Conoscenze di matematica, chimica e fisica derivanti dalla scuola secondaria di secondo grado
L’insegnamento si propone nella prima parte di Chimica di fornire allo studente le nozioni chimiche di base per la comprensione a livello molecolare dei meccanismi fondamentali dei fenomeni biologici. Nella seconda parte di Biochimica, l’insegnamento si propone di fornire le basi della chimica biologica approfondendo gli argomenti di principale interesse per il corso di laurea: il metabolismo energetico, la sua regolazione in generale e la biochimica della cellula muscolare.
Programma Sintetico
Atomi e molecole. La struttura dell’atomo. Gli elementi e la tavola periodica.
Il legame chimico: covalente puro, covalente polare, ionico; legame dativo. Elettronegatività. I legami intermolecolari.
I composti inorganici: ossidi, anidridi, idrossidi, acidi, sali. Formule brute.
Le soluzioni. Modi di esprimere la concentrazione. Le proprietà colligative. Soluzioni acquose: elettroliti e non elettroliti.
L’equilibrio chimico, il principio di Le Chatelier e la costante di equilibrio. Il prodotto ionico dell’acqua. Il pH di una soluzione. Acidi e basi: definizioni, pH delle loro soluzioni. Acidi forti ed acidi deboli. Neutralizzazione. Idrolisi salina e sali anfoteri. Gli indicatori di pH. Le soluzioni tampone.
Classificazione delle reazioni chimiche: reazioni acido-base e reazioni di ossidoriduzione.
Aspetti cinetici delle reazioni chimiche; l’energia di attivazione ed il complesso attivato.
Cenni di termodinamica: concetto di energia libera, entalpia ed entropia.
Chimica organica. Classificazione, strutture e reazioni essenziali delle varie classi dei composti organici (idrocarburi alifatici ed aromatici, alcooli, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, esteri, ammine). Vari tipi di isomeria.
Cenni sui principali composti di interesse biologico: i carboidrati, i lipidi, gli aminoacidi ed il legame peptidico.
Programma dettagliato
Amminoacidi proteici: strutture e proprietà. Legame peptidico; polipeptidi e proteine. Classificazione delle proteine. Struttura primaria. Struttura se-foglietto ripiegato. La struttura terziaria e quaternaria. I fattori che stabilizzano le varie strutture: legami idrogeno, interazione idrofobica, interazione ione-ione, ponti disolfuro. Conformazione nativa, denaturazione delle proteine ed agenti denaturanti.
Proteine trasportatrici di ossigeno. Caratteristiche della mioglobina, il gruppo eme, il legame reversibile con l’ossigeno; curva di saturazione con l’ossigeno. L’emoglobina come proteina allosterica; i fattori che influenzano il trasporto dell’ossigeno e le relative curve di saturazione: effetto del difosfoglicerato e del pH. Le differenze fra emoglobina materna e fetale riguardo all’affinità per l’ossigeno. L’adattamento alle alte quote. L’anemia falciforme.
Il collagene: struttura a tripla elica dei collageni fibrillari, idrossilazione e glicosilazione. I passaggi che vanno dalla sua biosintesi intracellulare fino all’organizzazione in fibre nella matrice extracellulare. Il collagene dell’osso, del tendine e della cartilagine.
Gli enzimi. Cenni di catalisi enzimatica: l’energia di attivazione di una reazione, il complesso enzima-substrato, il sito attivo. Cinetica enzimatica: l’equazione della velocità e la curva di Michaelis-Menten. Effetto del pH e della temperatura sull’attività enzimatica. Meccanismi di regolazione dell’attività enzimatica: quantità di enzima sintetizzato, modificazioni covalenti, regolazione allosterica. Esempi di modificazioni covalenti: chimotripsinogeno, tripsinogeno. Gli isoenzimi della lattico deidrogenasi.
Classificazione degli enzimi; cenni sui coenzimi, sulle vitamine idrosolubili e liposolubili.
Introduzione al metabolismo; catabolismo ed anabolismo. L’importanza biologica dell’ATP. La carica energetica della cellula. Agenti biologici ossidanti (NAD, NADP, FAD) e agenti riducenti (NADH, NADPH e FADH2). Le vie metaboliche lineari, cicliche ed a spirale.
Introduzione agli ormoni: il sistema nervoso centrale, l’ipotalamo, l’ipofisi anteriore e le ghiandole endocrine. Classificazione degli ormoni. Localizzazione del recettore a seconda del tipo di ormone. Cenni sugli ormoni dell’ipotalamo, ipofisi anteriore, paratiroidi, pancreas, tiroide e midollare delle surrenali. Cenni sugli ormoni steroidei: glucocorticoidi, mineralcorticoidi e sessuali.
Le membrane biologiche. I lipidi: trigliceridi, glicerofosfolipidi, sfingolipidi, colesterolo. I liposomi e la struttura a doppio strato delle membrane biologiche. Fattori che regolano la fluidità delle membrane: insaturazione degli acidi grassi e colesterolo. Le proteine di membrana. Diffusione attraverso le membrane di molecole apolari e polari.
Catabolismo dei glucidi, la glicolisi e principali punti di controllo (esocinasi, fosfofruttocinasi e piruvato cinasi). La via del pentoso fosfato. La gluconeogenesi. Il ciclo di Krebs. La fosforilazione ossidativa. L’ossidazione degli acidi grassi. Il catabolismo degli aminoacidi: destino dello scheletro carbonioso e del gruppo aminico. Il ciclo dell’urea.
I principali punti di incrocio del metabolismo (glucosio-6-fosfato, piruvato ed acetil-CoA). Metabolismo del cervello, fegato, muscolo e tessuto adiposo. Integrazione del metabolismo fra muscolo e fegato: il ciclo del lattato e dell’alanina. Il metabolismo del muscolo durante uno sforzo breve oppure durante uno sforzo prolungato.
La fibra muscolare. La struttura del sarcomero, la miosina, l’actina e la struttura dei filamenti spessi e sottili. Il meccanismo molecolare che porta alla contrazione. Gli ioni calcio ed il ruolo di troponina e tropomiosina.
Cenni sulla struttura degli acidi nucleici; la replicazione, la trascrizione e la traduzione.
Lezioni frontali svolte mediante presentazioni (PowerPoint) proiettate su schermo e approfondimenti usando la lavagna.
M. Samaja, R. Paroni Chimica e Biochimica (per le lauree triennali dell’area biomedica)Editore: Piccin
D.L. Nelson, M.M. Cox
Introduzione alla Biochimica di Lehninger
Editore Zanichelli
Esame scritto con domande aperte volto ad accertare le competenze acquisite.
Università di Pavia - Offerta formativa