Lo studente dovrà avere conoscenze di chimica generale e organica

• Le molecole della vita: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi: cellulosa, amido, glicogeno; gli amminoacidi quali elementi costitutivi delle proteine
• I lipidi di accumulo e i lipidi di membrana;le basi puriniche e pirimidiniche quali elementi costitutivi degli acidi nucleici; i nucleotidi e i desossi nucleotidi; ATP quale molecola di scambio energetico; la strategia di attivazione delle molecole; esempio: la sintesi della glutammica
• Formazione ed utilizzo dell'UDPG quale esempio di attivazione delle molecole; i cofattori piridinici ossido-riduttivi: le coppie NAD+/NADH e NADP+/NADPH; trasferimento dell'energia di un processo ossidativo:esempio della coppia enzimatica gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi e della 3-fosfoglicerato chinasi; il FAD; il coenzima A; la struttura di alcune vitamine e loro derivati metabolici
• Funzioni biologiche delle proteine; gli alfa-amminoacidi; stato di ionizzazione e punto isoelettrico degli AA; gli L-AA quali costituenti delle proteine; nomenclatura per definire un peptide; punto isoelettrico di una proteina; elettroforesi/fo-calizzazione isoelettrica delle proteine;
• Struttura primaria delle proteine; esempio del citocromo C; gli amminoacidi essenziali; il legame peptidico; la planarità del legame peptidico; gli angoli di rotazione C(alfa)-C e C(alfa)-N; il grafico di Ramachandra; la struttura secondaria delle proteine; l'alfa elica destrorsa;
• La chiralità acquisita nel riarrangiamento secondario; la struttura a foglietti beta; strutture parallele ed antiparallele; stabilizzazione dei foglietti beta: la fibroina della seta;
• Strutture supersecondarie e domini strutturali; la stuttura terziaria delle proteine; interazioni elettrostatiche; forze di Van der Waals; legami a idrogeno nelle proteine Le forze idrofobiche; i ponti disolfuro; l'esperimento di Anfinsen; il processo di "folding" delle proteine
• Gli Chaperone molecolari; la proteina disolfuro isomerasi. La struttura quaternaria delle proteine; le proteine fibrose; il collagene; modifiche post traduzionali degli amminoacidi: idrossi prolina; allisina; legami stabilizzanti le fibre di collagene;Il processo di sintesi e maturazione del collagene; l'elastina; le alfa cheratine
• Gli enzimi: generalità sull'importanza della catalisi enzimatica e sulla sua regolabilità, la classificazione degli enzimi; la cinetica e la termodinamica nelle reazioni chimiche; energia di attivazione; lo stato di transizione; definizione di velocità di reazione: velocità media e velocità puntuale di una reazione chimica;
• Il sito attivo degli enzimi; modello statico e sito indotto; meccanismi di reazione a due substrati;l'energetica di una reazione enzimatica;
• Fattori che influiscono sulla catalisi; la catalisi acido base; catalisi da metalli;l'importanza nella catalisi enzimatica della azione concertata dei gruppifunzionali; l'anidrasi carbonica; la catalisi covalente nucleofila; la saccarosio fosforilasi; Il meccanismo d'azione delle proteasi a serina: la chimotripsina;
• Catalisi elettrofila per formazione di basi di schiff; l'acetoacetato decarbossilasi; le transaminasi; Il pridossal fosfato; il meccanismo d'azione delle transaminasi; Introduzione alla cinetica enzimatica; enzimi Michaeliani;
• Analisi del meccanismo di reazione all'equilibrio;analisi del meccanismo di reazione allo stato stazionario; i parametri cinetici Vmax e Km: definizione e significato; determinazione per via grafica dei parametri cinetici Vmax e Km; La costante di specificità; la perfezione catalitica;
• Inibizione degli enzimi; inibizione reversibile ed irreversibile; inibizione competitiva; inibizione di tipo puramente non competitivo; inibizione di tipo misto; inibizione di tipo incompetitivo;
• Effetto del pH sull'attività enzimatica. Organizzazione strutturale degli enzimi; gli enzimi allosterici; il concetto di cooperatività positiva e negativa;
• l numero di Hill; modelli che spiegano fenomeni di cooperatività:modello sequenziale; modello simmetrico;
• Regolazione retroattiva delle vie metaboliche; regolazione degli enzimi per modifica covalente; modifiche covalenti cui vanno incontro le proteine; le cascate enzimatiche; cascate enzimatiche irreversibili (unidirezionali), attivazione degli zimogeni, la coagulazione del sangue;
• Le cascate reversibili (cicliche); le cascate monocicliche; i vantaggi offerti dalle cascate enzimatiche nella regolazione degli enzimi; ampiezza della modifica; il concetto di segnale di amplificazione, flessibilità e ultrasensibilità nelle cascate; il consumo energetico connesso alle cascate enzimatiche.
• Relazione fra struttura e funzione delle proteine; la funzione della mioglobina e dell'emoglobina; caratteristiche generali della mioglobina; l'interazione non covalente tra gruppo eme e mioglobina; il gruppo eme e la coordinazione del Fe(II); Il ruolo della istidina prossimale (F8); L'istidina distale (E7); il tetramero emoglobina; diverse forme di emoglobina (HbA, HbA2, HbF); Richiamo dei principi generali di assorbimento della radiazione elettromagnetica; origine della la legge di Lambert e Beer;
• Amminoacidi essenziali; mioglobina ed emoglobina a confronto; equilibrio di ossigenazione della mioglobina; L'emoglobina è una proteina allosterica; Il modello simmetrico e quello sequenziale applicati all'emoglobina; effetto del pH; effetto della anidride carbonica sull'emoglobina; effetto Bohr; il sito di interazione del 2,3-difosfoglicerato nell'emoglobina e suo effetto sul processo di ossigenazione; EmoglobinaS e l'anemia a cellule falciformi;
• Introduzione al metabolismo. Catabolismo e anabolismo. Ruoli di NAD e NADP. ATP e altri composti fosforilati. Reazioni della glicolisi da glucosio a gliceraldeide-3-fosfato. Meccanismo della reazione catalizzata da aldolasi.
• Meccanismo delle reazioni catalizzate da gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi. Fermentazione lattica e alcolica. Alimentazione glicolisi con fruttosio e galattosio
• Le reazioni della gluconeogenesi. Piruvato carbossilasi: ruolo della biotina. Fruttosio bisfosfatasi-1 e glucosio-6-fosfatasi: localizzazione. Ciclo di Cori. Esochinasi I e glucochinasi: regolazione. Regolazione di PFK-1 e FBPasi-1. Piruvato chinasi: regolazione allosterica e modificazione covalente (isoenzima fegato).
• Effetto ormoni su metabolismo glucosio. Proteine Gs e cAMP. PKA. Fruttosio 2,6 BP ed enzima bifunzionale
• La degradazione del glicogeno: glicogeno fosforilasi e enzima deramificante. La sintesi del glicogeno: sintesi di UDPG, glicogeno sintasi, glicogenina, enzima ramificante. Regolazione allosterica di glicogeno fosforilasi. Regolazione covalente di glicogeno fosforilasi e fosforilasi chinasi. Funzione di calmodulina. Regolazione mediante fosforilazione multipla di glicogeno sintasi. Regolazione di fosfoproteina fosfatasi: inibitore 1
• Regolazione di fosfoproteina fostatasi-1 da parte di subunità G. Effetto di insulina e glucagone (adrenalina). Effetto allosterico del glucosio su glicogeno fosforilasi del fegato: meccanismo. Insulina: recettore con attività tirosina chinasica.
• Effetto di insulina su metabolismo glicogeno e trasporto glucosio. Un esempio di controllo trascrizionale da parte di insulina: FOXO1. La fase ossidativa della via dei pentoso fosfati. La fase non ossidativa: transchetolasi e transaldolasi. Flessibilità della via metabolica. Xilulosio-5-fosfato: un regolatore del metabolismo del glucosio e dei grassi. Glutatione e NADPH. Deficienza di glucosio-6-P deidrogenasi.
• Formazione di acetil-CoA da piruvato: il complesso della piruvato deidrogenasi. Meccanismo della reazione catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi: funzioni di TPP, lipoammide, CoA-SH, NAD e FAD. Le reazioni del ciclo di Krebs.
• Aconitasi: un enzima asimmetrico. Modulazione allosterica e covalente della piruvato deidrogenasi. Regolazione di citrato sintasi, isocitrato deidrogenasi e alfa-chetoglutarato deidrogenasi. Natura anfibolica del ciclo di Krebs. Reazioni anaplerotiche: piruvato carbossilasi. Potenziale di riduzione e variazione di energia libera. Complesso I della catena di trasporto degli elettroni: FMN, centri Fe-S. Coenzima Q. Complesso II: succinato deidrogenasi.
• Complesso III: ciclo del CoQ. Complesso IV: da cit c a Ossigeno. Il modello chemioosmotico di Mitchell. F0F1 ATPAsi: composizione. Unità rotatoria e unità statica. Ipotesi della modificazione del legame.
• Catalisi rotazionale. Traslocasi dei nucleotidi adenilici e del fosfato. Controllo della fosforilazione ossidativa da parte dell'accettore di fosfato. Sistema navetta del malato/aspartato e del glicerolo-3-fosfato. Bilancio produzione ATP per completa ossidazione glucosio. Gli acidi grassi saturi e insaturi. Cenni sulla nomenclatura. Esempi di glicerofosfolipidi
• I trigliceridi. Le lipasi ormono-sensibili. Acil-CoA sintetasi. Trasporto Acil-CoA nel mitocondrio tramite carnitina. Beta-ossidazione acidi grassi saturi. Bilancio ATP per completa ossidazione acido palmitico. Beta-ossidazione acidi grassi insaturi. Formazione e utilizzazione dei corpi chetonici. Acetil-CoA carbossilasi. Acido grasso sintasi. Proteina ACP. Formazione del palmitato.
• Esportazione Acetil-Coa dal mitocondrio al citosol tramite citrato. Enzima malico. Regolazione della beta-ossidazione tramite malonil-CoA. Regolazione ormonale della sintesi e degradazione degli acidi grassi. Acetil-CoA carbossilasi: modulazione da PKA e AMPK. Cenni su allungamento e desaturazione acidi grassi e sintesi trigliceridi. Acidi grassi essenziali. Degradazione amminoacidi. Ruolo delle transaminasi. Glutammato deidrogenasi. Ciclo glucosio-alanina. Ciclo dell'urea. Legame tra ciclo dell'urea e ciclo di Krebs. Cenni sulla degradazione dello scheletro carbonioso degli amminoacidi: amminoacidi glucogenici e chetogenici. Cenni sulla sintesi di amminoacidi non essenziali.

ISBN 9788808064035 David L Nelson, Michael M Cox I principi di biochimica di Lehninger Quinta edizione – 2010 Zanichelli or/and ISBN 978880817544-1 Donald Voet, Judith G Voet, Charlotte W Pratt Fondamenti di biochimica terza edizione -2007 - Zanichelli or/and ISBN 9788808198730 Jeremy Berg, John Tiymoczko, Lubert Stryer Biochimica Settima edizione 2012 Zanichelli Recommended reading includes: ISBN 978 88 7959 705 0 Umberto Mura Enzimi in azione:fondamenti di cinetica e regolazione delle reazioni enzimatiche Prima edizione -2012 - EDISES srl – Napoli

Materiale didattico reperibile nel sito https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=2864

L'esame è composto da una prova orale, preceduta da un test scritto

La prova non è superata se il candidato mostra di non conoscere le formule di strutture di composti fondamentali, di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta, oppure non risponde correttamente a domande corrispondenti alla parte piú basilare del corso.

Non sono previste prove intermedie