CdSVITICOLTURA ED ENOLOGIA
Codice190GG
CFU6
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| BIOCHIMIICA | AGR/13 | LEZIONI | 64 |
|
Al termine del corso:
- lo studente avrà acquisito le conoscenze delle più importanti reazioni e vie metaboliche, con particolare attenzione alle relazioni tra struttura e funzione delle principali classi di macromolecole e alla regolazione metabolica a livello molecolare e cellulare;
- lo studente avrà compreso i principali meccanismi biochimici che regolano le più importanti funzioni metaboliche;
- lo studente avrà acquisito le conoscenze della più comune strumentazione e del materiale analitico presente in un laboratorio di biochimica.
At the end of the course:
- the student will acquire the knowledges needed to understand the physical, chemical and biological context of the organic molecules, reactions and metabolic pathways, with particular attention to i) the structure/function relationship of the main macromolecules, and ii) the metabolic regulation at both the molecular and cellular level;
- the student will understand the main biochemical mechanisms which regulate the most important metabolic functions;
- the student will acquire the knowledge of the most common instrumentation and of the glassware present in a biochemical laboratory.
Per l’accertamento delle conoscenze saranno svolte delle prove scritte in itinere, oltre a incontri tra il docente e gli studenti che si svolgeranno mediante lezioni di accertamento finalizzate alla valutazione delle conoscenze acquisite. Nello specifico:
- conoscenza della bioenergetica e della cinetica 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 amminoacidi;
- comprensione dei processi metabolici cellulari e delle 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 superamento dell’esame, ma soprattutto capacità e metodi di apprendimento adeguati per l’aggiornamento e l’innalzamento delle proprie competenze nell’ambito della biochimica vegetale;
- lo studente avrà acquisito la capacità di comprendere in un quadro generale i principali processi anabolici e catabolici che avvengono nella cellula e le interconnessioni tra questi, nonché le leggi che regolano i processi chimici nella cellula;
- lo studente avrà acquisito la capacità di muoversi in un laboratorio chimico e utilizzare il materiale (glassware) e la strumentazione presente.
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 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;
- the student will acquire the skill to operate in a chemical laboratory and to use both the material (glassware) and the equipment present herein.
Durante lo svolgimento del corso saranno effettuate lezioni di accertamento durante le quali lo studente dovrà dimostrare di:
- avere acquisito la capacità di svolgere esercizi di termodinamica nonché 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 avrà acquisito e/o sviluppato:
- la capacità di utilizzare gli strumenti di base di un laboratorio di biochimica;
- la capacità di risolvere un problema di termodinamica relativo a un processo metabolico;
- la capacità di 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 (determinazioni analitiche di alcuni dei principali composti, saggi enzimatici);
- 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 (analytical determination of some main compounds, enzymatic assays);
- 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 sono necessarie le conoscenze iniziali di:
- chimica generale e nello specifico i legami chimici, la termodinamica, le reazioni di ossido-riduzione, l’elettrochimica nonché le proprietà delle soluzioni acquose;
- chimica organica per quanto riguarda la struttura delle molecole organiche, i principali gruppi funzionali e reazioni chimiche 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 diapositive, mentre quelle in laboratorio sono effettuate in un laboratorio didattico predisposto ed attrezzato per svolgere esercitazioni chimiche;
- le esercitazioni in laboratorio vengono effettuate per gruppi di studenti;
- viene utilizzato il sito E-learning del CdS dove viene fornito il materiale didattico utilizzato nelle lezioni frontali e sono pubblicate le comunicazioni di qualsiasi tipo con gli studenti;
- l’interazione tra docente e studenti avviene anche mediante ricevimenti, posta elettronica e studenti consiglieri;
- sono presenti prove intermedie scritte.
- 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 groups of students;
- the E-learning 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.
Bioenergetica. Entalpia, entropia ed energia libera; variazione di energia libera; energia libera reale e standard; reazioni endoergoniche ed esoergoniche e loro accoppiamento; energia libera e costante di equilibrio delle reazioni; potenziale di ossidoriduzione; energia libera e potenziale redox; legami ricchi di energia; principali composti ricchi di energia; struttura e caratteristiche dell’ATP; carica energetica della cellula.
Enzimi. Struttura delle proteine. Nomenclatura e classificazione degli enzimi; struttura, proprietà e meccanismi di azione degli enzimi; energia di attivazione; interazioni enzima-substrato; ordine delle reazioni; velocità di reazione e sua dipendenza da temperatura, pH, concentrazione dell’enzima e del substrato; costante di Michaelis-Menten; meccanismi di inibizione (competitiva, non competitiva, feed-back); enzimi allosterici; isoenzimi; complessi enzimatici. Struttura e caratteristiche dei principali cofattori enzimatici.
Membrane. Composizione lipidica delle membrane: acidi grassi, fosfolipidi, glicolipidi e steroli. Proprietà chimico-fisiche: permeabilità e fluidità. La componente proteica delle membrane. Costituzione delle membrane biologiche: il modello a mosaico fluido.
Trasporto di membrana. Aspetti termodinamici del trasporto dei soluti; gradiente elettrochimico; trasporto passivo (diffusione, diffusione facilitata, canali) ed attivo (trasporto primario e secondario). Nutrienti minerali: competizione ionica, antagonismo e sinergismo; forma chimica di assorbimento.
Respirazione. Fattori interni ed esterni influenzanti la respirazione; quoziente respiratorio; glicolisi e fermentazione; complesso della piruvato deidrogenasi; ciclo di Krebs; struttura e funzionamento della catena di trasporto elettronico; fosforilazione a livello del substrato e fosforilazione ossidativa; ipotesi chemio-osmotica di Mitchell; bilancio energetico della respirazione; regolazione della respirazione. La via dei pentosi fosfato.
Sintesi dei lipidi. Biosintesi ed allungamento degli acidi grassi. Desaturazione degli acidi grassi.
Fotosintesi. Natura della luce e proprietà delle radiazioni luminose; pigmenti fotosintetici: carotenoidi e clorofille; trasferimento di energia radiante mediante risonanza; complessi antenna, fotosistemi e centri di reazione; separazione di carica; fotolisi; meccanismo del trasporto elettronico tilacoidale; fotofosforilazione non ciclica e ciclica; assimilazione C3 del carbonio; ciclo di Calvin; regolazione della fotosintesi; fotorespirazione.
Sintesi dei carboidrati. Sintesi del saccarosio e dell’amido; regolazione del metabolismo in funzione dell’alternanza luce/buio; trasporto a lunga distanza.
Metabolismo azotato. Riduzione assimilatoria dei nitrati; ciclo della glutammina; altri meccanismi di biosintesi degli amminoacidi.
Metabolismo secondario. Biosintesi dei composti fenolici: via dello scichimato e dei fenilpropanoidi (fenoli non flavonoidi e flavonoidi).
Nutrizione minerale. Definizione e classificazione degli elementi nutritivi; criteri di essenzialità degli elementi; funzioni degli elementi essenziali.
Bioenergetics. Enthalpy, entropy and free energy; free energy change; standard free energy; endergonic and exergonic reactions and their coupling; free energy and equilibrium constant; redox potential; free energy and redox potential relationship; energy-rich bonds; main energy-rich compounds; structure and characteristics of ATP; energy charge of the cell.
Enzymes. Protein structure; Nomenclature and classification of enzymes; structure, properties and mechanisms of action of enzymes; activation energy; enzyme-substrate interactions; order of reactions; reaction speed and its dependence on temperature, pH, and enzyme and substrate concentrations; Michaelis-Menten constant; mechanisms of enzymatic inhibition (competitive, non-competitive, feedback); allosteric enzymes; isozymes; enzymatic complexes. Structure and characteristics of the main enzymatic cofactors.
Membranes. Lipid composition of membranes: fatty acids, phospholipids, glycolipids and sterols. Chemical-physical characteristics: permeability and fluidity. Membrane proteins. Biological membrane structure: the fluid mosaic model.
Membrane transport. Thermodynamic aspects of solute transport; electrochemical gradient; passive transport (diffusion, facilitated diffusion, channels) and active transport (primary and secondary transports). Mineral nutrients: ionic competition, antagonism and synergism; chemical forms of uptake.
Respiration. Internal and external factors which influence respiration; respiratory quotient; glycolysis and fermentation; the pyruvate dehydrogenate complex; the Krebs cycle; electronic transport chain: structure and functioning; phosphorylation at the substrate level and oxidative phosphorylation; Mitchell chemo-osmotic theory; respiratory energy balance; regulation of respiration. The pentose-phosphate pathway.
Lipid synthesis. Fatty acid biosynthesis and elongation. Fatty acid desaturation.
Photosynthesis. Light radiation properties; photosynthetic pigments: carotenoids and chlorophylls; light energy transfer by resonance; antenna complexes, photosystems and reaction centres; charge separation; photolysis; thylakoid electronic transport mechanism; non-cyclic and cyclic photophosphorylation; C3 carbon assimilation; the Calvin cycle; regulation of photosynthesis; photorespiration.
Synthesis of carbohydrates. Synthesis of sucrose and starch; regulation of metabolism as a function of light/dark alternation; long distance transport.
Nitrogen metabolism. Assimilatory reduction of nitrates; the glutamine cycle; other amino acid biosynthetic mechanisms.
Secondary metabolism. Biosynthesis of phenolics: the shikimate and phenylpropanoid (non-flavonoid and flavonoid phenols) pathways.
Mineral nutrition. Classification of the nutritive elements; criteria for element essentiality; functions of plant essential elements.
- Autori vari (2016) Fondamenti di biochimica agraria. Pàtron Editore, Bologna.
- Buchanan B., Gruissem W., Jones R.L. (2003) Biochimica e biologia molecolare delle piante. Zanichelli, Bologna.
- Nelson D.L., Cox M.M. (2015) Introduzione alla biochimica di Lehninger. Zanichelli, Bologna.
- Ritter P. (1998) Fondamenti di biochimica. Zanichelli, Bologna.
- Il materiale didattico utilizzato dal docente sarà disponibile online all’indirizzo: http://elearning.agr.unipi.it
In addition to the material provided by the teacher (http://elearning.agr.unipi.it), the reading of a plant biochemistry book is suggested.
Reference books in Italian:
- Autori vari (2016) Fondamenti di biochimica agraria. Pàtron Editore, Bologna.
- Buchanan B., Gruissem W., Jones R.L. (2003) Biochimica e biologia molecolare delle piante. Zanichelli, Bologna.
- Nelson D.L., Cox M.M. (2015) Introduzione alla biochimica di Lehninger. Zanichelli, Bologna.
- Ritter P. (1998) Fondamenti di biochimica. Zanichelli, Bologna.
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.
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 due prove scritte in itinere;
- le prove scritte consistono in una serie di domande/esercizi/problemi da risolvere inerenti gli argomenti trattati nell’insegnamento sino ad una settimana antecedente la verifica e si svolgono in un’aula con una durata di due ore. Le prove in itinere positive 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) in ciascuna delle due prove scritte, il superamento dell’esame avviene calcolando la valutazione media. Nel caso in cui lo studente acquisisca valutazioni inferiori a 18/30 in una delle due prove in itinere, deve sostenere l’esame orale su quella parte di programma valutata insufficiente;
- gli studenti non frequentanti, coloro che non hanno superato le prove in itinere o decidono di non sostenerle debbono effettuare una prova scritta per l’accesso all’orale della durata di 1,5 ore. 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 una terminologia corretta, quando dimostra di aver compreso il metabolismo cellulare ed è in grado di mettere in relazione le diverse parti del programma, quando è capace di scrivere correttamente le strutture chimiche delle molecole organiche e le reazioni delle principali vie metaboliche.
- the examination consists of two ongoing written tests;
- the ongoing 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 test, the student must take an oral examination on the part of the programme considered insufficient;
- not-attending students, those who did not pass the ongoing tests or decided not to take them must pass a written examination for the admission to the oral interview. The written test will last 1.5 hours and is 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 of the oral examination is about 30 to 45 minutes. The students who have to recover an insufficient ongoing test must take an oral examination on the programme of the deficient test. For the students who want to improve the evaluation 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.