Scheda programma d'esame
BIOCHEMISTRY AND BIOLOGY
LEONARDO ROSSI
Academic year2022/23
CourseNURSING (LICENSING TO NURSING PRACTICE)
Code356EE
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
BIOLOGIABIO/13LEZIONI24
LEONARDO ROSSI unimap
CHIMICA E BIOCHIMICABIO/10LEZIONI24
ANTONIETTA RAFFAELLA MARIA SABBATINI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Biologia

Il corso fornirà nozioni generali sulla funzione e struttura delle membrane cellulari, sui meccanismi di trasporto e sulla struttura e ruolo di nucleo, mitocondri e sistema endomembranoso. Oggetto del coraso sarà anche il flusso della informazione genica e quindi i meccanismi di trascrizione e traduzione.  Verranno fornite informazioni sulla struttura del DNA, il suo impacchettamento e sul ciclo cellulare incluso il meccanismo di replicazione e di divisione cellulare mitotica. Infine il corso tratterà i meccanismi di base della trasmissione dei caratteri ereditabili attraverso lo studio della meiosi, dei principi Mendeliani e di alcune loro estensioni.

Knowledge

Biology:

The course provides general notions on function and structure of cell membranes as well as transport processes. It also focuses on the structure and role of nucleus, mitochondria and the endomembrane system. Moreover, the course approaches the directional flow of genetic information: transcription,translation and basic notions on gene expression. It focuses on DNA structure, packaging as well as on cell cycle,DNA replication and mitosis. This course will also cover the basic mechanisms of the transmission of genetic trait by approaching meiosis, Mendelian principles and some of their extensions.

CHEMISTRY and BIOCHEMISTRY

The student who successfully completes the course will be able to demonstrate knowledge of fundamental principles that guide cellular organization and function. The student 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.

Modalità di verifica delle conoscenze

le conoscenze verranno verificate mediante esame scritto e prove in itinere

Programma (contenuti dell'insegnamento)

 

PROGRAMMA DEL MODULO DI BIOLOGIA PER SCIENZE INFERMIERISTICHE

 

Docente: Professor Leonardo Rossi

e-mail: leonardo.rossi@unipi.it

sede: Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale, sezione di Biologia e Genetica, Primo piano, via volta n°4 56126 Pisa.

Ricevimento: su appuntamento via e-mail. il ricevimento si svolgerà in modalità telematica sulla piattaforma microsoft teams 

 

 

 

    • INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLA CELLULA. Teoria cellulare. Le molecole della vita: proteine, lipidi, glucidi ed acidi nucleici. Le membrane biologiche, struttura ed organizzazione delle componenti lipidiche, proteiche e glucidiche.
    • ORGANIZZAZIONE GENERALE DELLA CELLULA EUCARIOTICA. I tipi di cellule e la classificazione degli organismi. Concetto di citoplasma e citosol. Gli organuli cellulari, il nucleo (struttura dell’involucro nucleare e comunicazione nucleo/citosol), il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso (caratteristiche ultrastrutturali e connessione con il nucleo), l’apparato del Golgi (caratteristiche ultrastrutturali e rapporto con il reticolo), i lisosomi, le vescicole di secrezione, i mitocondri (aspetti ultrastrutturali). Il citoscheletro: microtubuli (struttura, centri di organizzazioni, funzione nel traffico vescicolare, nel battito ciliare e nella divisione cellulare); i microfilamenti (struttura e funzione nella contrazione muscolare, nel movimento ameboide e nella citodieresi); i filamenti intermedi (cenni). Evoluzione della cellula eucariotica, formazione degli organuli e processi di endosimbiosi per mitocondri e cloroplasti
    • LE FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA. Interazione tra cellule e cellule e matrice extracellulare; la trasduzione del segnale, concetto di recettore ed esempi. Le proteine canale ed i carriers. Il trasposto di membrana, concetti di membrana semipermeabile, gradienti di concentrazione ed osmosi. Selettività della membrana plasmatica. Il trasporto passivo; la diffusione semplice e facilitata; il trasporto attivo diretto ed indiretto.
    • STRUTTURA DEL DNA E DEL CROMOSOMA. Struttura degli acidi nucleici DNA e RNA. Il nucleotide, il legame fosfodiesterico, il singolo ed il doppio filamento di DNA. Condensazione del DNA. Etero ed eucromatina. Il cromosoma.
    • GESTIONE DEL MATERIALE GENETICO DURANTE IL CICLO CELLULARE. Le fasi del ciclo cellulare (descrizione generale). La fase S e la duplicazione del DNA: apertura della bolla di replicazione, proteine coinvolte nello svolgimento della doppia elica, il superavvolgimento e le topoisomerasi, attività catalitica delle DNA polimerasi, ruolo dell’innesco a RNA, problematiche relative alla direzione di sintesi e di svolgimento dell’elica. Il filamento anticipato e ritardato, la rimozione degli inneschi, il ruolo della DNA ligasi. Struttura del cromosoma bicromatidico. Concetto di cromatidi fratelli, centromero, bracci e telomero. Classificazione dei cromosomi sulla base della posizione del centromero. La divisione cellulare mitotica.
    • FLUSSO DELLA INFORMAZIONE GENICA. Concetto di genoma. Concetto di gene e struttura generale di un gene negli eucarioti. mRNA, rRNA e tRNA. Concetto di promotore e sequenza di terminazione della trascrizione. Il flusso della informazione genica. La trascrizione, la maturazione dell’mRNA, il codice genetico (caratteristiche), la traduzione.
    • LO SMISTAMENTO DELLE PROTEINE-ESOCITOSI-ENDOCITOSI-DIGESTIONE INTRACELLULARE. Lo smistamento delle proteine sulla base dei segnali di localizzazione. Proteine sintetizzate nel citosol e proteine destinate al sistema endomembranoso. La traslocazione del ribosoma al RER. La sintesi di proteine nel lume e nella membrana del RER. Le vescicole di transizione, il processo della gemmazione e il trasferimento alla cisterna CIS dell’apparato del Golgi. La glicosilazione e il trasporto alla cisterna TRANS. La gemmazione dei lisosomi e delle vescicole di secrezione. La esocitosi, la endocitosi (fagocitosi/pinocitosi/endocitosi mediata da recettore). La digestione intracellulare operata dai lisosomi.
    • METABOLISMO ENERGETICO E MITOCONDRIO. Le reazioni anaboliche e cataboliche. La respirazione cellulare come la reazione di ossidoriduzione nella catalisi del glucosio con trasferimento di elettroni controllato e graduale dal glucosio all’ossigeno. Le didrogenasi. La glicolisi (cenni). La piruvato deidrogenasi e l’ingresso del piruvato nel mitocondrio. Struttura ed origine del mitocondrio. Il ciclo di krebbs (cenni). La catena di trasporto degli elettroni, il gradiente protonico, la fosforilazione ossidativa. Il caso della fermentazione lattica.
    • RIPRODUZIONE - CROMOSOMI OMOLOGHI – ALLELI – GENOTIPO - FENOTIPO - MEIOSI. La riproduzione sessuata ed asessuata, la diploidia, il concetto di cromosomi omologhi, le varianti alleliche, il genotipo, il fenotipo, dominanza completa, dominanza incompleta. La allelia multipla, il caso del gruppo sanguigno ABO, il concetto di codominanza. La meiosi. Il valore N ed il valore c e la loro oscillazione durante il ciclo cellulare.
    • I GAMETI – LA GAMETOGENESI – LA FECONDAZIONE. Struttura e principali caratteristiche del gamete maschile e femminile. Il processo di gametogenesi maschile (contestualizzazione delle fasi della meiosi), le peculiarita del processo di gametogenesi femminile nei mammiferi. La fecondazione, i meccanismi di inibizione della polispermia
    • LE MUTAZIONI: classificazione delle mutazioni (somatiche/germinali; puntiformi/cromosomiche). Classificazione delle mutazioni puntiformi in base a posizione e effetto sul prodotto proteico e sul fenotipo. le mutazioni cromosomiche: mutazioni per variazione nella struttura dei cromosomi: inversioni, delezioni, traslocazioni, duplicazioni. Mutazioni per variazione nel numero dei cromosomi: aneuploidie, poliploidie
    • LA DETERMINAZIONE DEL SESSO. La determinazione del sesso nei mammiferi attraverso il modello cromosomico XX/XY. Il ruolo del cromosoma Y in uomo, le sindromi di klinefelter e Turner. il gene SRY e funzione del suo prodotto proteico TDF. La compensazione del dosaggio

 

PROGRAMMA DEL MODULO DI CHIMICA E BIOCHIMICA PER SCIENZE INFERMIERISTICHE

Docente: Dr.ssa Antonietta R.M. SABBATINI

e-mail: antonietta.sabbatini@med.unipi.it

sede: Dip. Patologia Chirurgica, Medica, Molecolare e dell'Area Critica, Lab. Biochimica, Scuola Medica, via Roma 55, 56126 Pisa.

Ricevimento: su appuntamento via e-mail

CHIMICA

  • STRUTTURA DELLA MATERIA. Atomo e particelle subatomiche. Numero atomico e numero di massa. Concetto di isotopo. Unità di massa atomica. Numeri quantici e orbitali. Energia e riempimento degli orbitali. Tavola periodica degli elementi. Potenziale di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività.
  • Il LEGAME CHIMICO. Covalente puro, covalente polare, dativo, ionico, legame a idrogeno, forze di Van der Waals. 
  • COMPOSTI, REAZIONI CHIMICHE E STECHIOMETRIA. Concetto di valenza e di numero di ossidazione. Nomenclatura (ossidi, anidridi, idrossidi, ossiacidi, idracidi, idruri, sali).  L’equazione chimica. Coefficienti stechiometrici e bilanciamento delle reazioni. Tipi di reazioni chimiche. Reazioni di ossidoriduzione. Peso atomico e molecolare. Concetto di mole, numero di Avogadro. Stechiometria.
  • STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA. Cambiamento di stato. Lo stato solido. Lo stato liquido. Lo stato gassoso.  I gas ideali e la legge di stato. Miscele di gas. La legge di Henry e l'embolia gassosa. 
  • NOZIONI DI TERMODINAMICA. Entalpia, entropia, energia libera. Cinetica chimica. Energia di attivazione di una reazione. Velocità e costante di velocità di una reazione. Catalisi. Equilibrio chimico. Principio di Le Châtelier
  • LE SOLUZIONI. Concetto di soluzione. Solubilità. Concentrazione delle soluzioni (molarità, osmolarità, frazione molare, percentuale p/v e v/v). Effetto di temperatura e pressione sulla solubilità. Proprietà colligative delle soluzioni e fattore di van’t Hoff.  Pressione osmotica. Soluzioni colloidali.
  • ACIDI, BASI E SALI. Concetto di acido-base secondo le teorie di Arrhenius, Bronsted-Lowry, Lewis. Forza di acidi e basi. 
  • pH E SOLUZIONI TAMPONE. Equilibrio acido-base in soluzione acquosa. Dissociazione dell’acqua. Il pH. Il pH di soluzioni di acidi e basi forti. Le soluzioni tampone. Determinazione del pH di una soluzione tampone. Sistemi di tampone fisiologici.
  • ELEMENTI DI CHIMICA ORGANICA. Il carbonio nei composti organici. Rappresentazione dei composti del carbonio: le formule di struttura. Classificazione dei composti organici. Idrocarburi saturi (alcani), insaturi (alcheni, alchini). Idrocarburi aromatici. Composti eterociclici. Alcoli, eteri, tioli. Ammine. Aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici. Derivati degli acidi carbossilici: esteri, anidridi, ammidi. Isomeria ottica.

 

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.

  • I lipidi. La Beta ossidazione. La sintesi dei corpi chetonici.

  • Il glicogeno: struttura, sintesi e degradazione.

  • La gluconeogenesi.

  • La via dei pentosi.

  • Gli ormoni.

 

Syllabus

BIOLOGY

Bacteria, Archaea and Eukarya: properties, strategies and evolution.
 Viruses as endocellular parasites.
 The chemical components of the cell.
 Composition, structure and functions of cell membranes.
 Diffusion and transport through the membrane.
 The intracellular compartments and the sorting of proteins.
 Vesicular traffic. The pathways of endocytosis and secretion. Intracellular digestion.
 The mitochondria, structure, origin and functions.
 The cytoskeleton and cell motility.
 The cycle and cell division: mitosis.
 Asexual and sexual reproduction
 The meiotic division.
 Origin and development of germ cells.
 Fertilization.

 genetic role of DNA.
 The structure of chromatin and chromosomes, the karyotype.
 DNA replication..
 The flow of genetic information.
 The structure of the gene in prokaryotes and eukaryotes.
 The different types of RNA, synthesis and maturation mechanisms.
 The ribosome and protein synthesis.
 The genetic code.
 Basic mechanisms of heredity: Mendel's experiments and their chromosomal and molecular interpretation.
 Incomplete dominance, codominance, multiple alleles.
 Associated genes and crossing-over.

CHEMISTRY

States of aggregation of matter. Atomic theory. Periodic table of the elements. The chemical bonds (pure covalent, polar covalent, dative, ionic, hydrogen bond, Van der Waals forces). Valence and oxidation number concept. Nomenclature (oxides, anhydrides, hydroxides, oxyacids, hydracids, hydrides, salts). The solutions. Method for expressing the concentration of a solution (Molarity, osmolarity, molar fraction, percentage p / v and v / v). Henry's law and gas embolism. Colligative properties, Osmotic pressure. Acids and bases. The pH. Calculation of the pH of solutions of strong acids and bases. Buffer solutions. PH indicators. Elements of organic chemistry (alkanes, alcohols, aldehydes and ketones, carboxylic acids, amines).

 

BIOCHEMISTRY

Structure and classification of amino acids. The essential amino acids. Proteins (primary, secondary, tertiary and quaternary structure). Simple and conjugated proteins. Enzymes (nomenclature, mechanism of action, enzymatic kinetics, Km, enzymatic inhibition). Allosteric enzymes. Coenzymes and vitamins. Structure of Hemoglobin (Hb) and Myoglobin (Mb). Saturation curves of Hb and Mb with oxygen. Allosteric effectors of hemoglobin. Bohr effect. Glycids. Glycolysis: meaning, regulation points, energy yield in aerobiosis and anaerobiosis. Krebs cycle: meaning, regulation and energy yield. Respiratory chain and oxidative phosphorylation. Amino acid metabolism: transamination and oxidative deamination reactions. Metabolic fate of ammonia. Urea cycle. Glycogen: structure, synthesis and degradation. Lipids. Beta oxidation. The synthesis of ketone bodies. Gluconeogenesis. The way of the pentosi. Hormones.

Bibliografia e materiale didattico

Libri di testo consigliati:

P. Solomon, et al. Elementi di Biologia VII edizione, 2017 EDISES

David Sadava, et al. Elementi di Biologia e Genetica  Quarta edizione italiana, 2014 ZANICHELLI

M. Stefani, N. Taddei. Chimica & Biochimica Prima edizione, 2017 ZANICHELLI

Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli.

 

Bibliography

RECOMMENDED TEXTS:

P. Solomon, et al. Elementi di Biologia VII edizione, 2017 EDISES

David Sadava, et al. Elementi di Biologia e Genetica  Quarta edizione italiana, 2014 ZANICHELLI

M. Stefani, N. Taddei. Chimica & Biochimica Prima edizione, 2017 ZANICHELLI

Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli.

Modalità d'esame

Prova in itinere o esame orale per il modulo di Biologia

Prova in itinere,  esame finale scritto o orale per il modulo di Chimica e Biochimica.

Assessment methods

BIOLOGY: ongoing written test, final oral exam.

CHEMISTRY and BIOCHEMISTRY: ongoing written test, final written or oral exam. 

Updated: 12/08/2022 17:38