A.A.: 2014/2015 Anno di corso: II Semestre: I Insegnamento: BIOCHIMICA (C.I. Biochimica e Biologia Molecolare) Docente: Prof. Roberto Avola CFU: 4 Italiano Testi consigliati Siliprandi-Tettamanti. Biochimica Medica. Piccin. Nelson Cox. I principi di Biochimica di Lehninger. Zanichelli Obiettivi formativi Il corso integrato di Biochimica e biologia molecolare si propone di fornire agli studenti di odontoiatria le basi per capire i contesti fisico, chimico e biologico in cui si inquadrano molecole, reazioni e vie metaboliche; di dare rilievo alle relazioni tra struttura e funzione delle principali classi di macromolecole ed alla regolazione metabolica a livello molecolare e cellulare. Per stimolare l'interesse dello studente i vari argomenti saranno spiegati sottolineando le interconnessioni logiche e consequenziali, evidenziando gli aspetti clinici, introducendo i metodi sperimentali. Alla fine del corso lo studente avrà compreso i rapporti struttura-funzione delle principali molecole biologiche, i meccanismi biochimici essenziali per una corretta funzionalità metabolica e le conseguenze delle loro alterazioni. Metodi didattici LEZIONI FRONTALI E SEMINARI Modalità di verifica PROVA ORALE dell'apprendimento Programma dettagliato PROTEINE: composizione e struttura PROTEINE DEL TESSUTO CONNETTIVO PROTEINE DEL PLASMA - Assorbimento, trasporto e riserve di ferro. - Distribuzione del ferro nell'organismo umano. - Immunoglobuline - Aspetti biochimici della coagulazione del sangue ENZIMI E CINETICA ENZIMATICA - Catalisi enzimatica - Cinetica enzimatica - Allosterismo - Regolazione dell’attività enzimatica COENZIMI UTILIZZATI NELLE REAZIONI METABOLICHE BIOENERGETICA E OSSIDAZIONI BIOLOGICHE - Genoma mitocondriale - Richiami di termodinamica chimica - Trasporto di ioni e metabolíti attraverso la membrana mitocondriale interna. - Coenzimi piridin-nucleotidici - Richiami di elettrochimica - Catena mitocondriale di trasporto degli elettroni - Fosforilazione ossidativa - Trasporto di ioni e metaboliti nei mitocondri RADICALI LIBERI Definizione; effetti dei radicali liberi nei sistemi biologici; perossidazione dei lipidi insaturi ed alterazioni delle membrane biologiche; prodotti di riduzione parziale dell'ossigeno (anione superossido, acqua ossigenata e radicale idrossile). EMOGLOBINA E TRASPORTO DELL’OSSIGENO Struttura funzioni dell’emoglobina. Vari tipi di emoglobine. Curva di dissociazione dell’emoglobina: effetto cooperativo - effetto Bohr, 2,3 DPG. Trasporto isoidrico della CO2. Tamponi emoglobinici. Effetto Hamburger (scambio dei cloroioni). Emoglobinopatie. METABOLISMO DEI GLICIDI Glicidi di importanza biologica: glicogeno, amido, disaccaridi, monosi-derivati dei moonosi. Funzione plastica ed energetica del glicidi. Digestione ed assorbimento dei glucidi. Amilasi e disaccaridasi. Meccanismi di trasporto e di assorbimento dei glicidi. Assorbimento intestinale del glucosio, carrier mobile per il glucosio. Utilizzazione del glucosio. METABOLISMO DEL GLICOGENO; GLUCONEOGENESI; CONTROLLO DEL GLUCOSIO EMATICO Glicogeno sintesi e glicogeno lisi: Regolazione del metabolismo del glicogeno epatico e muscolare glucogenesi e gluconeogenesi e loro regolazione (enzima tandem). Disturbi del metabolismo del glicogeno: le glicogenosi. Regolazione della glicemia: Meccanismo d'azione dell'adrenalina e del glucagone. Adrenalina: recettori α e b adrenergici. Effetti. metabolici mediati dai suddetti recettori. Nucleotidi ciclici (AMP ciclico e GMIP ciclico). Gli ormoni glucocorticoidi e loro meccanismo d'azione. Insulina: biosintesi, meccanismo di secrezione e suoi effetti metabolici. Recettori insulinici. Processo d’internalizzazione dell'insulina Meccanismo molecolare d'azione dell’insulina a livello della membrana plasmatica, a livello citoplasmatico e nucleare. Effetti metabolici dell'insulina sul metabolismo glicidico, lipidico, proteico e degli acidi nucleici. LA GLICOLISI E L'OSSIDAZIONE DEL PIRUVATO - Glicolisi aerobica ed anaerobica e loro regolazione metabolica ed ormonale: Utilizzazione dell'energia nella glicolisi. Origine dell’acido lattico. Lattico deidrogenasi (LDH) ed enzimi pendolari Fermentazione alcolica. Interconversione dei monosaccaridi. Utilizzazione metabolica dell'acido piruvico e sue interconversioni metaboliche, correlazioni tra metabolismo glicidico, lipidico e proteico. Enzima malico. Decarbossilazione ossidativa dell'acido piruvico: Difosfotiamina, acido lipoico, coenzima A. Regolazione del metabolismo dell'acido piruvico (complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi). SHUNT DELL'ESOSOMONOFOSFATO - La via dei pentosi (o Shunt dell'esosomonofosfato) - Ruolo del NADPH nel metabolismo. CICLO D KREBS Il ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs e sua regolazione metabolica ed ormonale. − Correlazioni metaboliche tra alcuni intermedi del ciclo di Krebs e i metaboliti della sintesi dei lipidi.Ciclo piruvato-citrato e correlazioni con il ciclo extramitocondriale del citrato. − Reazione globale e resa energetica del Ciclo di Krebs. Ruolo biosintetico dei ciclo − Reazioni anaplerotiche. Localizzazione mitocondriale degli enzimi. METABOLISMO LIPIDICO Lipidi di importanza biologica (trigliceridi, fosfolipidi, cerebrosidi, ecc.). Digestione ed assorbimento dei lipidi. Lipoproteine plasmatiche. Beta Ossidazione degli acidi grassi e bilancio energetico. Sistema di trasporto degli acidi grassi attivati. Carnitina. Chetogenesi ed utilizzazione extraepatica dei corpi chetonici. Chetoacidosi diabetica. Biosintesi degli acidi grassi saturi ed insaturi. Regolazione metabolica ed ormonale della biosintesi degli acidi grassi. Biosintesi del colesterolo e sua regolazione. Patologie connesse al metabolismo del colesterolo. Ipercolesterolemia familiare. Aterosclerosi. Obesità. ORMONI Struttura, classificazione e cenni sulla biosintesi. Aspetti biochimici dei meccanismi molecolari dell'azione degli ormoni. Introduzione al metabolismo. Le vie metaboliche. Meccanismi di trasduzione del segnale nei diversi organi e tessuti. Proteine G. Secondi Messaggeri (cAMP, cGMP, Calcio, ecc.). Il ciclo dei fosfoinositidi. Fospatidil-inositolo 4,5 Bifosfato, IP3 e DAG. Meccanismo d’azione degli ormoni cAMP dipendenti. Adrenalina, Glucagone, ACHT, ecc. Meccanismo d’azione degli ormoni steroidei. Mineralcorticoidi, glucocorticoidi ed ormoni sessuali. Fattori di crescita Insulina e recettori tirosin-chinasici. Insulina e glucagone e loro recettori. Diabete mellito di primo e di secondo tipo. REGOLAZIONE DELL’EQUILIBRIO IDROSALINO: Elettroliti sodio, potassio calcio. Pompa sodio-potassio. Aldosterone. Sistema Renina-Angiotensina. Regolazione pressione osmotica negli organismi viventi. Ruolo del rene nell’omeostasi. Meccanismi di formazione dell’urina. ADH. Osmocettori ipotalamici. Diabete insipito. Meccanismo di moltiplicazione in controcorrente. REGOLAZIONE DELL’EQUILIBRIO ACIDO-BASE: Equazione di Handerson e Hasselbach. Sistemi tamponi plasmatici ed eritrocitari. Scaambio isoidrico della CO2. Effetto Hamburger. Regolazione dell’equilibrio acido-base renale. Modificazioni dell’equilibrio acido-base: acidosi metabolica, acidosi respiratoria, alcalosi metabolica, alcalosi respiratoria e relative compensazioni fisiologiche. Inglese Recommended Texts Educational Objectives Siliprandi-Tettamanti. Biochimica Medica. Piccin. Nelson Cox. I principi di Biochimica di Lehninger. Zanichelli The course of Biochemistry aims to provide to the students the basis to understanding the physical, chemical and biological contexts in which molecules, reactions and metabolic pathways play their role. Particular attention will be given to the structure and function relationship of the major classes of macromolecules as also to the metabolic regulation at the molecular and cellular level. In order to stimulate student interest, the topics will be explained emphasizing the logical and consequential interconnections emphasizing the clinical aspects and introducing experimental methods. At the end of the present course, the student will understand the structure-function relationships of the main biological molecules, essential biochemical mechanisms that underlie a proper metabolic function and the consequences of their alterations. Teaching Methods CLASSROOM LESSONS Learning Assessment Procedures ORAL EXAMINATION Detailed Program BIOCHEMISTRY PROGRAMM PROTEINS: composition and structure TISSUE PROTEIN PROTEINS OF PLASMA - Iron: Absorption, transport and iron reserves. - Iron distribution in the human body. - Immunoglobulins - Biochemical aspects of blood coagulation ENZYMES AND ENZYME KINETICS - Enzyme catalysis - Enzyme Kinetics - Allosteric enzymes - Regulation of enzyme activity COENZYMES USED IN METABOLIC REACTIONS BIOENERGETICS AND BIOLOGICAL OXIDATION - Mitochondrial Genome - Elements of chemical thermodynamics - Transport of ions and metabolites across the inner mitochondrial membrane. - pyridine-nucleotide coenzymes - Fundamentals of Electrochemical - Mitochondrial electron transport chain - Oxidative Phosphorylation - Transport of ions and metabolites in the mitochondria FREE RADICALS definition; effects of free radicals in biological systems; peroxidation of unsaturated lipids and alterations of biological membranes; products of partial reduction of oxygen (superoxide anion, hydrogen peroxide and hydroxyl radical). HEMOGLOBIN AND OXYGEN TRANSPORT Structure functions of hemoglobin. Various types of hemoglobins. Hemoglobin dissociation curve: cooperative effect - Bohr effect, 2,3 DPG. Isoidric transport of CO2. Hemoglobin buffers. Effect Hamburger (exchange of cloroioni). Hemoglobinopathies. GLYCIDES METABOLISM glycogen, starch, disaccharides. Plastic and energy function of glycides. Digestion and absorption of carbohydrates. Amylase and disaccharidases. Transport and absorption mechanisms of glycides. Intestinal absorption of glucose, the mobile carrier for glucose. Glucose utilization. GLYCOGEN METABOLISM; GLUCONEOGENESIS; BLOOD GLUCOSE CONTROL Synthesis and lysis glycogen: Regulation of hepatic and muscle glycogen metabolism. Gluconeogenesis and regulation (enzyme tandem). Disorders of glycogen metabolism: the glycogen storage disease. Regulation of glycemia: Mechanism of action of adrenaline and glucagon. Adrenaline: α and b-adrenergic receptors. Effects metabolism mediated by these receptors. Cyclic nucleotides (cyclic AMP and cyclic GMIP). Glucocorticoid hormones and their mechanism of action. Insulin: biosynthesis, secretion mechanism and its metabolic effects. Insulin receptors. Process of internalization of insulin Molecular mechanism of action of insulin in the plasma membrane, in the cytoplasm and nuclear. Metabolic effects of insulin on glucose, lipid, protein and nucleic acids metabolism. GLYCOLYSIS AND OXIDATION OF PYRUVATE - Aerobic and anaerobic glycolysis and their metabolic and hormonal regulation: Use of energy in glycolysis. Origin of lactic acid. Lactic dehydrogenase (LDH) and enzymes commuters alcoholic fermentation. Interconversion of monosaccharides. Metabolic utilization of pyruvic acid and its metabolic interconversions, correlations between glucose metabolism, lipid and protein. Malic enzyme. Oxidative decarboxylation of pyruvic acid: Difosfotiamina, lipoic acid, coenzyme A. Adjusting the metabolism of pyruvic acid (pyruvate dehydrogenase multienzyme complex). HEXOSE MONOPHOSPHATE SHUNT - The way of the pentose (or Shunt dell'esosomonofosfato) - Role of NADPH in metabolism. KREBS CYCLE The citric acid cycle or Krebs cycle and its metabolic and hormonal regulation. - Correlations between some metabolic intermediates of the Krebs cycle metabolites and the synthesis of lipids cycle pyruvate-citrate cycle and correlation with the extramitochondrial citrate. - Reaction and overall energy yield of the Krebs cycle. Role of the biosynthetic cycle - Anaplerotic reactions. Mitochondrial localization of enzymes. LIPID METABOLISM Lipids of biological importance (triglycerides, phospholipids, cerebrosides, etc..). Digestion and absorption of lipids. Plasma lipoproteins. Beta oxidation of fatty acids and energy balance. System of transport of fatty acids activated. Carnitine. Ketogenesis and extrahepatic utilization of ketone bodies. Diabetic ketoacidosis. Biosynthesis of saturated and unsaturated fatty acids. Metabolic and hormonal regulation of fatty acid biosynthesis. Cholesterol biosynthesis and its regulation. Disorders related to cholesterol metabolism. Familial hypercholesterolemia. Atherosclerosis. Obesity. HORMONES Structure, classification and notes on the biosynthesis. Biochemical aspects of the molecular mechanisms of action of hormones. Introduction to metabolism. The metabolic pathways. Mechanisms of signal transduction in different organs and tissues. Protein G. Second messengers (cAMP, cGMP, Calcium, etc..). The phosphoinositide cycle. Fospatidil-inositol 4,5-bisphosphate, IP3 and DAG. Mechanism of action of hormones cAMP dependent. Adrenaline, Glucagon, ACHT, etc.. Mechanism of action of steroid hormones. Mineralocorticoids, glucocorticoids and sex hormones. Growth factors and insulin receptor tyrosine kinase. Insulin and glucagon and their receptors. Diabetes mellitus type one and type two. ADJUSTING BALANCE hydrosaline: Electrolytes sodium, potassium, calcium. Sodium-potassium pump. Aldosterone. Renin-Angiotensin System. Adjusting the osmotic pressure in living organisms. Role of the kidney in homeostasis. Mechanisms of formation of urine. ADH. Hypothalamic osmoreceptors. Diabetes insipito. Countercurrent multiplication mechanism. ACID-BASE BALANCE ADJUSTMENT: And Handerson Hasselbach equation. Plasma and erythrocyte buffer systems. Isoidric exchange of CO2. Effect Hamburger. Renal regulation of acid-base. Changes in acid-base balance: metabolic acidosis, respiratory acidosis, metabolic alkalosis, respiratory alkalosis and related physiological compensations.
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