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    Fulvio DELLA RAGIONE

    Insegnamento di C I BIOCHIMICA

    Corso di laurea magistrale a ciclo unico in MEDICINA E CHIRURGIA (Sede di Napoli)

    SSD: BIO/10

    CFU: 10,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 100,00

    Periodo di Erogazione: Annualità Singola

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    Italiano

    Contenuti

    Il corso di Biochimica è strutturato in due semestri. Sono riportati in sintesi, i contenuti.
    Gli argomenti del primo semestre sono: struttura delle principali classi di molecole in biochimica: amminoacidi e proteine; mono, oligo e polisaccaridi; acidi grassi e trigliceridi, colesterolo e lipidi di membrana; enzimi e regolazione enzimatica; le vitamine idrosolubili e i coenzimi; le vitamine liposolubili; ormoni lipo e idrosolubili; i recettori nucleari e di membrana; la trasduzione del segnale.
    La seconda parte sarà soprattutto rivolta al metabolismo energetico, con una introduzione sui principi della termodinamica, il mitocondrio e i sistemi navetta per l’ingresso o l’uscita di metaboliti; digestione e assorbimento dei principali nutrienti; le principali vie di degradazione e di sintesi del metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e degli amminoacidi. Le reazioni di trasformazione delle ammine biogene, degli ormoni e dei neurotrasmettitori derivati da amminoacidi (ad es. adrenalina, DOPA e ormoni tiroidei); la sintesi e il catabolismo delle basi puriniche e pirimidiniche e dell'EME e i difetti congeniti del metabolismo con le relative patologie. La via di transulfurazione e il metabolismo delle unità carboniose con il ruolo dei Folati, della vit B6 e della vit.B12. Cause dell’iperomocisteinemia e patologie correlate. Carenze di Folato e/o vit. B12 e patologie correlate
    Al termine del corso, gli studenti dovranno aver appreso la struttura e la funzione delle biomolecole più importanti, in particolare, delle proteine (es. enzimi, collageno, emoglobina), dei carboidrati (es. glucosio, glicogeno), dei lipidi (di membrana e di deposito). Inoltre dovranno conoscere le principali vie metaboliche e la loro regolazione.

    Testi di riferimento

    T. M. Devlin BIOCHIMICA con aspetti clinici Casa Editrice EdiSES

    D.L. Nelson, M.M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER Casa editrice Zanichelli

    Voet D., Voet J.G, Pratt. C.W. FONDAMENTI DI BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli

    Campbell / Farrell BIOCHIMICA Casa editrice EdiSES

    J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli

    L.A.Moran, K.G.Scrimgeour, H.R.Horton,R.S.Hochs, J.D.Rawn BIOCHIMICA Casa editrice McGroww-Hill
    Garrett e Grisham- Principi di Biochimica – Ed. Piccin

    Obiettivi formativi

    Il corso di Biochimica mira a fornire agli studenti di medicina le basi chimiche e biologiche per comprendere la relazione tra struttura e funzione delle principali classi di biomolecole e la regolazione, a livello molecolare e cellulare, delle principali vie metaboliche. Queste conoscenze serviranno al futuro medico per la comprensione delle basi molecolari delle patologie nell'uomo.

    Prerequisiti

    Per poter seguire con profitto il corso di BIOCHIMICA gli studenti dovranno aver acquisito basi ben consolidate in Biologia e Biologia Molecolare, Fisica, Chimica e Propedeutica Biochimica, come specificamente indicato dal Consiglio della Scuola di Medicina e Chirurgia.

    L'accesso all'esame è regolato dal superamento degli esami propedeutici, secondo quanto stabilito dal Consiglio di Corso di Laurea.

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali: il materiale didattico verrà distribuito alla fine delle lezioni. Durante la lezione sarà stimolata la discussione sia per fornire ulteriori informazioni sia per ulteriori approfondimenti sull’argomento trattato. Saranno inoltre disponibili incontri programmati in piccoli gruppi per fornire spiegazioni sugli argomenti trattati durante le lezioni.

    Altre informazioni

    Nessuna

    Programma del corso

    Le proprietà che caratterizzano i sistemi viventi. Le biomolecole. Le macromolecole e le loro subunità monomeriche. L'idoneità biologica dell'acqua.

    Gli amminoacidi: le unità costitutive delle proteine. Proprietà acido-base degli amminoacidi. Attività ottica e stereochimica degli amminoacidi. Introduzione alla struttura delle proteine.

    Le molteplici funzioni biologiche delle proteine. Cenni sui peptidi con attività biologica Livelli di organizzazione strutturale delle proteine. Proteine fibrose e proteine globulari. Struttura primaria. Struttura secondaria. Struttura terziaria. Struttura quaternaria.

    Il collageno: composizione amminoacidica e struttura a tripla elica del tropocollageno. Tappe di sintesi e maturazione del collageno. Le principali collagenopatie.

    Proteine che trasportano l'ossigeno; mioglobina ed emoglobina. Struttura tridimensionale delle due molecole. Curva di saturazione della mioglobina e dell'emoglobina. Fattori che influenzano l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno. L'effetto Bohr. IL trasporto ematico della CO2. Il difosfoglicerato. Emoglobinopatie.

    Gli enzimi. Energia di attivazione e azione dei catalizzatori. Potere catalitico, specificità e regolazione degli enzimi. Il grafico di Michaelis- Menten. Parametri della cinetica enzimatica: Vmax e Km. Il grafico di Lineweaver-Burk. Inibizione enzimatica competitiva e non competitiva. Regolazione enzimatica: allosterismo e modificazione covalente. Attivazione di zimogeni. Isoenzimi. Le vitamine idrosolubili e il loro ruolo come coenzimi.

    I carboidrati: classificazione e struttura chimica. Disaccaridi riducenti e non riducenti. Oligosaccaridi: glicoproteine e glicolipidi. Omopolisaccaridi vegetali: amido e cellulosa. Il glicogeno: presenza e ruolo fisiologico nei vari tessuti. I glicosamminoglicani e i proteoglicani.

    I lipidi: classificazione e struttura chimica. Acidi grassi saturi e insaturi. Acidi grassi essenziali. Lipidi di riserva e lipidi di membrana. Triacilgliceroli, glicerofosfolipidi e sfingolipidi. Steroli: il colesterolo e i suoi derivati. Eicosanoidi. Vitamine liposolubili A, D, E e K.

    Ormoni: struttura, classificazione e cenni sulla biosintesi. Aspetti biochimici dei meccanismi molecolari dell'azione degli ormoni.

    Introduzione al metabolismo. Le vie metaboliche. Principi di bioenergetica. Le leggi della termodinamica. La variazione di energia libera. Il trasferimento dei gruppi fosforici e l'ATP. L'energia libera di idrolisi dell'ATP.

    Digestione ed assorbimento dei glucidi. Intolleranza al lattosio. Glicolisi: le tappe, la regolazione, il bilancio energetico. Glicolisi aerobia ed anaerobia. Gli isoenzimi della lattico deidrogenasi. Il metabolismo del fruttosio e del galattosio.

    Decarbossilazione ossidativa del piruvato e sua conversione in acetil-CoA. Il complesso della piruvato deidrogenasi: sua azione e regolazione.

    Il ciclo dell'acido citrico: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. Funzioni del ciclo di Krebs e sua interrelazione con altre vie metaboliche. Le reazioni anaplerotiche.

    La catena respiratoria. Il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa. La teoria chemioosmotica. Inibizione e disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa. I sistemi navetta per il trasporto nel mitocondrio degli equivalenti riducenti dal NADH citosolico.

    Metabolismo del glicogeno: reazioni e bilancio energetico della glicogenosintesi e della glicogenolisi. Regolazione del metabolismo del glicogeno nel muscolo e nel fegato. Regolazione ormonale della glicemia: insulina, glucagone, adrenalina. Le malattie da accumulo di glicogeno.

    La gluconeogenesi: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. Regolazione reciproca della glicolisi e della gluconeogenesi. Il ciclo di Cori. Il ciclo glucosio-alanina.

    Il ciclo dei pentoso fosfati: le reazioni, il bilancio energetico. Deficienza eritrocitaria della glucosio-6-fosfato deidrogenasi. Ruolo del glutatione.

    Digestione ed assorbimento dei lipidi. Le lipoproteine plasmatiche. Catabolismo dei triacilgliceroli e dei fosfolipidi. Biosintesi del colesterolo: reazioni e regolazione. I sali biliari. Beta ossidazione degli acidi grassi saturi e insaturi. Formazione e utilizzazione dei corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. Le reazioni di allungamento e di desaturazione degli acidi grassi. Biosintesi dei triacilgliceroli e dei fosfolipidi.

    Digestione delle proteine. Proteine ad alto e a basso valore biologico: gli amminoacidi essenziali e non essenziali. Attivazione degli zimogeni gastrici e pancreatici e azione degli enzimi attivi. Assorbimento degli amminoacidi: il pool amminoacidico. Destino metabolico del gruppo amminico: la glutammina sintetasi, le transaminasi e la glutammico deidrogenasi. Forme di escrezione dell'azoto proteico. Ciclo dell'urea: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. I difetti genetici del ciclo dell'urea. Destino dello scheletro carbonioso: amminoacidi glucogenici e amminoacidi chetogenici. S-Adenosilmethinine, la via di transulfurazione, ruolo del Tetraidrofolato (THF) e delle vitamine B6 and B12. Sintesi di Glicina/cisteina. Deficit di Acido Folico, o B9, o B12 come fattore di rischio nelle malattie dell’uomo.
    Biosintesi e catabolismo dell'eme: le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico. I pigmenti biliari.

    Biosintesi e catabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici; le reazioni, la regolazione, il bilancio energetico.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The Biochemistry course is organized as follows.
    The topics of the first semester are: basic knowledge of the structure of the main classes of molecules in biochemistry: amino acids and proteins; mono, oligo and polysaccharides; fatty acids and triglycerides, cholesterol and membrane lipids; enzymes and enzymatic regulation; water-soluble vitamins and coenzymes; the fat-soluble vitamins; lipo and water-soluble hormones; nuclear and membrane receptors; signal transduction.

    The second part will mainly focus on energy metabolism, with an introduction to the principles of bioenergetics; digestion and absorption of the main nutrients; description of the main routes of degradation and synthesis of carbohydrates, lipids and amino acids. The transformation reactions of the biogenic amines and of the hormones and neurotransmitters derived from amino acids (for example adrenaline, DOPA and thyroid hormones) will be illustrated, the synthesis and catabolism of purine and pyrimidine bases and the heme prosthetic group and the congenital defects of the metabolism will be described. The transulfation pathway and the metabolism of carbonaceous units with the role of Folate, vit B6 and vit.B12. Causes of hyperhomocysteinemia and related diseases.

    At the end of the course, students must have learned the structure and function of the most important biomolecules, in particular, proteins (eg enzymes, collagen, hemoglobin), carbohydrates (eg glucose, glycogen), lipids (membrane and deposit). They will also need to know the main metabolic pathways and their regulation.

    Textbook and course materials

    T. M. Devlin BIOCHIMICA con aspetti clinici Casa Editrice EdiSES

    D.L. Nelson, M.M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER Casa editrice Zanichelli

    Voet D., Voet J.G, Pratt. C.W. FONDAMENTI DI BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli

    Campbell / Farrell BIOCHIMICA Casa editrice EdiSES

    J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer BIOCHIMICA Casa editrice Zanichelli

    L.A.Moran, K.G.Scrimgeour, H.R.Horton,R.S.Hochs, J.D.Rawn BIOCHIMICA Casa editrice McGroww-Hill
    Garrett e Grisham- Principi di Biochimica – Ed. Piccin

    Course objectives

    The Biochemistry course aims to provide medical students with the chemical and biological bases necessary for understanding the relationship between structure and function of the main classes of biomolecules and the regulation, at the molecular and cellular level, of the main metabolic pathways. This knowledge will serve the future doctor to understand the molecular basis of human diseases.

    Prerequisites

    In order to attend proficiently the course of BIOCHEMISTRY the students will need to have acquired a well-established background in Biology and Molecular Biology, Physics, Chemistry and Propaedeutic Biochemistry, as specifically indicated by The Council of the School of Medicine and Surgery .

    Teaching methods

    The course will be carried out with lectures by presenting slides in Power point or other computer equipment. Teachers will be available throughout the course to provide explanations on the topics covered during the lessons and to support students during their training.

    Evaluation methods

    Oral Examination: the oral test, lasting about 30 minutes, intends to ascertain the learning of knowledge on the structure of the most important molecules in Biochemistry such as carbohydrates, amino acids and proteins, fatty acids and cholesterol both in their structural and metabolic role. The student must be able to demonstrate an adequate knowledge of biochemical pathways and to be able to connect cellular metabolism with hormonal regulation following the dynamic scheme fasting / good nutrition transition. Some mention will be requested on the molecular basis of some pathologies, such as those generated by genetic alterations. The final grade is expressed as 30/30 were 18 represents the minimum and 30 the maximum and it is established during the oral exam.

    Other information

    None

    Course Syllabus

    The properties of living systems. Biomolecules. Macromolecules and their structure. The importance of water in biochemistry.
    Amino acids: the constitutive units of proteins. Acid-base properties of amino acids. Optical activity and stereochemistry of amino acids. Introduction to the structure of proteins.
    The biological functions of proteins. Peptides with biological activity Levels of structural organization of proteins. Fibrous proteins and globular proteins. Primary structure. Secondary structure. Tertiary structure. Quaternary structure.
    Collagen: amino acid composition and triple helix structure of the tropocollagen. Synthesis and maturation stages of collagen. The main collagen diseases.
    Proteins that carry oxygen; myoglobin and hemoglobin. Three-dimensional structure of the two molecules. Saturation curve of myoglobin and hemoglobin. Factors that influence the affinity of hemoglobin for oxygen. The Bohr effect. CO2 blood transport. Diphosphoglycerate. Haemoglobinopathies.
    Enzymes. Activation energy and catalyst action. Catalytic power, specificity and regulation of enzymes. The graph of Michaelis-Menten. Parameters of enzymatic kinetics: Vmax and Km. The Lineweaver-Burk graph. Competitive and non-competitive enzymatic inhibition. Enzymatic regulation: allosterism and covalent modification. Activation of zymogens. Isozymes. Water-soluble vitamins and their role as coenzymes.
    Carbohydrates: classification and chemical structure. Reducing and non-reducing disaccharides. Oligosaccharides: glycoproteins and glycolipids. Vegetable homopolysaccharides: starch and cellulose. Glycogen: presence and physiological role in various tissues. Glycosaminoglycans and proteoglycans.
    Lipids: classification and chemical structure. Saturated and unsaturated fatty acids. Essential fatty acids. Reserve lipids and membrane lipids. Triacylglycerols, glycerophospholipids and sphingolipids. Sterols: cholesterol and its derivatives. Eicosanoids. Fat-soluble vitamins A, D, E and K.
    Hormones: structure, classification and outline of biosynthesis. Biochemical aspects of the molecular mechanisms of hormone action.
    Introduction to metabolism. The metabolic pathways. Principles of bioenergetics. The laws of thermodynamics. The variation of free energy. Transfer of phosphoric groups and ATP. The free energy of ATP hydrolysis.
    Digestion and absorption of carbohydrates. Lactose intolerance. Glycolysis: stages, regulation, energy balance. Aerobic glycolysis and anaerobia. The isoenzymes of lactic dehydrogenase. The metabolism of fructose and galactose.
    Oxidative decarboxylation of pyruvate and its conversion to acetyl-CoA. Pyruvate dehydrogenase complex: its action and regulation.
    The citric acid cycle: reactions, regulation, energy balance. Functions of the Krebs cycle and its interrelation with other metabolic pathways. Anaplerotic reactions.
    The respiratory chain. Electron transport and oxidative phosphorylation. The chemo-osmotic theory. Inhibition and decoupling of oxidative phosphorylation. Shuttle systems for mitochondria transport of reducing equivalents from cytosolic NADH.
    Glycogen metabolism: reactions and energy balance of glycogen synthesis and glycogenolysis. Regulation of glycogen metabolism in muscle and liver. Hormonal regulation of blood glucose: insulin, glucagon, adrenaline. Glycogen storage diseases.
    Gluconeogenesis: reactions, regulation, energy balance. Mutual regulation of glycolysis and gluconeogenesis. The Cori cycle. The glucose-alanine cycle.
    The pentose phosphate cycle: reactions, energy balance. Erythrocyte deficiency of glucose-6-phosphate dehydrogenase. Role of glutathione.
    Digestion and absorption of lipids. Plasma lipoproteins. Catabolism of triacylglycerols and phospholipids. Cholesterol biosynthesis: reactions and regulation. Bile salts. Beta oxidation of saturated and unsaturated fatty acids. Formation and use of ketone bodies. Biosynthesis of fatty acids: reactions, regulation, energy balance. Fatty acid elongation and desaturation reactions. Biosynthesis of triacylglycerols and phospholipids.
    Protein digestion. High and low biological value proteins: essential and non-essential amino acids. Activation of gastric and pancreatic zymogens and action of active enzymes. Absorption of amino acids: the amino acid pool. Metabolic fate of the amino acid group: glutamine synthetase, transaminases and glutamic dehydrogenase. Forms of excretion of protein nitrogen. Urea cycle: reactions, regulation, energy balance. Genetic defects of the urea cycle. Fate of the carbon skeleton: glucogenic and ketogenic amino acids. S-Adenosylmethionine, transulfuration pathway, role of THF, B6 and B12; Glycine/Cysteine synthesis. Folic acid or B9 or B12 deficiency as risk factor for human disease.
    Biosynthesis and catabolism of heme: reactions, regulation, energy balance. Bile pigments.
    Biosynthesis and catabolism of purine and pyrimidine nucleotides; reactions, regulation, energy balance.

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