, tertiary and quaternary structure). Simple and conjugated proteins. Enzymes (nomenclature, mechanism of action, enzymatic kinetics, Km, enzymatic inhibition). Allosteric enzymes. Coenzymes and vitamins. Structure of Hemoglobin (Hb) and Myoglobin (Mb). Saturation curves of Hb and Mb with oxygen. Allosteric effectors of hemoglobin. Bohr effect. Glycids. Glycolysis: meaning, regulation points, energy yield in aerobiosis and anaerobiosis. Krebs cycle: meaning, regulation and energy yield. Respiratory chain and oxidative phosphorylation. Amino acid metabolism: transamination and oxidative deamination reactions. Metabolic fate of ammonia. Urea cycle. Glycogen: structure, synthesis and degradation. Lipids. Beta oxidation. The synthesis of ketone bodies. Gluconeogenesis. The way of the pentosi. Hormones.
BIOLOGY
The main stages of the history of biology: cell theory, biological evolution, hypotheses on the origin of life. Fundamental properties of the living. The prokaryotic and eukaryotic cell in comparison. The evolutionary origin of eukaryotes. General characteristics of viruses. Bacterial viruses; the lytic cycle and the lysogenic cycle. Notes on biological macromolecules. Main structures and functions of carbohydrates, lipids, nucleic acids and proteins. Composition, structure and function of the biological membrane. The lipid bilayer, the membrane proteins. The role of carbohydrates. Principles and mechanisms of membrane transport. Passive transport: simple diffusion, facilitated diffusion. Active primary and secondary transport. Process of exocytosis, endocytosis and receptor-mediated endocytosis. Eukaryotic partitioning. Structural and functional organization of the nuclear envelope, the nuclear pores, nuclear import and export mechanism. Ribosomes: structure, function and localization. The endomembrane system: rough and smooth endoplasmic reticulum, the Golgi apparatus, the lysosomes. Biological meaning of autophagy. Peroxisomes. The mitochondrion. Composition, structure and function of the three types of protein filaments of the cytoskeleton. Elements of cellular communication. The main stages of signal transduction. Ion channels with controlled opening, receptor with protein kinase activity and receptor associated with protein G. Cell division in prokaryotes and eukaryotes. The cell cycle and its control mechanisms. Mitosis and meiosis. Chromatin organization and main chromosome characteristics. The human karyotype. Notes on the apototic and necrotic process. Mendelian genetics. The chromosomal basis of heredity. Exceptions to Mendelian inheritance. Incomplete dominance, codominance, multiallelism, epistasis, associated genes. Sex-linked inheritance. DNA and its role in inheritance. The DNA replication process. DNA repair mechanisms. Notes on telomeres and telomerase. The flow of genetic information. The three types of RNA. The transcription process, messenger RNA maturation and the splicing process. The genetic code and its characteristics. The mechanism of translation. Post-translational aspects of protein synthesis. Gene or point mutations. Numerical and structural chromosomal mutations. Phenotypic effects of mutations. Induced and spontaneous mutations. The regulation of gene expression in prokaryotes, the negative and positive regulation. The operator-repressor interaction in the transcriptional control (lac and trp operon). The main deactivation mechanisms of a protein.
TESTI CONSIGLIATI di CHIMICA e BIOCHIMICA
Stefani & Taddei, Chimica, biochimica e biologia applicata. Ed. Zanichelli.
Ferrier D.R., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli.
Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli.
TESTI CONSIGLIATI di BIOLOGIA
David Sadava, et al. "Elementi di Biologia e Genetica" ZANICHELLI
E. P. Solomon, et al. "Elementi di Biologia" VII edizione, 2017 EDISES
RECOMMENDED TEXTS on CHEMISTRY and BIOCHEMISTRY
Stefani & Taddei, Chemistry, biochemistry and applied biology. Ed. Zanichelli.
Bertoldi, Colombo et al., Chemistry and Biochemistry, EdiSES
Nelson & Cox, Introduction to the biochemistry of Lehninger, Ed. Zanichelli.
RECOMMENDED TEXTS on BIOLOGY
David Sadava, et al. "Elements of Biology and Genetics" Fourth Italian edition, 2014 ZANICHELLI
R. Roberti, et al. "Biochemistry and Biology for Healthcare Professions" MC GRAW HILL Education
E. P. Solomon, et al. "Elements of Biology" VII edition, 2017 EDISES
A CAUSA DELL'EMERGENZA SANITARIA IN CORSO (covid-19) L'ESAME SARà ORALE IN MODALITà TELEMATICA. Non appena cambieranno le disposizioni di Legge, sarà ripristinata la modalità scritta in presenza con risposte brevi a quesiti di biologia e biochimica ed esecizi di chimica.
Ongoing written test, final written exam.
