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.
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.
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
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. Cenni sulle macromolecole biologiche. 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). I principali meccanismi di disattivazione di una proteina.
Protein structure. Enzyme function and oxygen trasnporting molecules. Structure and function of lipids and carbohydrates. Structure and function of nucleic acids. General principles of metabolism. Detailed analysis of the metabolic pathways in glucose, lipid, and amino acid metabolism. DNA replication and reparation, gene structure, and genome organization. Translation, post-translational modifications, and regulation of gene expression. Protein synthesis and its regulation. Molecular mechanism of signal trasnduction.
BIOLOGY
The main stages in the history of biology: cell theory, biological evolution, hypothesis on the origin of life. The prokaryotic and eukaryotic cell in comparison. General characteristics of virus; the lithic cycle and the lysogenic cycle. Composition, structure and main function of the biological membrane. The phospholipid bilayer, the membrane proteins. The role of carbohydrates. Principles and mechanisms of membrane transport proteins. Passive transport: simple diffusion, facilitated diffusion. Primary and secondary active transport. Process of exocytosis, endocytosis and receptor-mediated endocytosis. Eukaryotic compartmentalization. Structural and functional organization of the nuclear envelope, nuclear pores, nuclear import and export mechanisms. Ribosomes: structure, function. The endomembrane system: rough and smooth endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, lysosomes. Biological meaning of autophagy. Peroxisomes. The mitochondrion. Composition, structure and function of the cytoskeleton. Overview of cellular communication. The main stages of signal transduction.
Cell division and cell cycle in prokaryotes and eukaryotes. Mitosis and meiosis. Organization of chromatin and main characteristics of chromosomes. Main features of the human karyotype. Notes on the apoptotic and necrotic process. Mendelian genetics. The chromosomal bases of heredity. Exceptions to Mendelian inheritance. Incomplete dominance, codominance, multiallelism, epistasis, associated genes. Inheritance linked to sex. DNA and its role in inheritance. The DNA replication process. DNA repair mechanisms. Overview of telomeres and telomerase. The flow of genetic information. The three types of RNA. The process of transcription, maturation of the m-RNA and the splicing process. The genetic code and its characteristics. The mechanism of translation. Post-translational aspects of protein synthesis. Genetic or point mutations. Numerical and structural chromosomal mutations. Phenotypic effects of mutations. Induced and spontaneous mutations. Regulation of gene expression in prokaryotes, negative and positive regulation. Operator-repressor interaction in transcriptional control (lac and trp operon).
TESTI CONSIGLIATI di CHIMICA e BIOCHIMICA
Stefani & Taddei, Chimica, biochimica e biologia applicata. Ed. Zanichelli.
Bertoldi, Colombo et al., Chimica e Biochimica, EdiSES
Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli.
TESTI CONSIGLIATI di BIOLOGIA
David Sadava, et al. "Elementi di Biologia e Genetica" Quarta edizione italiana, 2014 ZANICHELLI
R. Roberti, et al. "Biochimica e Biologia per le professioni sanitarie" MC GRAW HILL Education
E. P. Solomon, et al. "Elementi di Biologia" VII edizione, 2017 EDISES
Recommended reading includes:
Chemistry and Biochemistry
Stefani & Taddei, Chimica, biochimica e biologia applicata. Ed. Zanichelli.
Bertoldi, Colombo et al., Chimica e Biochimica, EdiSES
Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli.
Biology
David Sadava, et al. "Elementi di Biologia e Genetica" Quarta edizione italiana, 2014 ZANICHELLI
R. Roberti, et al. "Biochimica e Biologia per le professioni sanitarie" MC GRAW HILL Education
E. P. Solomon, et al. "Elementi di Biologia" VII edizione, 2017 EDISES
Test scritto in itinere, esame scritto finale.
