Scheda programma d'esame
BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE
ADRIANO PODESTA'
Anno accademico2019/20
CdSMEDICINA VETERINARIA
Codice057EE
CFU12
PeriodoSecondo semestre

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
BIOCHIMICABIO/10LEZIONI112
ADRIANO PODESTA' unimap
BIOLOGIA MOLECOLAREBIO/12LEZIONI40
ADRIANO PODESTA' unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso di biochimica e biologia molecolare si propone di permettere allo studente di: - acquisire le conoscenze relative alla struttura e alle trasformazioni dello stato vivente della materia nella prospettiva della loro applicazione medica e zootecnica.
- acquisire le conoscenze relative alla propagazione longitudinale e trasversale dell’informazione genetica, alla sua espressione ed evoluzione, in relazione alle implicazioni biologiche, tassonomiche e mediche che da ciò conseguono.

Knowledge

The course of biochemistry and molecular biology aims to allow the student to: - acquire the knowledge related to the structure and transformations of the living state of matter in the perspective of their medical and zootechnical application.
- acquire the knowledge related to the longitudinal and transversal propagation of genetic information, to its expression and evolution, in relation to the biological, taxonomic and medical implications resulting from this.

Modalità di verifica delle conoscenze

Le consoscenze acquisite dallo studente saranno verificate in sede d'esame.

Assessment criteria of knowledge

The knowledge acquired by the student will be verified by written and oral exams.

Capacità

Lo studente acquisirà la capacità di descrivere in termini unitari i processi e le trasformazioni dello stato vivente, rimuovendo ogni pregiudizio di ordine finalistico e applicando esclusivamente le leggi fisiche, chimiche e la logica dei sistemi complessi.

Skills

The student will acquire the ability to describe in unitary terms the processes and transformations of the living state, removing any finalistic bias and applying exclusively the laws of physics, chemistry and the logic of complex systems.

Modalità di verifica delle capacità

Durante l'esame orale a partire da un argomento specifico lo studente sarà sollecitato dal docente a dimostrare come i vari processi metabolici e di espressione dell’informazione trattati nel corso siano tutti interconnessi tra di loro.

Assessment criteria of skills

During the oral examination starting from a specific topic, the student will be asked by the teacher to demonstrate how the various metabolic processes and the expression of the information treated in the course are all interconnected.

Comportamenti

Il corso si propone di generare nello studente senso critico, disponibilità al confronto e capacità di analisi, unitamente alla prospettiva teleonomica medica corretta. 

Behaviors

The course aims to generate in the student a critical sense, willingness to compare and analysis skills, together with the correct medical teleonomic perspective.

Modalità di verifica dei comportamenti

Sia durante le lezioni frontali che in sede di esame finale la modalità di approccio critico all’intera disciplina sarà oggetto di stimolo e valutazione.

Assessment criteria of behaviors

Both during the lectures and during the final exam the method of critical approach to the entire discipline will be stimulated and evaluated.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Non necessari

Prerequisites

Not necessary

Indicazioni metodologiche

BIOCHIMICA

Didattica teorica: 102 ore lezioni con ausilio di slides e video.

Area tematica: Biochimica: 82 ore

Area tematica: Chimica: 20 ore

Didattica propedeutica: 10 ore

Area tematica: Chimica: 10 ore

  • Lavori di gruppo con supervisione (Seminars): 0 ore
  • Sessioni individuali di autoapprendimento (Supervised self learning): 0 ore
  • In laboratorio o in aula (Laboratory and desk-based work): 10 ore
  • Didattica pratica non clinica che coinvolge animali, carcasse o materiale di origine animale (Non clinical animal work) 0 ore
  • Didattica pratica clinica all’interno delle strutture dell’Università (Clinical animal work intramural) 0 ore
  • Didattica pratica clinica all’esterno delle strutture dell’Università (Clinical animal work extramural) - 0 ore

 

BIOLOGIA MOLECOLARE 

Area tematica: Biochimica 

Didattica teorica: 30 ore lezioni con ausilio di slides e video.

Didattica propedeutica: 10 ore 

Area tematica: Biochimica: 10 ore

  • Lavori di gruppo con supervisione (Seminars): 0 ore
  • Sessioni individuali di autoapprendimento (Supervised self learning): 0 ore
  • In laboratorio o in aula (Laboratory and desk-based work)            10 ore
  • Didattica pratica non clinica che coinvolge animali, carcasse o materiale di origine animale (Non clinical animal work) 0 ore
  • Didattica pratica clinica all’interno delle strutture dell’Università (Clinical animal work intramural) 0 ore
  • Didattica pratica clinica all’esterno delle strutture dell’Università (Clinical animal work extramural) - 0 ore
Teaching methods

BIOCHEMISTRY

Theoretical teaching: 102 hours of lessons with the aid of slides and videos.

Thematic area: Biochemistry: 82 hours

Thematic area: Chemistry: 20 hours

Propedeutical teaching: 10 hours

Thematic area: chemistry: 10 hours

Supervised group work (Seminars): 0 hours
Individual self-learning sessions (Supervised self learning): 0 hours
In the laboratory or in the classroom (Laboratory and desk-based work): 10 hours
Non-clinical practice teaching involving animals, carcasses or animal material (Non clinical animal work) 0 hours
Didactic clinical practice within the University facilities (Clinical animal work intramural) 0 hours
Didactic clinical practice outside the University facilities (Clinical animal work extramural) - 0 hours


MOLECULAR BIOLOGY  

Tematic area: Biochemistry


Theoretical teaching: 30 hours lessons with slides and video.

Propedeutical  teaching: 10 hours
 
Supervised group work (Seminars): 0 hours
Individual self-learning sessions (Supervised self learning): 0 hours
In the laboratory or in the classroom (Laboratory and desk-based work) 10 hours
Non-clinical practice teaching involving animals, carcasses or animal material (Non clinical animal work) 0 hours
Didactic clinical practice within the University facilities (Clinical animal work intramural) 0 hours
Didactic clinical practice outside the University facilities (Clinical animal work extramural) - 0 hours

Programma (contenuti dell'insegnamento)

BIOCHIMICA

DIDATTICA TEORICA: 102 ore

6 ore: Nozioni propedeutiche: Richiami di termodinamica : sistemi, stati, funzioni di stato, grandezze estensive ed intensive. Energia, lavoro, calore, temperatura. 1a legge della termodinamica. Convenzione dei segni e grandezze differenziali. Lavoro PΔV. Entalpia. Entropia. 2a legge della termodinamica. Energia libera di Gibbs. Equilibrio termodinamico. Spontaneità di reazione chimica. Fattore entalpico e fattore entropico nella spontaneità di reazione. Stati standard chimico e biochimico. Relazione fra ΔG°’ e Ke. Reversibilità di reazione. Additività delle ΔG in reazioni associate. Fattori responsabili della direzionalità di una via metabolica. 

2 ore: Struttura chimica dell’acqua. Dipoli permanenti. Dipoli indotti. Momento dipolare. Interazioni dipolari : legame a idrogeno e forze di Van der Waals. Idrofilia ed idrofobicità. Elettroliti forti e deboli. Dissociazione dell’acqua. pH. Sistemi acido-base coniugati. Dissociazione di acidi deboli in acqua. pKa e pKa’. Legge di Henderson-Hasselbalch.

 

4 ore: Struttura e nomenclatura dei carboidrati. Monosaccaridi: stereoisomeria, diastereoisomeri, epimeri, strutture cicliche, carbonio anomerico, configurazioni α e β, mutarotazione. Derivati dei monosaccaridi : esteri fosforici, acidi e lattoni, alditoli, amminozuccheri, glicosidi. Oligosaccaridi. Polisaccaridi di riserva : amido e glicogeno. Polisaccaridi strutturali: cellulosa, emicellulose, glicosaminoglicani e polisaccaridi della parete batterica.

2 ore: Struttura molecolare e principali attività biologiche dei lipidi. Acidi grassi. Triacilgliceroli o grassi. Cere. Glicerofosfolipidi, sfingolipidi e glicosfingolipidi. Colesterolo ed ormoni steroidi.

2 ore: Struttura e proprietà di molecole e strutture sovramolecolari amfofile.

4 ore: Definizione e struttura degli aminoacidi. Proprietà delle catene laterali degli α-amminoacidi standard. Il legame peptidico. Sua planarità. Angoli φ e ψ e loro significato nel determinismo della geometria di peptidi. Struttura della proteine : definizione di struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. α -eliche, foglietti β parallelo ed antiparallelo, avvolgimento casuale e ripiegamento β. Coesistenza di più strutture secondarie in una proteina. Struttura quaternaria : proteine omo- ed etero-oligomeriche. Glicani legati in N ed in O. 

 

2 ore: ATP: struttura chimica e significato biologico. Idrolisi del legame fosfoanidridico dell’ATP e sua ΔGo’. Concetto di legame ad elevato potenziale di trasferimento. ADP, AMP, P e PP. Carica energetica dell’adenilato. Turnover dei nucleotidi, degli acilfosfati, fosfati enolici, fosfoammidi e fosfato guanidinico.

 

2 ore: Reazioni ox-red. Potenziale di ossidoriduzione. Equivalenti riducenti, NAD(P)+ , NAD(P)H, FAD e FAD(H2) : struttura e significato biologico. Aspetti meccanicistici delle funzioni nicotinica ed isoallossazinica. Paradigma delle reazioni NAD(P)+ e FAD-dipendenti.

5 ore: Concetto di catalisi, Catalisi ed energia di attivazione. Gli enzimi. Definizione di apo- ed olo-enzima, cofattore, gruppo prostetico, sito di legame, sito attivo, sito allosterico. Velocità di reazione. Ordine di reazione. Reazioni di ordine 1 e 0. Curva di avanzamento. Velocità iniziale (v0). Legge di Michaelis-Menten. Significato di Km e Vmax. Numero di turnover. Unità enzimatica. Attività specifica. Curva dei doppi reciproci. Inibizione competitiva e non competitiva. Gli enzimi come catalizzatori ad attività regolabile. Regolazione allosterica e covalente. Induzione e repressione enzimatica. Attivazione di enzimi per proteolisi di precursori.

 

1 ora: Vitamine e loro derivati biologicamente attivi. Struttura ed attività biologica.

 

6 ore: Glicolisi anaerobia. Localizzazione cellulare. Organi e tessuti con prevalenza del metabolismo glicolitico anaerobio in organismi aerobi. Stadi di imprinting, scissione aldolica, ossidazione del substrato e produzione di energia nella glicolisi anaerobia. Destini metabolici del piruvato. Metabolismo del lattato. Metabolismo dei monosaccaridi, dei disaccaridi e del glicerolo nella via glicolitica. Navetta dell’aspartato e del glicerolo-3-fosfato nel trasporto intramitocondriale di equivalenti riducenti. Regolazione della glicolisi. Glucochinasi : Km, inibizione da prodotto e ciclo futile del glucosio-6-fosfato. La proteina inibente la glucochinasi : effetti allosterici del fruttosio-1- fosfato e del fruttosio-6-fosfato. Fosfofruttochinasi-1: inibizione ed attivazione allosterica. Fosfofruttochinasi-2, proteinchinasi-cAMP dipendente e fosfoproteinfosfatasi.

3 ore: Il complesso della piruvatodeidrogenasi: meccanismo di catalisi e regolazione, piruvatodeidrogenasi chinasi. Ciclo degli acidi tricarbossilici : significato biologico, localizzazione cellulare e disegno generale. Le reazioni chimiche del ciclo. Rendimento energetico del ciclo. Gli intermedi del ciclo precursori di vie biosintetiche. I sistemi di trasporto della membrana mitocondriale interna coinvolti nel ciclo di Krebs. Regolazione del ciclo degli acidi tricarbossilici. Il sistema navetta dell’acetil-CoA mitocondriale.

 

3 ore: Gluconeogenesi. Reazioni caratteristiche della via gluconeogenetica. Struttura e meccanismo di azione della piruvato carbossilasi. Biotina e bioctina. Fosfoenolpiruvatocarbossichinasi. Fruttosio-1,6- fosfatasi e glucosio-6-fosfatasi. La reversibilità delle reazioni quasi all’equilibrio della glicolisi anaerobia nella gluconeogenesi. La regolazione della gluconeogenesi. Flusso alla membrana mitocondriale interna dei metaboliti della gluconeogenesi. I cicli futili nel sistema glicolisigluconeogenesi :loro significato biologico. Il ciclo di Cori ed il ciclo dell’alanina. Utilizzazione del propionato negli organismi aerobi superiori.

 

2 ore: Significato biologico e localizzazione cellulare e tissutale della via dei pentosi fosfati. La fase ossidativa della via e la produzione di NADPH. Struttura e funzione biologica di tale coenzima. La fase non ossidativa della via. Regolazione della via e suoi diversi possibili stati funzionali. Lo stato funzionale della via nella mammella in asciutta ed in lattazione.

 

3 ore: Metabolismo del glicogeno : localizzazione cellulare, tissutale e significato biologico. Glicogenolisi. Fosforilasi, enzima deramificante e α-1,6-glicosidasi. Fosfoglucomutasi. Sintesi del glicogeno. UDPglucoso-fosforilasi, glicogenosintetasi ed enzima ramificante. Effettori allosterici e modifica covalente della fosforilasi. Il meccanismo a cascata per l’attivazione della fosforilasi. ProteinchinasicAMP-dipendente, fosforilasi chinasi, fosfoproteinfosfatasi ed inibitore-1. Regolazione allosterica e modifiche covalenti della glicogenosintasi. Effettori a cascata dell’inibizione della glicogenosintasi: proteinchinasi-cAMP-dipendente, proteinchinasi calmodulina-dipendente e proteinchinasi C.

 

6 ore: Metabolismo degli acidi grassi. Assorbimento intestinale e trasporto ematico di acidi grassi, trigliceridi e colesterolo. Le lipasi cAMP-dipendenti. Il sistema di trasporto della carnitina. Localizzazione, significato biologico e reazioni della β-ossidazione. Ossidazione degli acidi grassi insaturi. Ossidazione degli acidi grassi a numero dispari di atomi di carbonio. Destino biologico dell’acetil-CoA e rendimento energetico della β-ossidazione. Sintesi degli acidi grassi. Acidi grassi insaturi essenziali. Sintesi e utilizzo dei corpi chetonici. Meccanismi patogenetici molecolari della acidosi chetosica.

 

3 ore: Ciclo dell’azoto. Reazioni di transaminazione e deaminazione ossidativa del glutammato. Ruolo della glutammina nell’assorbimento, nel trasporto e nella utilizzazione dell’azoto organico. Organismi ammoniotelici, uricotelici e ureotelici. Reazioni del ciclo dell’urea e sue relazioni con il ciclo di Krebs. Degradazione delle purine ad acido urico. Cenni sul destino dello scheletro carbonioso degli α-amminoacidi.

 

6 ore: Catena respiratoria mitocondriale e fosforilazione ossidativa. Potenziale elettrochimico standard. Relazione fra ΔEo’ e ΔGo’. I cofattori della catena respiratoria. NADH-ubichinolo-reduttasi. NADHsuccinico-reduttasi. Citocromo c reduttasi. Citocromo c ossidasi. Il gradiente elettrochimico di H+ alla membrana mitocondriale interna. Struttura e funzione della ATPasi mitocondriale.I sistemi respiratori e non respiratori ferrodossina-dipendenti. Significato delle fermentazioni anaerobie nella riossidazione dei trasportatori di equivalenti riducenti.

3 ore: I meccanismi molecolari dell’azione ormonale. I sistemi dell’AMP-ciclico, del fosfatidilinositolo e della calmodulina. Meccanismo d’azione degli ormoni steroidi, tiroidei e delle vitamine D.

 

3 ore: Struttura e proprietà delle membrane biologiche. Fluidità delle membrane e loro asimmetria. Le proteine di membrana: modello a mosaico fluido. Significato biologico della compartimentalizzazione cellulare negli eucarioti. I meccanismi di trasporto transmembrana. Turnover delle membrane biologiche. Endocitosi e internalizzazione mediata da recettore.

 

4 ore: Biochimica del Rumine. Generalità sul sistema ruminale, condizioni fisico-chimiche del rumine, introduzione alle catene trofiche ruminali, popolazioni ruminali, effetto della composizione della dieta sulla distribuzione e numerosità relativa delle popolazioni unicellulari ruminali. Produzione, assorbimento e significato nutrizionale degli acidi grassi volatili. Via di Entner-Dudoroff, via dell’acrilato, via del succinato, sistema fosforoclastico, sintesi di metano e idrogeno, saturazione di acidi grassi polinsaturi, via dei pentosi, ruolo della metionina quale fattore nutrizionale, patogenesi delle sindromi chetosiche nel ruminante.

 

4 ore: La struttura primaria del DNA. Legame fosforibosilico e asimmetria della catena a singolo filamento del DNA. Complementarietà e antiparallelismo delle catene fosforibosiliche nel DNA a doppia catena. Ruolo dei legami a idrogeno fra le basi complementari dei filamenti antiparallelismo nella stabilizzazione della struttura primaria del DNA a doppio filamento. Struttura primaria delle diverse specie di RNA. Struttura dell'RNA ribosomale, di trasporto e messaggero. Ruolo delle sequenze palindrome nella formazione di ripiegamenti ad ansa o forcina nell'RNA. Il ruolo dei ripiegamenti dell'RNA nello spazio per l'espressione dell'attività catalitica o di riconoscimento dell'RNA.

4 ore: Il modello del DNA a doppia elica secondo Watson e Crick. Proprietà strutturali del DNA-B. Fenomeni topologici del DNA a doppia elica: lo stato di superavvolgimento negativo del DNA in vivo. Ruolo delle forze deboli nella stabilizzazione della struttura secondaria degli acidi nucleici. Influenza delle alterazioni topologiche del DNA nel suo impaccamento nucleare e nella destabilizzazione transitoria della struttura a doppia catena. Il DNA non codificante negli eucarioti: DNA satellite, sequenze ripetute, sequenze Alu e sequenze interposte (introni). Loro potenziale significato biologico, anche in riferimento all’identificazione della parentalità e dell’attribuzione a razze. Struttura dei cromosomi.

 

4 ore: Significato della replicazione del DNA La replicazione semiconservativa del DNA negli organismi procarioti ed eucarioti. Siti di origine della replicazione nel cromosoma circolare batterico e nei cromosomi lineari eucarioti. Fattori responsabili della formazione della bolla di replicazione del DNA. Le forcelle di replicazione. Ruolo biologico della proteina legante il singolo filamento, delle topoisomerasi e delle girasi nella formazione e propagazione della bolla di replicazione. Attività biologiche della DNA polimerasi III e della DNA polimerasi I nelle cellule procariote. Catena guida e catena ritardata, frammenti di Okazaki, primasi e completamento della catena ritardata. I loro equivalenti nelle cellule eucariote.

 

2 ore: Meccanismi responsabili dell’accuratezza e variabilità della replicazione del DNA.

 

4 ore: La trascrizione dell’informazione genetica: concetto di gene molecolare, sequenza consenso e promotori della trascrizione, RNA polimerasi, riconoscimento del promoter, sintesi dell’mRNA e sua terminazione nei procarioti e negli eucarioti, significato delle regioni enhancer. L’operone lac di E. coli. L’operone trp.

 

3 ore: I processi di maturazione e modificazione post-trascrizionale dell’mRNA eucariote.

 

2 ore: Esempi notevoli di variabilità biologica indotta da modifica post-trascrizionale: immunoglobuline, proopiomelanocortina, apolipoproteine, proteine contrattili e collagene

 

2 ore: introduzione all’epigenetica. Metilazione del DNA, isole CpG, microRNA, sistemi DICER e decoy, altri meccanismi d’azione dei miRNA, modifiche delle proteine stoniche in relazione allo stato di eu- ed eterocromatina.

 

2 ore Dal gene alla proteina : il codice genetico, significato biologico del “dondolamento “ della terza base del codone, le aminoacil-tRNA sintetasi, traduzione dell’informazione genica.

 

3 ore: Traduzione nei procarioti : ruolo di mRNA, tRNA, ribosomi; fasi di inizio, allungamento e terminazione della sintesi proteica nei procarioti . Traduzione negli eucarioti : confronto con i procarioti, inibitori e controllo della traduzione.

 

5 ore Ripiegamento della proteina nascente e sue modificazioni covalenti post-traduzionali, catalisi conformazionale, prioni, indirizzamento delle proteine e loro distruzione programmata.

DIDATTICA PROPEDEUTICA: 10 ore

Argomenti di Chimica generale e organica.

 

BIOLOGIA MOLECOLARE

DIDATTICA TEORICA: 30 ore

4 ore: Introduzione al DNA ricombinante. Enzimi di restrizione, ricombinazione di sequenze, vettori di clonazione, trasformazione.

 

4 ore: Librerie ricombinanti, significato e proprietà in ragione del vettore di clonazione e della linea cellulare ospite. Realizzazione, mantenimento e utilizzo.

 

5 ore: Sequenziamento del DNA, chromosome walking e determinazione sperimentale del genoma.

 

4 ore: PCR, nested-PCR, RT-PCR e qRT-PCR.

 

2 ore: Elettroforesi di acidi nucleici, Southern e Northern blotting, fingerprinting. Esempi di applicazioni medico legali.

 

6 ore. Introduzione alla bioinformatica. Banche dati (NCBI e Expasy, REbase, Enzyme). Accesso e utilizzo.

 

5 ore: Risorse on-line and FTP: applicazioni open-source per multiallineamento di sequenze, blasting , clustering di sequenze , selezione di primers, selezione di vettori, visualizzazione di strutture 3D di file PDB (Rasmol) Indicare dettagliatamente gli argomenti che saranno trattati nelle ore indicate

DIDATTICA PROPEDEUTICA: 10 ore

Argomenti di Chimica organica

Syllabus

BIOCHEMISTRY

THEORETICAL DIDACTICS: 102 hours

6 hours: Preliminary notions: Thermodynamics: systems, states, status functions, extensive and intensive parameters. Energy, work, heat, temperature. 1st law of thermodynamics. Convention of Signs and Differential Quantities. PΔV work. Enthalpy. Entropy. 2nd law of thermodynamics. Gibbs free energy. Thermodynamic equilibrium. Spontaneity of chemical reaction. Enthalpy factor and entropy factor in spontaneity of reaction. Standard chemical and biochemical states. Relationship between ΔG ° 'and Ke. Reversibility of reaction. Additivity of ΔG in associated reactions. Factors responsible for the directionality of a metabolic pathway.

2 hours: Chemical structure of water. Permanent dipoles. Induced dipoles. Time to dip. Dipolar interactions: hydrogen bonding and Van der Waals forces. Hydrophilicity and hydrophobicity. Strong and weak electrolytes. Dissociation of water. pH. Conjugated acid-base systems. Dissociation of weak acids in water. pKa and pKa '. Henderson-Hasselbalch law.

 

4 hours: carbohydrate structure and nomenclature. Monosaccharides: stereoisomerism, diastereoisomers, epimers, cyclic structures, anomeric carbon, α and β configurations, mutarotation. Derivatives of monosaccharides: phosphoric esters, acids and lactones, alditols, amino sugars, glycosides. Oligosaccharides. Reserve polysaccharides: starch and glycogen. Structural polysaccharides: cellulose, hemicellulose, glycosaminoglycans and bacterial wall polysaccharides.

2 hours: Molecular structure and main biological activities of lipids. Fatty acids. Triacylglycerols or fats. Cere. Glycerophospholipids, sphingolipids and glycosphingolipids. Cholesterol and steroid hormones.

2 hours: Structure and properties of amphophil molecules and supramolecular structures.

4 hours: Definition and structure of amino acids. Properties of the side chains of standard α-amino acids. The peptide bond. His planarity. Angles φ and ψ and their meaning in the determinism of the geometry of peptides. Protein structure: definition of primary, secondary, tertiary and quaternary structure. α -elices, sheets parallel and antiparallel β, random winding and folding β. Coexistence of multiple secondary structures in a protein. Quaternary structure: homo- and hetero-oligomeric proteins. Glycans bound in N and O.

2 hours: ATP: chemical structure and biological significance. Hydrolysis of the phospho-hydrochloric bond of ATP and its ΔGo '. Concept of high transfer potential bond. ADP, AMP, P and PP. Energy charge of adenylate. Turnover of nucleotides, acylphosphates, enolian phosphates, phosphate and guanidine phosphate.

 

2 hours: Ox-red reactions. Redox potential. Reducing equivalents, NAD (P) +, NAD (P) H, FAD and FAD (H2): biological structure and meaning. Mechanistic aspects of the nicotinic and isoalloxazine functions. Paradigm of NAD (P) + and FAD-dependent reactions.

5 hours: Concept of catalysis, catalysis and activation energy. Enzymes. Definition of apo- and olio-enzyme, cofactor, prosthetic group, binding site, active site, allosteric site. Reaction speed. Reaction order. Reactions of order 1 and 0. Progress curve. Initial speed (v0). Michaelis-Menten's law. Meaning of Km and Vmax. Number of turnover. Enzyme unit. Specific activity. Curve of reciprocal doubles. Competitive and non-competitive inhibition. Enzymes as catalysts with adjustable activity. Allosteric and covalent regulation. Induction and enzymatic repression. Activation of enzymes for proteolysis of precursors.

1 hour: Vitamins and their biologically active derivatives. Structure and biological activity.

6 hours: Glycolysis anaerobia. Cellular location. Organs and tissues predominantly of anaerobic glycolytic metabolism in aerobic organisms. Stages of imprinting, aldolic cleavage, substrate oxidation and energy production in anaerobic glycolysis. Metabolic causes of pyruvate. Lactate metabolism. Metabolism of monosaccharides, disaccharides and glycerol in the glycolytic pathway. Aspartate and glycerol-3-phosphate shuttle in the intramitochondrial transport of reducing equivalents. Glycolysis regulation. Glucokinase: Km, product inhibition and the futile cycle of glucose-6-phosphate. The glucokinase-inhibiting protein: allosteric effects of fructose-1-phosphate and fructose-6-phosphate. Fosfofruttochinasi-1: inhibition and allosteric activation. Phosphofucuttinase-2, protein kinase-cAMP dependent and phosphoprotephosphatase.

3 hours: The pyruvatodehydrogenase complex: mechanism of catalysis and regulation, pyruvatodehydrogenase kinase. Cycle of tricarboxylic acids: biological significance, cellular localization and general design. The chemical reactions of the cycle. Energy efficiency of the cycle. The intermediates of the cycle precursors of biosynthetic pathways. The internal mitochondrial membrane transport systems involved in the Krebs cycle. Regulation of the tricarboxylic acid cycle. The mitochondrial acetyl-CoA shuttle system.

3 hours: Gluconeogenesis. Characteristic reactions of the gluconeogenetic pathway. Structure and mechanism of action of pyruvate carboxylase. Biotin and bioctine. Fosfoenolpiruvatocarbossichinasi. Fructose-1,6-phosphatase and glucose-6-phosphatase. The reversibility of reactions almost to the equilibrium of anaerobic glycolysis in gluconeogenesis. The regulation of gluconeogenesis. Flux to the inner mitochondrial membrane of gluconeogenesis metabolites. The futile cycles in the glicolisigluconeogenesis system: their biological significance. The Cori cycle and the alanine cycle. Use of propionate in higher aerobic organisms.

2 hours: Biological significance and cellular and tissue localization of the pentose phosphate pathway. The oxidative phase of the pathway and the production of NADPH. Structure and biological function of this coenzyme. The non-oxidative phase of the way. Regulation of the way and its different possible functional states. The functional state of the route in the udder in dry and lactation.

3 hours: Glycogen metabolism: cellular localization, tissue and biological significance. Glycogenolysis. Phosphorylase, deramific enzyme and α-1,6-glycosidase. Phosphoglucomutase. Glycogen synthesis. UDPglucoso-fosforilasi, glicogenosintetasi and branching enzyme. Allosteric effectors and covalent modification of phosphorylase. The cascade mechanism for phosphorylase activation. ProteinchinasicAMP-dependent, phosphorylase kinase, phosphoprotephosphatase and inhibitor-1. Allosteric regulation and covalent changes of glycogen synthase. Cascade effect inhibitors of glycogen synthase: proteinquinase-cAMP-dependent, calmodulin-dependent protein kinase and protein kinase C.

6 hours: Fatty acid metabolism. Intestinal absorption and blood transport of fatty acids, triglycerides and cholesterol. CAMP-dependent lipases. Carnitine transport system. Localization, biological significance and β-oxidation reactions. Oxidation of unsaturated fatty acids. Oxidation of fatty acids with an odd number of carbon atoms. Acetyl-CoA biological fate and β-oxidation energy efficiency. Synthesis of fatty acids. Essential unsaturated fatty acids. Synthesis and use of ketone bodies. Molecular pathogenetic mechanisms of ketotic acidosis.

3 hours: Nitrogen cycle. Transamination reactions and oxidative deamination of glutamate. Role of glutamine in the absorption, transport and use of organic nitrogen. Ammoniotelic, uricotelic and ureotelic organisms. Reactions of the urea cycle and its relations with the Krebs cycle. Degradation of purines to uric acid. Notes on the fate of the carbonaceous skeleton of α-amino acids.

6 hours: Mitochondrial respiratory chain and oxidative phosphorylation. Standard electrochemical potential. Relationship between ΔEo 'and ΔGo'. The co-factors of the respiratory chain. NADH-ubiquinol reductase. NADHsuccinico-reductase. Cytochrome c reductase. Cytochrome c oxidase. The electrochemical gradient of H + to the inner mitochondrial membrane. Structure and function of mitochondrial ATPase. Non-respiratory respiratory and non-respiratory systems. Meaning of anaerobic fermentations in the reoxidation of reducing equivalent transporters.

3 hours: The molecular mechanisms of hormonal action. AMP-cyclic, phosphatidylinositol and calmodulin systems. Mechanism of action of steroid hormones, thyroid and vitamins D.

3 hours: Structure and properties of biological membranes. Fluidity of membranes and their asymmetry. Membrane proteins: fluid mosaic model. Biological significance of cellular compartmentalization in eukaryotes. Transmembrane transport mechanisms. Turnover of biological membranes. Endocytosis and receptor-mediated internalization.

4 hours: Rumine biochemistry. Generalities on the ruminal system, physical and chemical conditions of rumen, introduction to ruminal trophic chains, ruminal populations, effect of diet composition on the distribution and relative number of ruminal unicellular populations. Production, absorption and nutritional meaning of volatile fatty acids. Entner-Dudoroff pathway, acrylate pathway, succinate pathway, phosphoroclastic system, synthesis of methane and hydrogen, saturation of polyunsaturated fatty acids, pentose pathway, role of methionine as nutritional factor, pathogenesis of ketotic syndromes in ruminant.

4 hours: The primary structure of DNA. Phosphoribosyl bond and asymmetry of the single stranded DNA chain. Complementarity and antiparallelism of the phosphoribosilic chains in the double chain DNA. Role of hydrogen bonds between the complementary bases of the antiparallel filaments in the stabilization of the primary structure of double stranded DNA. Primary structure of the different RNA species. Structure of ribosomal RNA, transport and messenger. Role of palindrome sequences in the formation of loop or hairpin folds in RNA. The role of RNA folding in space for the expression of catalytic activity or RNA recognition.

4 hours: The double-stranded DNA model according to Watson and Crick. Structural properties of DNA-B. Topological phenomena of double helix DNA: the negative supercoiling state of DNA in vivo. Role of weak forces in stabilizing the secondary structure of nucleic acids. Influence of topological changes of DNA in its nuclear packing and in the transitory destabilization of the double chain structure. Non-coding DNA in eukaryotes: satellite DNA, repeated sequences, Alu sequences and interposed sequences (introns). Their potential biological meaning, also in reference to the identification of the parentality and the attribution to races. Structure of chromosomes.
 
4 hours: Meaning of DNA replication The semi-conservative replication of DNA in prokaryotic and eukaryotic organisms. Sites of origin of the replication in the bacterial circular chromosome and in the linear eukaryotic chromosomes. Factors responsible for the formation of the DNA replication bubble. Replication forks. Biological role of the single strand, topoisomerase and gyrase binding protein in the formation and propagation of the replication bubble. Biological activities of DNA polymerase III and of DNA polymerase I in prokaryotic cells. Guide chain and delayed chain, Okazaki fragments, primasis and completion of the delayed chain. Their equivalents in eukaryotic cells.
 
2 hours: Mechanisms responsible for the accuracy and variability of DNA replication.
 
4 hours: The transcription of genetic information: molecular gene concept, consensus sequence and transcription promoters, RNA polymerase, promoter recognition, mRNA synthesis and its termination in prokaryotes and eukaryotes, meaning of enhancer regions. The lac operon of E. coli. The operon trp.
 
3 hours: Post-transcription maturation and modification processes of eukaryote mRNA.
 
2 hours: Significant examples of biological variability induced by post-transcriptional modification: immunoglobulins, proopiomelanocortin, apolipoproteins, contractile proteins and collagen
 
2 hours: introduction to epigenetics. DNA methylation, CpG islands, microRNAs, DICER and decoy systems, other mechanisms of action of miRNAs, changes of the stonic proteins in relation to the status of eu- and heterochromatin.
 
2 hours From the gene to the protein: the genetic code, biological meaning of the "swinging" of the third base of the codon, the aminoacyl-tRNA synthase, translation of the gene information.
 
3 hours: Translation into prokaryotes: role of mRNA, tRNA, ribosomes; phases of start, lengthening and termination of protein synthesis in prokaryotes. Translation into eukaryotes: comparison with prokaryotes, inhibitors and translation control.
 
5 hours Retraction of the nascent protein and its post-translational covalent modifications, conformational catalysis, prions, proteins addressing and their programmed destruction.

PRACTICAL DIDACTICS: 10 hours
Question times "interactive in the classroom, with open demand.

MOLECULAR BIOLOGY


THEORETICAL DIDACTICS: 30 hours


4 hours: Introduction to recombinant DNA. Restriction enzymes, sequence recombination, cloning vectors, transformation.
 
4 hours: Recombinant libraries, meaning and properties due to the cloning vector and the host cell line. Realization, maintenance and use.
 
5 hours: DNA sequencing, chromosome walking and experimental determination of the genome.
 
4 hours: PCR, nested-PCR, RT-PCR and qRT-PCR.
 
2 hours: Electrophoresis of nucleic acids, Southern and Northern blotting, fingerprinting. Examples of legal medical applications.
 
6 hours. Introduction to bioinformatics. Databases (NCBI and Expasy, REbase, Enzyme). Access and use.
 
5 hours: on-line and FTP resources: open-source applications for multi-alignment of sequences, blasting, clustering of sequences, selection of primers, selection of vectors, visualization of 3D structures of PDB (Rasmol) files. Indicate in detail the topics to be treated in the indicated hours

PRACTICAL DIDACTICS: 10 hours
Question times "interactive in the classroom, with open demand.

Bibliografia e materiale didattico

“I Principi di Biochimica di Lehninger”, David L. Nelson, Michael M. Cox. Sesta edizione. Ed. Zanichelli.
“Biochimica”, Jeremy Berg, John L.Timoczcko, Lubert Stryer. Settima edizione. Ed. Zanichelli
“Biochimica”, C. K. Mathews, K. E. Van Holde, K. G. Ahern, Casa Editrice Ambrosiana, Isbn 88- 408-1287-3 Letture consigliate:
“Chimica organica”, T W Graham Solomons, Craig B Fryhle. Terza edizione italiana. Ed. Zanichelli
“Biologia. Biologia degli Animali”, D. Sadava, H.C. Helle e Altri, Vol. 5 Terza Edizione. Ed. Zanichelli.
“Biologia. L'evoluzione la biodiversità”, D. Sadava, H.C. Helle e Altri, Vol. 3 Terza Edizione. Ed. Zanichelli.
“Biologia. L'ereditarietà e il genoma”, D. Sadava, H.C. Helle e Altri, Vol. 2 Terza Edizione. Ed. Zanichelli

Bibliography

“I Principi di Biochimica di Lehninger”, David L. Nelson, Michael M. Cox. Sesta edizione. Ed. Zanichelli.
“Biochimica”, Jeremy Berg, John L.Timoczcko, Lubert Stryer. Settima edizione. Ed. Zanichelli
“Biochimica”, C. K. Mathews, K. E. Van Holde, K. G. Ahern, Casa Editrice Ambrosiana, Isbn 88- 408-1287-3

Suggested lectures:
“Chimica organica”, T W Graham Solomons, Craig B Fryhle. Terza edizione italiana. Ed. Zanichelli
“Biologia. Biologia degli Animali”, D. Sadava, H.C. Helle e Altri, Vol. 5 Terza Edizione. Ed. Zanichelli.
“Biologia. L'evoluzione la biodiversità”, D. Sadava, H.C. Helle e Altri, Vol. 3 Terza Edizione. Ed. Zanichelli.
“Biologia. L'ereditarietà e il genoma”, D. Sadava, H.C. Helle e Altri, Vol. 2 Terza Edizione. Ed. Zanichelli

Indicazioni per non frequentanti

Nessuna

Non-attending students info

None

Modalità d'esame

L'esame si compone di 2 prove scritte e un'eventuale prova orale. La prima prova scritta è in itinere e relativa alla biochimica; l'altra, che si svolge alla fine del semestre, è inerente alla biologia molecolare. Le prove scritte sono ripetute a ogni appello, possono essere anche sostenute separatamente per la biochimica e la biologia molecolare per il numero di volte che lo studente ritiene opportuno al fine di conseguire il risultato migliore. Superate entrambe le prove scritte, se il voto medio è uguale o superiore ai 24/30 lo studente può rinunciare a effettuare la prova orale. In caso di votazione media compresa tra 18 e 23/30 lo studente è invece tenuto a sostenerla oppure sostenere nuovamente una o più prove scritte agli appelli successivi.

Assessment methods

The exam consists of 2 written tests and a possible oral test. The first written test is ongoing and related to biochemistry; the other, which takes place at the end of the semester, is inherent to the molecular biology. The written tests are repeated at each exam session, they can also be taken separately for biochemistry and molecular biology along the number of times the student deems appropriate in order to achieve the best result. After passing both written tests, if the average mark is equal to or greater than 24/30, the student can renounce taking the oral test. In the case of an average grade between 18 and 23/30, the student is instead required to take the oral exam or to take one or more written tests again in the subsequent exam sessions.

Altri riferimenti web

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gquery/

http://www.expasy.org/tools/

https://iupac.org/what-we-do/nomenclature/

http://goldbook.iupac.org/

Additional web pages

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gquery/

http://www.expasy.org/tools/

https://iupac.org/what-we-do/nomenclature/

http://goldbook.iupac.org/

Note

Nessuna

Notes

None

Ultimo aggiornamento 07/02/2020 15:16