ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| BIOCHIMICA CELLULARE | BIO/10 | LEZIONI | 72 |
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Lo studente, al termine del corso, sarà in grado di dimostrare una buona conoscenza delle principali problematiche legate alla biochimica cellulare. Avrà acquisito conoscenze sui principali ruoli e funzioni delle proteine nel contesto del sistema cellulare sia dal punto di vista strutturale che metabolico. Infine sarà a conoscenza delle più recenti ricerche sui principali meccanismi coinvolti nella regolazione cellulare sia in condizioni normali che patologiche.
At the end of the course, the student will be able to demonstrate a good knowledge of the main issues related to cell biochemistry. He will gain knowledge of the main roles and functions of proteins in the cellular system context, both from a structural and a metabolic point of view. Finally, he will be familiar with the research on the main mechanisms involved in cellular regulation both in normal and pathological conditions.
La verifica delle conoscenze avverrà mediante un esame orale.
Lo studente verrà valutato sulla sua capacità di discutere i principali contenuti del corso utilizzando la terminologia appropriata. - Nel corso della prova orale lo studente deve essere in grado di dimostrare la sua conoscenza del materiale didattico evidenziando la capacità discutere con proprietà di linguaggio gli argomenti trattati nel corso. Rilevante rislulterà anche la capacità dello studente di creare eventuali collegamenti fra gli argomenti trattati, che evidenzierà la sua capacità di sviluppare un'ampia visione d'insieme su quella che è la biochimica della cellula.
Methods:
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology. - During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material showing a good ability to link and discuss the topics covered in the course. - The student's ability to explain correctly the main topics presented during the course will be assessed.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
- acquisire conoscenze più approfondite sulla relazione, struttura e funzione delle proteine
- comprendere i meccanismi cellulari legati al folding e conoscere le condizioni patologiche che si realizzano quando questi sistemi non funzionano
-conoscenza più approfondita del metabolismo cellulare
-conoscenza più approfondita ddi condizioni di stress ossidativo
-conoscenza più approfondita del ruolo e dell'azione di alcuni fattori di trascrizione es. Nrf2 e HIF coinvolti nel macceanismo di regolazione cellulare
At the end of the course the student will be able to:
acquire more in-depth knowledge of:
the relationship between structure and function of proteins
cellular mechanisms protein folding associated and the pathological conditions that arise when these systems do not work
more in-depth knowledge of cellular metabolism
more in-depth knowledge of oxidative stress conditions
more in-depth knowledge of the role and action of some transcription factors eg. Nrf2 and HIF involved in cellular mechanism regulation
Le capacità acquisite verrano valutate mediante esame orale
The acquired skills will be evaluated by oral examination
Lo studente al termine del corso sarà in grado di
-presentare e discutere i principali processi del metabolismo e della regolazione cellulare sia in ambito fisiologico che patologico
The student at the end of the course will be able to
- to present and discuss the main processes of metabolism and cellular regulation both in physiological and pathological conditions
Durante l'esame orale verrà valutata positivamente la capacità dello studente di correlare diversi argomenti trattati nel corso.
During the oral examination , the student's ability to correlate several topics discussed in the course will be positively evaluated.
Buone conoscenze di Biochimica generale
Good knowledge of General Biochemistry.
Cenni di classificazione delle proteine . Concetto di struttura supersecondaria e struttura superterziaria e presentazione dei principali modelli proteici: esempi. Proteine che legano i nucleotidi: il Rossmann fold. I motivi Walker A e Walker B nelle proteine che legano NTP. Nuove tecniche di targeting di macromolecole biologiche. Il protein folding in vivo; enzimi che assistono il folding: la peptidil prolil isomerasi e la proteina disolfuro isomerasi.Introduzione agli chaperone molecolari le Hsp100 e le Hsp70. I cochaperone che ne regolano l'attività. Hsp60 esempio il sistema GroEL/GroES; small heat shock proteins esempio le alfa cristalline; le Hsp90. Ruolo delle heat shock proteins nei diversi stadi della patologia tumorale. Protein misfolding. La struttura beta amiloide: principali caratteristiche. Principali patologia legate al misfolding: serpinopatie; morbo di Alzheimer. La proteina prionica cellulare e principali differenze con la sua forma malata. Cenni sulla digestione di proteine della dieta. Turnover proteico. Il sistema ubiquitina-proteasoma. Attivazione ubiquitina (E1, E2, E3). Struttura e funzione proteasoma: core e cappuccio. Degradazione proteica associata a reticolo endoplasmatico (ERAD). Ubiquitinazione, patogenesi e cancro.
Cenni su ubiquitina e processi proteasoma-indipendenti: attivazione NF-kB e internalizzazione di recettori di membrana. Sistema lisosomiale: autofagia e eterofagia, sistema calpaina/calpastatina. Metabolismo di neurotrasmettitori. Acetilcolina: colina acetiltransferasi e aceticolinesterasi: inibitori (gas nervini). Catecolammine: dopamina, noradrenalina e adrenalina: sintesi e degradazione. Serotonina: sintesi e degradazione. Istamina: sintesi e degradazione.
Generalità su nucleotidi purinici e pirimidinici. Sintesi di PRPP via PRPS. La via di biosintesi "de novo" delle purine. IMP: un importante punto di diramazione. Regolazione della biosintesi "de novo" delle purine. La biosintesi "de novo" delle pirimidine e sua regolazione. Ribonucleotide reduttasi: meccanismo di reazione radicalico. Regolazione. Timidilato sintasi e diidrofolato reduttasi: bersaglio per agenti chemioterapici. Come funziona Fluoro-uracile. Catabolimo di purine e pirimidine. Xantina ossidasi e gotta. Recupero di purine e pirimidine. Sindromi neurologiche legate a errori del metabolismo purinico: cenni. Sindrome di Lesch-Nyhan e SCID. Sintesi di HMGCoA e HMGCoA riduttasi. Sistema di regolazione di HMG-CoA riduttasi: fosforilazione e SREBP. Cenni su acidi biliari e ormoni steroidei. Prostaglandine, trombossani e leucotrieni: cenni di sintesi. Importanza di arachidonato e acidi grassi essenziali. COX e antinfiammatori non steroidei.Membrane: glicerofosfolipidi e sfingolipidi: cenni sulla sintesi. Proteine di membrana. Glicoforina. Proteine prenilate, acilate e con ancora GPI. Fluidità e asimmetria delle membrane. Zattere lipidiche e caveole. La via del fosfoinositide: Gq, PLC, PIP2, IP3, Calcio, PKC.
Smistamento delle proteine alle varie strutture di membrana. La via secretoria. Traslocazione co-traduzionale e post-traduzionale nel reticolo endoplasmatico. SPR e SR. Attività GTPasica. Il Traslocone. Inserimento delle proteine transmembrana nel doppio strato lipidico. Sintesi della coda di GPI ed aggiunta alla proteina. Processo di N-glicosilazione nel RE: oligosaccaride transferasi. Sistema calnessina/calreticolina e UGGT. Controllo di qualità nel RE. UPR in lievito e nei mammiferi. Smistamento a mitocondrio: funzioni di TOM e TIM.
Metabolismo tumorale. Basi molecolare dell'effetto Warburg. Importanza di PKM2. Metabolismo del NAD: sintesi. Signalling NAD-dipendente: MonoADP ribosilazione, PoliADP ribosilazione, sirtuine, CD38.
Lo stress ossidativo: definizione; formazione delle specie reattive dell'ossigeno. Danni ossidativi sulle proteine: rottura del legame peptidico. Modifiche ossidative reversibili ed irreversibili. La perossidazione lipidica. Prodotti della perossidazione lipidica: malondialdeide e idrossinonenale. Reattività dell'idrossinonenale. I principali sistemi di difesa antiossidante. Redox signaling: approfondimento del ruolo delle specie reattive dell'ossigeno, delle specie reattive dell'azoto e del 4-idrossinonenale come secondi messaggeri.
Correlazione fra autofagia, stress ossidativo e mitocondri: la mitofagia. mTOR come molecola coinvolta nel controllo della crescita cellulare e nelle patologie: cancro, obesità, diabete di tipi II e patologie neurodegenerative. HIF1, Hypoxia-Inducible Factor-1: regolazione, geni target, coinvolgimento nelle principali patologie . Il fattore di trascrizione Nrf2: descrizione dei principali meccanismi che ne attivano il segnale; principali geni regolati da Nrf2. Caratteristiche strutturali di Nrf2 e regolazione dell'attività. Ruolo di Nrf2 nella regolazione del metabolismo cellulare. Struttura e regolazione di Nf-Kb. Meccanismi di attivazione e espressione genica regolata da questo fattore di trascrizione.
Protein classification. Supersecondary structure and superstructure structure and presentation of the main protein models: examples. Nucleotide-binding proteins: the Rossmann fold. The Walker A and Walker B motifs in NTP binding proteins. New targeting techniques of macromolecules: Chemistry in living system. The protein folding in vivo; folding assist enzymes: the peptidyl prolyl isomerase and the disulphide isomerase protein. Introducing the Hsp100 and Hsp70 molecular chaperones. Role of co-chaperones in regulating chaperone activity. Hsp60: the GroEL / GroES system; Small heat shock proteins: alpha crystalline; Hsp90. Role of heat shock proteins in tumor development. Protein misfolding. The beta amyloid structure. Main pathologies associated to protein misfolding: serpinopathies; Alzheimer's disease. Prion protein : physiological and pathological role.
Digestion of dietary proteins. Protein turnover. The ubiquitin-proteasome system. Ubiquitin activation (E1, E2, E3). Proteasome structure and function: core and cap. Protein degradation associated with endoplasmic reticulum (ERAD). Ubiquitination, pathogenesis and cancer.
Protein ubiquitination as independent proteasome processes: NF-kB activation and membrane receptor internalization. Lysosomal system: autophagy and heterophage; calpain / calpastatin system. Neurotransmettitors metabolism. Acetylcholine: choline acetyltransferase and aceticolinesterase: inhibitors (nervin gases). Catecholamines: dopamine, norepinephrine and adrenaline: synthesis and degradation. Serotonin: synthesis and degradation. Istamine: synthesis and degradation.
Purine and pyrimidine nucleotides metabolism. Summary of PRPP via PRPS. The "de novo" biosynthesis pathway of purines. IMP: an important branch point. Regulation of "de novo" biosynthesis of purines. The "de novo" biosynthesis of the pyrimidines and its regulation. Ribonucleotide reductase: radical reaction mechanism. Thymidylate synthase and dihydrofolate reductase: target for chemotherapeutic agents. How Fluoro-uracil works. Catabolites of purines and pyrimidines. Xantina oxidase and gout. Recovery of purines and pyrimidines. Neurological syndromes linked to errors in purine metabolism: hints. Lesch-Nyhan and SCID syndrome. HMG-CoA reductase control system: phosphorylation and SREBP. Notes on bile acids and steroid hormones. Prostaglandins, thromboxanes and leukotrienes: synthesis. Importance of arachidonate and essential fatty acids. COX and non-steroidal anti-inflammatory drugs. Membranes: glycerophospholipids and sphingolipids: synthesis. Membrane Proteins. Glycophorin. Proteins prenylated, acylated and GPI tail . Fluidity and membrane asymmetry. Lipid rafters and caveoles. Phosphoinositide pathway: Gq, PLC, PIP2, IP3, Calcium, PKC. Channel proteins: potassium channel (selectivity), aquaporine.
The secretory pathway. Co-translational and post-translational translocation in the endoplasmic reticulum. SPR and SR. GTPase activity. The Traslocone. Insertion of transmembrane proteins into the double lipid layer. N-glycosylation process in RE: oligosaccharide transferase. Calnessin / calreticolina system and UGGT. Quality control in RE. UPR in yeast and mammals. Mitochondrial messaging: TOM and TIM functions. Cancer Metabolism. Molecular basis of the Warburg effect. Importance of PKM2. NAD metabolism: synthesis. NAD-dependent signaling: MonoADP ribosylation, PoliADP ribosylation, sirtuine, CD38.
Oxidative stress: definition; formation of reactive oxygen species. Protein oxidative damage : peptide bond breakage. Reversible and irreversible oxidative modifications. Lipid peroxidation. Products of lipid peroxidation: malondialdeide and 4-hydroxynonenal. Reactivity of 4-hydroxynonenal. Cellular antioxidant defense systems. Redox signaling: Role of reactive oxygen species, reactive nitrogen species and 4-hydroxynonenal as second messengers.
Correlation between autophagy, oxidative stress and mitochondria: mithophagy. mTOR as a molecule involved in the control of cell growth and pathologies development: cancer, obesity, type II diabetes, and neurodegenerative pathologies. Hypoxia-Inducible Factor-1: regulation, target genes, and pathologic role. Nrf2 transcription factor: description of the main mechanisms that activate the signal; gene expression regulated by Nrf2. Nrf2 structural features and regulation of activity. Nrf2 role in cellular metabolism. Nf-Kb structure. Mechanisms of activation and gene expression regulated by this transcription factor.
Libri di testo: "Biochimica" Autori Voet and Voet Editore Zanichelli e "Cellule"Autori Pratt Autors Lewin, Cassimeris, Lingappa, Plopper Editore Zanichelli.
Articoli scientifici su temi specifici quali la struttura delle proteine, e il metabolismo cellulare
Slides relative alle lezioni.
Ulteriore bibliografia sarà indicata
"Biochemistry" Authors Voet, Voet and Pratt "Cells" Autors Lewin, Cassimeris,Lingappa, Plopper Recommended reading includes scientific articles on specific issues such as protein structure, and cellular metabolism Further bibliography will be indicated
Esame Orale
Oral Examination
