CdSSCIENZE AGRARIE
Codice016GG
CFU6
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| BIOCHIMICA AGRARIA | AGR/13 | LEZIONI | 64 |
|
Al termine del corso:
- lo studente avrà acquisito le conoscenze necessarie per comprendere il contesto fisico, chimico e biologico in cui si inquadrano le molecole organiche, le reazioni e le vie metaboliche, ponendo particolare attenzione a dare rilievo alle relazioni tra struttura e funzione delle principali classi di macromolecole ed alla regolazione metabolica a livello molecolare e cellulare
- lo studente comprenderà i rapporti struttura-funzione delle principali molecole biologiche ed i meccanismi biochimici chiave che regolano le principali funzionalità metaboliche
The course is aimed to understand the physical, chemical and biological context of the organic molecules, the organic reactions and the metabolic pathways, with particular attention to the relation between structure and function of the major classes of biopolimers and to the metabolic regulation at molecular and cellular level. The course provides notions on the structure and function carbohydrates, lipids, protein and nucleotides, the principles of enzymes and enzyme kinetics, bioenergetics, metabolic processes and their control All students should have further in-depth knowledge of several areas related to their chosen discipline: cell biology, organic and inorganic chemistry. All students will have experience in biochemistry laboratory techniques.
Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte delle prove in itinere utilizzando test, ma anche incontri tra il docente e gli studenti che si svolgeranno con lezioni di accertamento finalizzate alla valutazione delle conoscenze acquisite. Nello specifico:
- conoscenza della termodinamica e della cinteica enzimatica delle reazioni cataboliche ed anaboliche che avvengono nella cellula
- conoscenza delle principali vie biochimiche anaboliche e cataboliche connesse con i carboidrati, i lipidi e gli aminoacidi
- compreso i processi metabolici che avvengono nella cellula e le interconnessioni esistenti
- conoscenza del meccanismo di assimilazione degli elementi nutritivi con particolare riferimento all'azoto
For the assessment of the knowledges ongoing written tests will be carried out, besides meetings between the teacher and the students by means of lessons aimed at evaluating the gained information. In particular:
- knowledge of bioenergetics and enzymatic kinetics of the cellular catabolic and anabolic reactions;
- knowledge of the main anabolic and catabolic pathways involved in the metabolism of carbohydrates, lipids and amino acids;
- understanding of the cellular metabolic processes and their relationships;
- knowledge of the assimilation mechanism of the mineral elements with particular reference to nitrogen.
Al termine del corso:
- lo studente avrà acquisito non solo competenze e conoscenze adeguate al conseguimento dell'esame, ma soprattutto stimoli, capacità e metodi di apprendimento adeguati per l'aggiornamento e l'innalzamento continuo delle proprie competenze nell'ambito della biochimica agraria
- lo studente avrà acquisito la conoscenza dei processi anabolici e catabolici che avvengono nella cellula e le interconnessioni tra questi processi nonchè le leggi che regolano i processi chimici nella cellula
At the end of the course:
- the student will acquire not only skills and knowledges for passing the examination, but especially stimuli, ability and learning methods suitable for the upgrading and continuous promotion of skills in the plant biochemistry field;
- the student will acquire the knowledge of the main cellular anabolic and catabolic processes and the interconnections among them, besides the knowledge of the laws which regulate the chemical reactions in the cell.
Durante lo svolgimento del corso vengono effettuate lezioni di accertamento durante le quali lo studente dovrà dimostrare di:
- avere acquisito le capacità di svolgere esercizi di termodinamica nonchè di cinetica enzimatica
- avere acquisito la capacità di interconnettere tra loro i processi metabolici che avvengono nella cellula
During the course assessment lessons will be carried out, during which the student must prove:
- to have acquired the ability to solve exercises related to bioenergetics and enzymatic kinetics;
- to have acquired the ability to interconnect among them the metabolic processes occurring in the cell.
Alla fine del corso lo studente potrà acquisire e/o sviluppare:
- la capacità di utilizzare gli strumenti di base di un laboratorio di Biochimica
- la capacità di risolvere un problema di termodinamica di un processo
- affrontare le tematiche relative al metabolismo cellulare
At the end of the course the student will acquire and/or develop:
- the ability to use the basic instruments and tools of a biochemical laboratory;
- the ability to solve a thermodynamic problem related to a metabolic process;
- the ability to address the issues related to the cell metabolism.
La verifica dei comportamenti sarà effettuata:
durante le esercitazioni numeriche e/o di laboratorio in cui si valuterà il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte
durante le esercitazioni di accertamento finalizzate a valutare il comportamento dello studente di fronte alle problematiche poste dal docente
The behaviour verification will be carried out:
- during numerical and/or laboratory practice exercises in which the degree of accuracy and precision of the activities will be evaluated;
- during the assessment exercises aimed at evaluating the student’s behaviour in response to the problems posed by the teacher.
Per affrontare l'insegnamento di Biochimica Agraria sono necessarie le conoscenze iniziali di:
- chimica generale e nello specifico, i legami chimici, la termodinamica, la cinetica chimica nonchè le proprietà delle soluzioni acquose
- chimica organica per la struttura delle molecole organiche e delle principali reazioni organiche
- la struttura della cellula
The Biochemistry course requires initial knowledges concerning:
- general chemistry, in particular chemical bonds, thermodynamics, redox reactions, electrochemistry and aqueous solution properties;
- organic chemistry for what concerns organic molecule structure, main functional groups and chemical reactions;
- the structure of the cell.
- le lezioni frontali si svolgono con l'ausilio di slides mentre quelle in laboratorio vengono effettuate in un laboratorio didattico predisposto ed attrezzato per svolgere esercitazioni di Biochimica
- le esercitazioni svolte nel laboratorio delle Chimiche dl DiSAAA-a vengono effettuate in gruppi di studenti
- viene utilizzato il sito E-learning del CdS dove viene fornito il materiale didattico utilizzato nelle lezioni frontali ma anche per comunicazioni di qualsiasi tipo con gli studenti
- l'interazioni tra docente e studenti avviene anche mediante ricevimenti, posta elettronica e mediante gli studenti consiglieri
- sono presenti prove intermedie
- lectures are held with the help of slides, whereas those in the laboratory are carried out in a teaching laboratory designed and equipped for chemical practices exercises;
- the laboratory practice exercises are carried out in the Lab of Chemistry of the DAFE in groups of students;
- the E-learnig site of the study course provides the teaching material used during lectures and disseminates information to students;
- the interaction between teacher and students takes also place through meetings, e-mail and counselling students;
- intermediate written test are present.
- RICHIAMI. Definizione di Biochimica e richiami riguardanti la struttura della cellula degli organismi procarioti ed eucarioti. Richiami sulla struttura chimica delle principali classi di molecole organiche (Carboidrati, Amminoacidi, Acidi Grassi ed Acidi Nucleici). Struttura e funzionalità delle membrane cellulari.
- RICHIAMI DI BIOENERGETICA. Dopo avere ripreso i concetti fondamentali relativi alle leggi della termodinamica verranno approfonditi i seguenti argomenti: energia libera, energia libera e costante di equilibrio delle reazioni chimiche, potenziale redox ed energia libera. Conversione dell’energia nelle membrane e termodinamica dei composti contenenti fosfato. Componenti delle catene di trasporto elettronico nei mitocondri e nei cloroplasti. Reazioni di trasferimento dei gruppo fosforico. Sintesi dell’ATP. Gradiente protonico elettrochimico di membrana.
- ELEMENTI DI ENZIMOLOGIA. Classificazione degli enzimi. Modi di azione degli enzimi, loro funzioni e fattori che agiscono sulla loro attività catalitica. Fattori che interferiscono con la velocità delle reazioni enzimatiche: concentrazione dell’enzima e del substrato (ordine delle reazioni, teoria di Michaelis-Menten), temperatura, pH, presenza di inibitori (inibitori reversibili ed irreversibili). Coenzimi [NAD(P)/NAD(P)H, FAD/FADH2, Coenzima A, ATP)].
- RESPIRAZIONE. Introduzione al metabolismo cellulare (anabolismo e catabolismo). La glicolisi e la fermentazione. Complesso miticondriale della piruvato deidrogenasi. Struttura del mitocondrio. Il ciclo del citrato o ciclo TCA. La catena respiratoria: i diversi complessi, il trasporto elettronico e la sintesi di ATP. Ruolo dell’ossigeno nella respirazione. Resa energetica del metabolismo ossidativo. Stress ossidativo: radicali liberi, reazioni di Fenton e di Haber-Weiss, perossidazione lipidica e danni alle membrane biologiche.
- CATABOLISMO DEI LIPIDI E OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI. La scissione dei trigliceridi: scissione dei fosfolipidi, catabolismo dei glicolipidi. Vie metaboliche per l’ossidazione degli acidi grassi. Differenze tra animali e piante.
- LA FOTOSINTESI. Classificazione degli organismi fotosintetici: ossigenici ed anossigenici. Principi della trasformazione dell’energia nella fotosintesi: assorbimento della luce. Fotosintesi ossigenica: la struttura del cloroplasto, i componenti del trasporto elettronico, il trasporto elettronico non ciclico, la formazione del gradiente protonico di membrana, la sintesi di ATP, il trasporto elettronico ciclico, la resa del trasporto ciclico e non ciclico, la distribuzione dell’energia tra il PSII ed il PSI. Fotoassimilazione della CO2: carbossilazione, riduzione e rigenerazione. Fotorespirazione. Fissazione della CO2 nelle piante C4 e nelle specie crassulacee. Comparazione fra i meccanismi di fissazione C3, C4 e CAM. La sintesi
dei carboidrati: disaccaridi (lattosio e saccarosio), polisaccaridi (amido e cellulosa). La via dei pentosi-fosfati (Reazioni coinvolte nella fase ossidativa e non ossidativa. Regolazione). - BIOSINTESI DEI GRASSI. Biosintesi degli acidi grassi e del lipidi: localizzazione, fonte del substrato primario, produzione del malonil-CoA, sintesi di acidi grassi a lunga catena, reazioni della sintesi degli acidi grassi, elongazione degli acidi grassi, insaturazione.
- GLUCONEOGENESI. I materiali di partenza. Il ciclo gluconeogenetico. Glicolisi diretta ed inversa: controlli. La gluconeogenesi da diversi substrati. Il ciclo del gliossilato.
- STRESS OSSIDATIVO . Formazione e caratteristiche chimiche delle specie radicaliche. Effetti al livello cellulare. Meccanismi di difesa antiossidanti.
- NUTRIZIONE MINERALE. Principali elementi nutritivi nelle piante: funzione, assorbimento e metabolizzazione dei nutrienti e fattori regolatori. Ciclo dell’azoto. Meccanismo biochimico di fissazione dell’azoto atmosferico. Riduzione assimilatoria dei nitrati: nitrato e nitrito riduttasi. Assimilazione dell’ammoniaca: ciclo della glutammina. Biosintesi degli amminoacidi. Ciclo dello zolfo e riduzione assimilatoria. Descrizione del ruolo e delle funzioni dei principali macro- e micro-elementi e della loro disponibilità nel suolo.
COURSE INTRODUCTION. Brief description of the main organic molecules: carbohydrates, lipids, proteins and nucleotides. Notes on plant and animal cell and the structure of the membrane and cell wall. BIOENERGETICS. After recovering the basics of the laws of thermodynamics will investigate the following topics: free energy, free energy and equilibrium constant of chemical reactions, oxidation-reduction potential, redox potential and free energy.
ENERGY CONVERSION IN MEMBRANES AND THERMODYNAMICS OF COMPOUNDS CONTAINING PHOSPHATE. Components of the electron transport chain in mitochondria and chloroplasts. Transfer reactions of the phosphoric group. ATP synthesis. Electrochemical proton gradient membrane
ELEMENTS OF ENZYMOLOGY. Classification of enzymes. Modes of action of enzymes, their functions and factors that affect their catalytic activity. Factors that interfere with the speed of the enzymatic reactions: enzyme concentration, and the substrate (order of the reactions, the Michaelis-Menten), temperature, pH, presence of inhibitors (reversible and irreversible inhibition). Coenzymes [NAD(P)/NAD(P)H, FAD/FADH2, Coenzyme A, ATP)].
RESPIRATION. Introduction of cellular metabolism (anabolism and catabolism ). Glicolysis and fermentation. Piruvate dehydrogenase complex. Mithocondrion structure. Citrate cycle. Oxidative phosphorylation: complexes, electron flow and ATP synthesis. Role of oxygen in respiration. Energetic yield of oxidative metabolism. Oxidative stress in mithocondrion: radicals, reaction of Fenton and Haber-Weiss, lipid peroxidation.
LIPID OXIDATION. Hydrolysis of a triglyceride. Metabolic pathways for fat acids oxidation. differences between plants and animals.
PHOTOSYNTHESIS. classification of photosynthetic organisms: oxygenic and anoxygenic. priciples of energy transduction in photosynthesis: light absorption. Oxygenic photosynthesis: chloroplast structure, electron transport complexes. The linear electron transport and the transmembrane proton gradient, ATP synthesis, cyclic electron transport. Energetic yield of linear and cyclic electron transport . State II-I transition. CO2 photoassimilation: carboxylation, reduction and regeneration. Photorespiration. Photoassimilation of CO2 in C4 plants and CAM metabolism. Carbohydrate synthesis: sucrose and starch. Pentose-phosphate pathway: oxidative and non-oxidative reactions.
LIPID BIOSYNTHESIS. Biosynthesis fat acids and lipids: location, starter, malonil-CoA synthesis, elongation. Reaction of fat acids synthesis. Insaturation reactions
GLUCONEOGENESYS. Starters. Gluconeogensis pathway. The glyoxylate cycle. OXIDATIVE STRESS . Radicals: synthesis and chemical characteristics. Effects of radicals in the cell. Antioxidants MINERAL NUTRITION. nutritional element in plants: function, absorption and metabolism. Nitrogne cycle. Biological fixation of molecular nitrigen. Assmilatory reduction of nitrate: nitrate and nitrite reductase. Ammonium cycle: glutammine cycle. Amminoacids synthesis.
- D. Voet e J.G. Voet – Biochimica. Zanichelli (1993)
- A.L. Lehninger, D.L. Nelson, M.M. Cox – Principi di Biochimica. Zanichelli (1994)
- A.J. Ninfa, D.P. Ballou – Metodologie di base per la biochimica e la biotecnologia. Zanichelli, (2000).
- G. Ricciotti – Biochimica di base in laboratorio. Iatlo Bovolenta, (1988).
- B.B. Buchanan, J. Wilhelm, L. Russell - Biochimica e biologia molecolare delle piante. Zanichelli
- Materiale didattico fornito dal docente durante le lezioni
- R. Pinton, M. Cocucci, P. Nannipieri, M. Trevisan - Fondamenti di Biochimica Agraria. Patron Editore (2016)
- D. Voet e J.G. Voet – Biochimica. Zanichelli (1993)
- A.L. Lehninger, D.L. Nelson, M.M. Cox – Principi di Biochimica. Zanichelli (1994)
- A.J. Ninfa, D.P. Ballou – Metodologie di base per la biochimica e la biotecnologia. Zanichelli, (2000).
- G. Ricciotti – Biochimica di base in laboratorio. Iatlo Bovolenta, (1988).
- B.B. Buchanan, J. Wilhelm, L. Russell - Biochimica e biologia molecolare delle piante. Zanichelli
- R. Pinton, M. Cocucci, P. Nannipieri, M. Trevisan - Fondamenti di Biochimica Agraria. Patron Editore (2016)
Gli studenti non frequentanti possono seguire lo svolgimento delle lezioni utilizzando il materiale didattico messo a disposizione dal docente prima dell'inizio del corso sul sito E-learning del CdS e seguendo il registro delle lezioni del docente.
Not-attending students can follow the lessons using the teaching material provided on the E-learning web site by the teacher before the beginning of the lectures, and consulting the lesson log.
L'esame è composto da tre prove scritte in itinere per gli studenti frequentanti
- La prova scritta consiste in una serie di domande/esercizi/problemi da risolvere ed inerenti gli argomenti trattati nell'insegnamento sino ad una settimana antecedente la verifica e si svolge in un'aula con una durata di 2 ore. Le prime due prove in itinere vengono effettuate durante le pause didattiche istituite nel CdS mentre la terza verifica viene effettuata alla fine del corso. Le prove in itinere valgono per l'intero anno accademico.
- La prova scritta è superata se si acquisisce una votazione pari a 18/30; se lo studente acquisisce una valutazione positiva (almeno 18/30) a ciascuna delle tre prove scritte, viene indicata la valutazione media per il superamento dell'esame. Nel caso in cui lo studente acquisisca valutazioni inferiori a 18/30 ad una delle prove, deve sostenere l'esame orale su quella parte di programma valutato nella prova in itinere.
- gli studenti non frequentanti e coloro che decidono di non sostenere le prove scritte in itinere debbono effettuare una prova scritta per l’accesso all’orale della durata di 1 ora. Lo scritto consisterà nell’illustrazione delle principali vie metaboliche e sarà considerata superata con la votazione di 6/10. La durata media del colloquio varia tra i 30 ed i 45 minuti. Per chi ha sostenuto le verifiche in itinere e deve recuperare a seguito di valutazione insufficiente, l’orale consiste in un colloquio sulla parte di programma presente nella verifica non superata. Per chi volesse migliorare la valutazione acquisita con le verifiche in itinere, il colloquio verterà su tutto il programma; La prova orale è superata quando il candidato è in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta, dimostrare di avere compreso il metabolismo cellulare e mettere in relazione le parti del programma svolte e le nozioni che deve utilizzare in modo congiunto per rispondere correttamente ad una domanda.
- the examination consists of two ongoing written tests;
- the written tests consist of a series of questions/exercises/problems concerning the topics covered in the course till one week before the examination, and are carried out in classrooms with a duration of 2 hours. The positive ongoing tests are valid for the whole academic year;
- the written test id passed if a mark of 18/30 is reached. If the student has a positive mark (at least 18/30) in both tests, the examination is considered passed and an average mark is calculated. In case the mark is below 18/30 in one or both tests, the student must take an examination on the part of the programme considered insufficient;
- not-attending students and those who decided not to take the ongoing written tests must pass a written examination for the admission to the oral interview. The written test will last one hour and will be considered passed with a mark of 6/10 at least. The student must represent the chemical reactions involved in the main metabolic pathways. The average duration is about 30 to 45 minutes. The students who have to recover insufficient written test(s) must take an oral examination on the programme of the deficient test. For the students who want to improve the mark coming from the ongoing tests, the interview will concern the whole programme;
- the oral examination is passed when the candidate is able to speak clearly and to use a correct terminology, when understand the cellular metabolism and is able to relate each other different parts of the programme, when is able to write the chemical structures of organic molecules as well as the reactions of the main metabolic pathways.