La digestione dei nutrienti. Metabolismo di carboidrati, lipidi, composti azotati e nucleotidi: vie anaboliche e cataboliche. Gli ormoni: classificazione, funzione fisiologica e meccanismi di azione. Recettori di membrana e secondi messaggeri. Principale vie di segnalazione intracellulare. Metabolismo di alcuni dei principali organi e loro correlazioni ed integrazione di funzione: specializzazione metabolica di fegato, muscolo, cuore, rene sangue, tessuto adiposo, tessuto nervoso.
Contenuto del corso - Parte B
La digestione dei nutrienti. Metabolismo di carboidrati, lipidi, composti azotati e nucleotidi: vie anaboliche e cataboliche. Gli ormoni: classificazione, funzione fisiologica e meccanismi di azione. Recettori di membrana e secondi messaggeri. Principale vie di segnalazione intracellulare. Metabolismo di alcuni dei principali organi e loro correlazioni ed integrazione di funzione: specializzazione metabolica di fegato, muscolo, cuore, rene sangue, tessuto adiposo, tessuto nervoso.
Silipandi e Tettamanti, Biochimica Medica, Piccin
Nelson and Cox, la Biochimica di Lehninger, Zanichelli
Obiettivi Formativi - Parte A
Le conoscenze apprese nel corso permetteranno allo studente di comprendere le vie metaboliche attivate dall’organismo in diversi contesti fisiologici e patologici e le relazioni fisiologiche tra organi e tessuti. Tali conoscenze saranno la base per la comprensione delle alterazioni di natura biochimica e dei fenomeni patologici, oggetto di corsi di studio successivi.
Obiettivi Formativi - Parte B
Le conoscenze apprese nel corso permetteranno allo studente di comprendere le vie metaboliche attivate dall’organismo in diversi contesti fisiologici e patologici e le relazioni fisiologiche tra organi e tessuti. Tali conoscenze saranno la base per la comprensione delle alterazioni di natura biochimica e dei fenomeni patologici, oggetto di corsi di studio successivi.
Prerequisiti - Parte A
Propedeuticità deliberate dal CdL
Prerequisiti - Parte B
Propedeuticità deliberate dal CdL
Metodi Didattici - Parte A
Lezioni frontali
Metodi Didattici - Parte B
Lezioni frontali
Altre Informazioni - Parte A
Il materiale didattico è scaricabile sulla piattaforma Moodle (https://e-l.unifi.it/), accedendo con credenziali fornite dal docente.
Altre Informazioni - Parte B
Gli studenti possono accedere al materiale didattico messo a disposizione sulla piattaforma Moodle
Modalità di verifica apprendimento - Parte A
Il modulo verrà valutato mediante mediante un esame globale che riguarderà l'intero corso integrato.
Il corso integrato di Biochimica prevede una verifica in itinere scritta sulla prima parte del programma (facoltativa) e una successiva verifica orale.
La verifica scritta viene proposta al fine di valutare le conoscenze relative alla Biochimica strutturale, alla cinetica enzimatica, alla relazione tra struttura e funzione delle proteine e alle tematiche di Biologia molecolare trattate durante il primo semestre (Biologia Molecolare I). Il test consiste in 30 domande chiuse da svolgersi in 30 minuti. Il test riceverà una valutazione in trentesimi di cui verrà tenuto conto alla fine dell'esame orale ai fini del raggiungimento della votazione finale. Il test è da considerarsi facoltativo. Lo studente può anche non sostenere lo scritto ed essere esaminato sull'intero programma oralmente.
L'esame orale consiste in domande che coprono l'intero programma svolto (nel caso sia stata già ottenuta una valutazione dal test scritto, la prima parte del programma verrà trattata in maniera meno approfondita) e che mirano a valutare la conoscenza 1) della struttura delle biomolecole; 2) della struttura degli acidi nucleici e dei meccanismi di replicazione, trascrizione e traduzione; 3) dei meccanismi di regolazione genica; 4) del destino metabolico delle biomolecole in diverse condizioni fisiologiche e patologiche; 5) della biosintesi degli ormoni, del loro ruolo nella regolazione enzimatica e conseguentemente nella modulazione del profilo metabolico della cellula; 6) dei meccanismi di trasduzione del segnale dei principali ormoni; 7) della biochimica d'organo e della cooperazione metabolica inter-organo nell'adattamento a diverse condizioni fisiopatologiche.
L'esame si intende superato se viene verificato un sufficiente apprendimento delle tematiche suddette.
Modalità di verifica apprendimento - Parte B
Esami di profitto orali
Programma del corso - Parte A
STRUTTURA E FUNZIONE DI PROTEINE: IL COLLAGENO E LE PROTEINE CHE LEGANO L’OSSIGENO
Le biomolecole della matrice extracellulare con particolare riferimento al collagene, alla sua struttura (comprese le modificazioni post-traduzionali) e alle sue funzioni. Biosintesi e maturazione, il suo coinvolgimento in patologie umane. La struttura e la funzione dell’elastina e dei proteoglicani.
La struttura, la funzione ed i rapporti struttura funzione delle proteine trasportatrici di ossigeno (mioglobina ed emoglobina).
Fenomeni cooperativi e allosterici che regolano la funzione dell’emoglobina. Le basi delle patologie molecolari dell’emoglobina nell’uomo.
ENZIMI, COENZIMI E CINETICA ENZIMATICA
La struttura chimica delle vitamine, la loro classificazione, le basi della loro funzione fisiologica, con particolare riferimento alle relazioni tra vitamine e coenzimi. Il fabbisogno giornaliero delle vitamine e le conseguenze patologiche di diete carenti delle varie vitamine.
La funzione biologica della catalisi. Gli enzimi e i meccanismi della catalisi enzimatica, la funzione di cofattori e gruppi prostetici, le basi della definizione dell’attività catalitica, il significato del modello di cinetica enzimatica di Michaelis-Menten, il significato delle costanti Km e Vmax, i fattori che regolano l’attività enzimatica, le basi dell’inibizione competitiva, non competititiva, dell’inibizione irreversibile, e della regolazione allosterica. Relazioni tra inibizione enzimatica ed alcune tipologie di farmaci. La classificazione degli enzimi e le reazioni delle principali sottoclassi. I principi e le tecniche dei dosaggi enzimatici ed esempi delle loro applicazioni in campo biomedico.
BIOCHIMICA METABOLICA
Gli alimenti come vettori di nutrienti. I meccanismi dei processi digestivi dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine alimentari. I meccanismi di assorbimento dei prodotti della digestione. Valore biologico delle proteine alimentari, livelli di assunzione raccomandati dei vari nutrienti, ruolo delle sostanze essenziali e dei sali minerali. Regimi alimentari in alcune condizioni patologiche: diabete mellito, iperlipoproteinemia, insufficienza renale cronica. I fondamenti delle intolleranze alimentari.
Metabolismo dei carboidrati. Glicolisi, gluconeogenesi, glicogeno sintesi, glicogeno lisi, shunt dei pentoso fosfati, destini metabolici del piruvato in condizioni aerobie e anaerobie. Metabolismo del fruttosio e del galattosio. Regolazione metabolica ed ormonale del metabolismo dei carboidrati.
Metabolismo dei lipidi. Biosintesi e degradazione (Beta-ossidazione) degli acidi grassi, dei trigliceridi e dei fosfolipidi. Processi di allungamento della catena carboniosa degli acidi grassi. Metabolismo degli acidi grassi insaturi, a numero dispari di atomi di carbonio, e ramificati. Metabolismo dei corpi chetonici e del colesterolo. Regolazione metabolica ed ormonale del metabolismo lipidico. La struttura ed il ruolo delle lipoproteine plasmatiche.
Metabolismo terminale: il complesso della piruvato deidrogenasi. Il ciclo del citrato (ciclo di Krebs). Regolazione del complesso PDH e del ciclo di Krebs. Respirazione cellulare: catena respiratoria: il processo in generale, i complessi mitocondriali, i trasportatori di elettroni e, in particolare, ogni singola tappa. Richiami di Bioenergetica: relazione tra variazione del potenziale di ossidoriduzione ed energia libera. Meccanismo chemio-osmotico della fosforilazione ossidativa. I trasportatori della membrana mitocondriale interna.
Metabolismo dei composti azotati. Metabolismo degli aminoacidi: deaminazione ossidativa e non ossidativa, transaminazione, ruoli della glutammato-deidrogenasi, biosintesi dell'urea. Metabolismo degli scheletri carboniosi degli aminoacidi glicogenici e chetogenici. Decarbossilazione degli amino acidi: generazione di ammine biogene e loro metabolismo. Biosintesi e degradazione delle catecolammine. Biosintesi degli aminoacidi non essenziali. Metabolismo delle basi azotate.
Biosintesi e degradazione dei nucleotidi purinici e sua regolazione. Vie di recupero. Biosintesi dei deossiribonucleotidi. Catabolismo purinico, acido urico. Cenni sulle cause di iperuricemia. Cenni sulla gotta e sulla sindrome di Lesch-Nyhan. ADA. Biosintesi dei nucleotidi pirimidinici e sua regolazione. Uricemia orotica. Sintesi della timina.
Metabolismo dell'eme: biosintesi e degradazione dell'eme, regolazione. Cenni sulle malattie metaboliche connesse al metabolismo dell'eme (porfirìe). Pigmenti biliari. Metabolismo del ferro.
BIOCHIMICA ORMONALE
Gli ormoni, la loro classificazione, la loro funzione fisiologica ed i meccanismi della loro azione. Ormoni endocrini, paracrini ed autocrini. Recettori di membrana e secondi messaggeri. Principale vie di segnalazione intracellulare: MAPK, PKB/Akt, Src cinasi.
La organizzazione gerarchica del sistema di ghiandole endocrine: il sistema ipotalamo-ipofisario, i fattori di rilascio, i fattori inibenti il rilascio, le somatrotropine GH, PRL, lattogeno placentare.
Ormoni glicoproteici, TSH, FSH, LH, HCG. L'insulina: sintesi, maturazione e rilascio. Il glucagone. Le catecolammine, biosintesi e degradazione e funzione.
Biosintesi degli ormoni steroidei e regolazione. I mineral-corticoidi. I glicocorticoidi. Gli ormoni ad azione anti-infiammatoria. Gli steroidi sessuali. I progestinici.
Gli ormoni della tiroide: T3 e T4. Biosintesi e ruolo.
Omeostasi del calcio: paratormone, calcitonina e vitamina D.
Ormoni che derivano da acido arachidonico, gli eicosanoidi. NSAD (aspirina, ibuprofene, COX1-2).
Le specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto: struttura chimica e sistemi di produzione. Danni da ROS e RNOS. Meccanismi di difesa da ROS: sistemi enzimatici (superossido dismutasi, catalasi e glutatione perossidasi); scavengers. Il bilancio redox. Lo stress ossidativo.
BIOCHIMICA SISTEMATICA UMANA
Metabolismo di alcuni dei principali organi e loro correlazioni ed integrazione di funzione.
La specializzazione metabolica del tessuto epatico ed in particolare del ruolo del fegato nella regolazione della glicemia, nella gestione dei lipidi e dei corpi chetonici, le lipoproteine di origine epatica, la biosintesi ed il ruolo dei sali e dei pigmenti biliari (cenni sui vari tipi di ittero), i meccanismi della detossificazione degli xenobiotici, metabolismo e tossicità dell'etanolo.
La Biochimica del sangue. Composizione del plasma. Proteine plasmatiche. Glicolisi eritrocitaria: biosintesi e ruolo del 2,3-bisfosfoglicerato. Emoglobina fetale ed emoglobine patologiche. Metabolismo dei linfociti e granulociti. Metabolismo delle piastrine e loro attivazione. Coagulazione e fibrinolisi.
La specializzazione metabolica del tessuto nervoso. Proteine dei canali ionici. Neurotrasmettitori e neuromodulatori. Gli acidi grassi del tessuto nervoso.
La specializzazione metabolica del tessuto muscolare striato scheletrico e cardiaco. Il tessuto muscolare liscio. Actina, miosina, tropomiosina e troponine. Ormoni che regolano la contrazione e la sua efficienza.
La specializzazione di funzione del tessuto adiposo, bianco e bruno. Distribuzione tissutale e plasticità dei due tessuti (browning e whitening) e sua regolazione ormonale, ambientale e da esercizio fisico. Termogenesi.
Programma del corso - Parte B
STRUTTURA E FUNZIONE DI PROTEINE: IL COLLAGENO E LE PROTEINE CHE LEGANO L’OSSIGENO
Le biomolecole della matrice extracellulare con particolare riferimento al collagene, alla sua struttura (comprese le modificazioni post-traduzionali) e alle sue funzioni. Biosintesi e maturazione, il suo coinvolgimento in patologie umane. La struttura e la funzione dell’elastina e dei proteoglicani.
La struttura, la funzione ed i rapporti struttura funzione delle proteine trasportatrici di ossigeno (mioglobina ed emoglobina).
Fenomeni cooperativi e allosterici che regolano la funzione dell’emoglobina. Le basi delle patologie molecolari dell’emoglobina nell’uomo.
ENZIMI, COENZIMI E CINETICA ENZIMATICA
La struttura chimica delle vitamine, la loro classificazione, le basi della loro funzione fisiologica, con particolare riferimento alle relazioni tra vitamine e coenzimi. Il fabbisogno giornaliero delle vitamine e le conseguenze patologiche di diete carenti delle varie vitamine.
La funzione biologica della catalisi. Gli enzimi e i meccanismi della catalisi enzimatica, la funzione di cofattori e gruppi prostetici, le basi della definizione dell’attività catalitica, il significato del modello di cinetica enzimatica di Michaelis-Menten, il significato delle costanti Km e Vmax, i fattori che regolano l’attività enzimatica, le basi dell’inibizione competitiva, non competititiva, dell’inibizione irreversibile, e della regolazione allosterica. Relazioni tra inibizione enzimatica ed alcune tipologie di farmaci. La classificazione degli enzimi e le reazioni delle principali sottoclassi. I principi e le tecniche dei dosaggi enzimatici ed esempi delle loro applicazioni in campo biomedico.
BIOCHIMICA METABOLICA
Gli alimenti come vettori di nutrienti. I meccanismi dei processi digestivi dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine alimentari. I meccanismi di assorbimento dei prodotti della digestione. Valore biologico delle proteine alimentari, livelli di assunzione raccomandati dei vari nutrienti, ruolo delle sostanze essenziali e dei sali minerali. Regimi alimentari in alcune condizioni patologiche: diabete mellito, iperlipoproteinemia, insufficienza renale cronica. I fondamenti delle intolleranze alimentari.
Metabolismo dei carboidrati. Glicolisi, gluconeogenesi, glicogeno sintesi, glicogeno lisi, shunt dei pentoso fosfati, destini metabolici del piruvato in condizioni aerobie e anaerobie. Metabolismo del fruttosio e del galattosio. Regolazione metabolica ed ormonale del metabolismo dei carboidrati.
Metabolismo dei lipidi. Biosintesi e degradazione (Beta-ossidazione) degli acidi grassi, dei trigliceridi e dei fosfolipidi. Processi di allungamento della catena carboniosa degli acidi grassi. Metabolismo degli acidi grassi insaturi, a numero dispari di atomi di carbonio, e ramificati. Metabolismo dei corpi chetonici e del colesterolo. Regolazione metabolica ed ormonale del metabolismo lipidico. La struttura ed il ruolo delle lipoproteine plasmatiche.
Metabolismo terminale: il complesso della piruvato deidrogenasi. Il ciclo del citrato (ciclo di Krebs). Regolazione del complesso PDH e del ciclo di Krebs. Respirazione cellulare: catena respiratoria: il processo in generale, i complessi mitocondriali, i trasportatori di elettroni e, in particolare, ogni singola tappa. Richiami di Bioenergetica: relazione tra variazione del potenziale di ossidoriduzione ed energia libera. Meccanismo chemio-osmotico della fosforilazione ossidativa. I trasportatori della membrana mitocondriale interna.
Metabolismo dei composti azotati. Metabolismo degli aminoacidi: deaminazione ossidativa e non ossidativa, transaminazione, ruoli della glutammato-deidrogenasi, biosintesi dell'urea. Metabolismo degli scheletri carboniosi degli aminoacidi glicogenici e chetogenici. Decarbossilazione degli amino acidi: generazione di ammine biogene e loro metabolismo. Biosintesi e degradazione delle catecolammine. Biosintesi degli aminoacidi non essenziali. Metabolismo delle basi azotate.
Biosintesi e degradazione dei nucleotidi purinici e sua regolazione. Vie di recupero. Biosintesi dei deossiribonucleotidi. Catabolismo purinico, acido urico. Cenni sulle cause di iperuricemia. Cenni sulla gotta e sulla sindrome di Lesch-Nyhan. ADA. Biosintesi dei nucleotidi pirimidinici e sua regolazione. Uricemia orotica. Sintesi della timina.
Metabolismo dell'eme: biosintesi e degradazione dell'eme, regolazione. Cenni sulle malattie metaboliche connesse al metabolismo dell'eme (porfirìe). Pigmenti biliari. Metabolismo del ferro.
BIOCHIMICA ORMONALE
Gli ormoni, la loro classificazione, la loro funzione fisiologica ed i meccanismi della loro azione. Ormoni endocrini, paracrini ed autocrini. Recettori di membrana e secondi messaggeri. Principale vie di segnalazione intracellulare: MAPK, PKB/Akt, Src cinasi.
La organizzazione gerarchica del sistema di ghiandole endocrine: il sistema ipotalamo-ipofisario, i fattori di rilascio, i fattori inibenti il rilascio, le somatrotropine GH, PRL, lattogeno placentare.
Ormoni glicoproteici, TSH, FSH, LH, HCG. L'insulina: sintesi, maturazione e rilascio. Il glucagone. Le catecolammine, biosintesi e degradazione e funzione.
Biosintesi degli ormoni steroidei e regolazione. I mineral-corticoidi. I glicocorticoidi. Gli ormoni ad azione anti-infiammatoria. Gli steroidi sessuali. I progestinici.
Gli ormoni della tiroide: T3 e T4. Biosintesi e ruolo.
Omeostasi del calcio: paratormone, calcitonina e vitamina D.
Ormoni che derivano da acido arachidonico, gli eicosanoidi. NSAD (aspirina, ibuprofene, COX1-2).
Le specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto: struttura chimica e sistemi di produzione. Danni da ROS e RNOS. Meccanismi di difesa da ROS: sistemi enzimatici (superossido dismutasi, catalasi e glutatione perossidasi); scavengers. Il bilancio redox. Lo stress ossidativo.
BIOCHIMICA SISTEMATICA UMANA
Metabolismo di alcuni dei principali organi e loro correlazioni ed integrazione di funzione.
La specializzazione metabolica del tessuto epatico ed in particolare del ruolo del fegato nella regolazione della glicemia, nella gestione dei lipidi e dei corpi chetonici, le lipoproteine di origine epatica, la biosintesi ed il ruolo dei sali e dei pigmenti biliari (cenni sui vari tipi di ittero), i meccanismi della detossificazione degli xenobiotici, metabolismo e tossicità dell'etanolo.
La Biochimica del sangue. Composizione del plasma. Proteine plasmatiche. Glicolisi eritrocitaria: biosintesi e ruolo del 2,3-bisfosfoglicerato. Emoglobina fetale ed emoglobine patologiche. Metabolismo dei linfociti e granulociti. Metabolismo delle piastrine e loro attivazione. Coagulazione e fibrinolisi.
La specializzazione metabolica del tessuto nervoso. Proteine dei canali ionici. Neurotrasmettitori e neuromodulatori. Gli acidi grassi del tessuto nervoso.
La specializzazione metabolica del tessuto muscolare striato scheletrico e cardiaco. Il tessuto muscolare liscio. Actina, miosina, tropomiosina e troponine. Ormoni che regolano la contrazione e la sua efficienza.
La specializzazione di funzione del tessuto adiposo, bianco e bruno. Distribuzione tissutale e plasticità dei due tessuti (browning e whitening) e sua regolazione ormonale, ambientale e da esercizio fisico. Termogenesi.