Corso di Laurea in Scienze e tecnologie agrarie - STA

Conoscenza delle basi di chimica generale e dei metalli, equazioni redox.
Conoscenza della chimica del carbonio e delle reazioni organiche sui gruppi aminici, carbonilici, carbossilici, alcoolici.

Questo insegnamento fornisce conoscenze e capacità applicative di biochimica e di alcune procedure tecnico-analitiche in ambito biochimico.

Il corso si propone di fornire agli studenti i fondamenti della Chimica Biologica, partendo dalla struttura-funzione delle biomolecole per arrivare ai concetti base del metabolismo.

Nel dettaglio le finalità sono articolate in tre punti:

1. Fornire le competenze teoriche e le nozioni relative alla conoscenza e al ruolo delle macromolecole biologiche nei processi biochimici, identificare i gruppi funzionali delle biomolecole (anche attraverso esercitazioni mirate) a partire dai componenti più semplici (monosaccaridi, amminoacidi, nucleotidi), fino agli esempi di organizzazione di sistemi sopramolecolari complessi (catena respiratoria, motori molecolari)
2. Fornire i concetti chiave della catalisi enzimatica e delle funzioni metaboliche di base, con un inquadramento generale integrato dei cicli metabolici fondamentali.
3. Avviare gli studenti all'approccio sperimentale in campo biochimico, attraverso esercitazioni pratiche di laboratorio in cui si introducono le tecniche biochimiche di base (preparazione di tamponi, uso pHmetro, trattamento di dati sperimentali, rette di regressione, valutazione dell'errore sperimentale, identificazione della purezza e della concentrazione degli analiti), e si apprende ad applicare correttamente una tecnica (la spettrofotometria) per analisi qualitative e quantitative di molecole biologiche

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE.
Al termine dell'insegnamento lo studente comprenderà:
Aspetti chimici/biochimici: lo studente dovrà essere in grado di padroneggiare i concetti biochimici fondamentali. Dovrà essere capace di riconoscere e interpretare strutture molecolari di base (competenze fornite anche attraverso le esercitazioni). Conoscerà i concetti chiave della catalisi enzimatica e i cicli metabolici fondamentali.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE.
Al termine dell'insegnamento, lo studente sarà in grado di applicare:
Metodologie biochimiche, biomolecolari e biotecnologiche e procedure metodologiche e strumentali ad ampio spettro per la ricerca biologica: in dettaglio verranno verificate in sede di esercitazione pratica le competenze acquisite nella preparazione di tamponi, misurazioni spettrofotometriche e legge di Lambert Beer e allestimento di rette di taratura.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO.
Valutazione e interpretazione di dati sperimentali di laboratorio. Valutazione della didattica.

ABILITÀ COMUNICATIVE.

Acquisizione e utilizzo in maniera appropriata del linguaggio biochimico. Capacità di descrivere le proprietà chimico-fisiche ed i meccanismi coinvolti nei cicli metabolici fondamentali.
Comunicazione in lingua italiana e inglese scritta e orale. Capacità di lavorare in gruppo.

PARTE I

1. Principi generali di biochimica e di struttura e funzione delle biomolecole

2. Le proteine
2.1. Principi generali di struttura e funzione
2.2. Struttura e caratteristiche degli amminoacidi
2.3. Il legame peptidico: proprietà e struttura, struttura primaria delle proteine
2.4. Metodi di studio e purificazione delle proteine: cromatografia ed elettroforesi
2.5. La struttura secondaria: il grafico di Ramachandran, eliche, filamenti e foglietti beta
2.6. La struttura terziaria: classificazione e metodi per la determinazione
2.7. La struttura quaternaria e la simmetria
2.8 Proteine che legano l’ossigeno: mioglobina ed emoglobina

3. Gli enzimi e la catalisi enzimatica
3.1.  Proprietà generali degli enzimi e classificazione
3.2.  Energia di attivazione e la coordinata di reazione
3.3.  Parametri cinetici degli enzimi, definizioni e derivazione
3.4.  Meccanismi di catalisi: esempio meccanismo di catalisi delle proteasi
3.5.  Meccanismi di regolazione enzimatica:
  3.5.1. Inibizione reversibile, competitiva, non competitiva e mista
  3.5.2. Inibizione irreversibile
  3.5.3. Regolazione allosterica

4.Cofattori e vitamine
4.1.  Caratteristiche generali, funzioni, effetti biologici
4.2.  Vitamine idrosolubili e liposolubili: ruolo nel metabolismo

5. Il metabolismo energetico
5.1.  Funzioni e struttura generale del metabolismo
5.2.  Le vie metaboliche, flusso metabolico, metodi di studio del metabolismo
5.3.  I composti ad alta energia e bioenergetica.
5.4.  La compartimentazione strutturale e metabolica
5.5.  L’integrazione delle vie metaboliche
5.6.  Produzione di energia nella cellula
  5.6.1. La catena respiratoria
    - La fosforilazione ossidativa
  5.6.2.   La fotosintesi
    - La conversione dell’energia luminosa in energia chimica.
    - Utilizzo dell’energia, fissazione della CO₂ e biosintesi dei carboidrati
    - Ciclo di Calvin, sintesi di saccarosio e amido

PARTE II

6. I carboidrati e il metabolismo glicidico
6.1. I monosaccaridi: classificazione e stereoisomeria
6.2. I disaccaridi
6.3. I polisaccaridi di struttura e di riserva
6.4. I glicosamminoglicani
6.5. Le glicoproteine
6.6. Il metabolismo glicidico:
   6.6.1.   La glicolisi
   6.6.2.   I processi di fermentazione lattica e alcoolico
   6.6.3.   Il ciclo di Krebs
   6.6.4.   La via dei pentoso-fosfati

7. I lipidi e il metabolismo lipidico
7.1. I lipidi, generalità e classificazione
7.2. Metabolismo degli acidi grassi
7.3. Biosintesi e catabolismo degli acidi grassi
7.4. Ciclo del gliossilato
7.5. Gluconeogenesi
7.6. Insaturazione degli acidi grassi e biosintesi dei trigliceridi

8. Il metabolismo azotato
8.1. L’azoto e i vegetali
8.2. Ciclo biologico dell'azoto: le reazioni e gli enzimi coinvolti
8.3. La biosintesi degli amminoacidi
8.4. Il ciclo dell’urea

9. I nucleotidi e gli acidi nucleici
9.1. Aspetti strutturali e funzionali degli acidi nucleici
9.2. Biosintesi degli acidi nucleici
9.3. Sintesi proteica

10. Generalità sul metabolismo secondario delle piante
10.1. Ruolo dei metaboliti secondari nelle piante
10.2. Composti fenolici
10.3. I terpeni
10.4. Gli alcaloidi

 

Il corso si articola in lezioni frontali ed esercitazioni. Sono previsti 7 CFU di lezioni frontali (70 ore) in aula, ed 1 CFU (16 ore) di esercitazioni obbligatorie in laboratorio, sia mediante l'utilizzo di modellini molecolari che mediante attività pratiche (misurazioni del pH, uso dello spettrofotometro, preparazione di tamponi, misura della concentrazione di soluzioni proteiche). La frequenza alle lezioni in aula è facoltativa (ma fortemente raccomandata), la frequenza ai laboratori è obbligatoria.

È inoltre necessario contattare il docente per effettuare prove di integrazione o speciali (DSA).

Il voto finale dell'esame comprende:

• Voto delle esercitazioni pratiche con un peso del 10%.

La frequenza alle esercitazioni è obbligatoria. Alla fine delle esercitazioni di laboratorio ci sarà una fase di valutazione della comprensione delle stesse, includendo la valutazione di risultati sperimentali e loro interpretazione. La valutazione avverrà su piattaforma moodle nelle date indicate a lezione. Il voto delle esercitazioni è tenuto valido per 5 anni.

• L'esame finale con un peso del 90% è così articolato:

Esame su piattaforma moodle in aula diviso in più parti:

PARTE I  10 domande in 30 minuti (peso totale: 40%) 
(Amminoacidi e proteine): 3 domande (peso sul voto finale: 10%)
(Enzimi): 3 domande (peso sul voto finale: 10%)
(Vitamine): 2 domande (peso sul voto finale: 10%)
(Metabolismo energetico): 2 domande (peso sul voto finale: 10%)

PARTE II 12 domande in 40 minuti (peso totale: 50%) 
(Carboidrati e loro metabolismo): 4 domande (peso sul voto finale: 10%)
(Lipidi e loro metabolismo): 2 domande (peso sul voto finale: 10%)
(Metabolismo azotato): 2 domande (peso sul voto finale: 10%)
(Acidi nucleici e sintesi proteica): 2 domande (peso sul voto finale: 10%)
(Metabolismo secondario): 2 domande (peso sul voto finale: 10%)

Il risultato finale può essere confermato con un esame orale a discrezione della commissione.

 

D.L. Nelson, M.M. Cox I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER -; Zanichelli

1. Pinton, M. Cocucci, P. Nannipieri, M. Trevisan FONDAMENTI DI BIOCHIMICA AGRARIA -; Pàtron Editore