Scheda Insegnamento: CHIMICA BIOLOGICA (9 CFU) A.A. 2017/2018
  • Corso di Laurea: BIOTECNOLOGIE (L-2)
  • Codice: 15608
  • Crediti: 9
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 2
  • Erogazione: Annualità
  • Docente: ELIA POERIO

Programma

A) OBIETTIVI FORMATIVI
Coerentemente con gli obiettivi formativi generali enunciati nella corrispondente sezione della scheda SUA, questo corso d’insegnamento si propone di fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Biotecnologie (classe L-2) i fondamenti della Biochimica, intesa come disciplina che studia la struttura e la funzione biologica delle biomolecole, oltre che le reazioni metaboliche alle quali esse partecipano. L’acquisizione dei concetti biochimici di base ha lo scopo di dotare gli aspiranti biotecnologi di conoscenze teoriche e di strumenti metodologici indispensabili per la loro futura attività professionale, oltre che per attendere - con profitto - ai contenuti degli altri insegnamenti del secondo e terzo anno.
Il corso di Chimica Biologica inizia con l’illustrazione delle relazioni struttura-funzione di alcune biomolecole (amminoacidi, proteine, carboidrati e lipidi) e del loro comportamento in ambiente acquoso. Il corso prosegue, quindi, affrontando i principi fondamentali della cinetica enzimatica e della bioenergetica. Nella parte finale, il corso affronterà lo studio delle vie centrali del metabolismo cellulare.
Nello specifico, gli obiettivi di questo corso d’insegnamento possono così riassumersi:
1. acquisizione di informazioni generali sugli aspetti chimici e biologici degli aminoacidi proteici, di peptidi e proteine;
2. comprensione di fenomeni biologici quali la denaturazione reversibile delle proteine e del processo folding proteico;
3. comprensione dei fenomeni allosterici;
4. acquisizione dei concetti di base della cinetica enzimatica e della bioenergetica.

B) RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
1. Conoscenza e capacità di comprensione (Knowledge and understanding)
Lo studente dovrà acquisire i concetti fondamentali che consentono di mettere in relazione la struttura chimica, le proprietà chimico-fisiche e la funzione biologica delle principali classi di molecole e macromolecole biologiche. I concetti di cinetica chimica (ordine delle reazioni, teoria dello stato di transizione, energia di attivazione) - acquisiti durante il primo anno - dovrà essere messa a frutto dallo studente per accedere alla comprensione delle modalità di funzionamento e all'efficienza catalitica degli enzimi. Lo studio comparativo degli aspetti funzionali/strutturali/regolatori della mioglobina e dell’emoglobina fornirà gli strumenti conoscitivi per comprendere appieno l’importanza metabolica (funzione di regolazione) dei cosiddetti enzimi allosterici. Lo studio degli aspetti generali del metabolismo (catabolismo e anabolismo - vie cicliche – variazioni di energia libera e di energia libera standard – reazioni redox- e produzione di energia chimica – etc.) unitamente all'analisi dettagliata di alcune vie metaboliche consentirà di affrontare - con profitto - le altre discipline biologiche e biotecnologiche (erogate nel secondo e terzo anno).
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Applying knowledge and understanding)
La conoscenza teorica degli argomenti trattati durante lo svolgimento del corso sarà valutata attraverso un esame (colloquio orale). Durante il colloquio, lo studente oltre a dimostrare di conoscere gli argomenti deve anche dimostrare di saperli applicare a specifici problemi pratici. Lo studente, ad esempio, deve saper: i) riconoscere i gruppi funzionali di molecole biologiche non specificamente trattate a lezione e descriverne la potenziale reattività; ii) ipotizzare il comportamento in acqua (o in un mezzo idrofobico) di composti per i quali viene fornita esclusivamente la struttura chimica; iii) illustrare le proprietà chimico-strutturali e le tipologie di legami che sono alle base del riconoscimento proteina/ligando.
3. Autonomia di giudizio (Making judgements)
L’autonomia di giudizio sarà stimolata richiedendo allo studente di fornire la propria interpretazione a problematiche scientifiche (possibilmente di attualità) correlate ad argomenti trattati a lezione. L’autonomia di giudizio sarà sollecitata anche col suggerire la lettura critica di testi scientifici selezionati, su specifiche tematiche.
4. Abilità comunicative (Communication skills).
Le lezioni frontali saranno svolte in modo da stimolare la discussione (anche di gruppo) su specifici argomenti. Durante tali discussioni gli studenti saranno invitati a esprimersi con proprietà di linguaggio (scientifico) e a supportare le loro argomentazioni in modo conciso, chiaro ed efficace. Le capacità comunicative saranno, ovviamente, testate anche in sede di esame finale.
5. Capacità di apprendere (Learning skills).
Durante la seconda metà del corso, quando i concetti biochimici di base dovrebbero essere stati ben assimilati, gli studenti saranno invitati ad intervenire durante le lezioni frontali e suggerire spiegazioni plausibili per alcuni fenomeni biochimici, di volta in volta, proposti dal docente. La valutazione complessiva dell’apprendimento sarà poi effettuata al termine del corso di insegnamento.

C) PROGRAMMA
PROTEINE, ENZIMI e COENZIMI
Gli elementi chimici della materia vivente; l'acqua e sue proprietà chimico-fisiche; il ruolo dell’acqua nei processi biologici; il legame idrogeno e gli altri legami secondari. Struttura e proprietà degli aminoacidi proteici. Legame peptidico e geometria del gruppo peptidico. La struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Le proteine e le loro molteplici funzioni. Studio della struttura e della funzione di proteine globulari (mioglobina, emoglobina), fibrose (collageno, alfa- e beta-cheratine) e di membrana (recettori, porine, citocromo c).
Natura, ruolo e classificazione degli enzimi. Coenzimi e vitamine. Cinetica e termodinamica delle reazioni catalizzate. Equazione di Michaelis-Menten. Significato e determinazione di Km, Vmax e Numero di turnover. Inibizione enzimatica. Principi di regolazione dell’attività enzimatica. Struttura e funzione dei nucleotidi.
METABOLISMO
Aspetti generali del metabolismo: reazioni endoergoniche ed esoergoniche; composti ad alta energia; reazioni accoppiate; scopi e aspetti distintivi del catabolismo e dell'anabolismo.
Carboidrati. Struttura e proprietà dei principali carboidrati. La glicolisi e il destino aerobico del piruvato; il complesso enzimatico Piruvato deidrogenasi. Le vie fermentative del piruvato. La via del fosfogluconato. Il processo di gluconeogenesi. Metabolismo di disaccaridi e polisaccaridi (glicogeno e amido). Regolazione del metabolismo dei carboidrati.
Lipidi. Lipidi semplici e complessi. Struttura e proprietà di acidi grassi, triacilgliceroli e dei principali lipidi di membrana. Catabolismo dei triacilgliceroli: lipasi e beta-ossidazione degli acidi grassi. Destino del propionato. Formazione e ruolo dei corpi chetonici.
Proteine. Il catabolismo delle proteine. Turnover proteico, ubiquitina e il complesso del proteasoma. Enzimi proteolitici coinvolti nel processo di digestione delle proteine alimentari e loro specificità. Destino dell'azoto alfa-amminico degli aminoacidi. Ciclo dell'urea. Considerazioni generali sul destino dello scheletro carbonioso degli aminoacidi.
La produzione di energia nel metabolismo centrale; il ciclo degli acidi tricarbossilici; la catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa.
METODOLOGIE BIOCHIMICHE
I principi generali dell'indagine biochimica. Interazioni deboli in molecole e macromolecole di interesse biologico. Ionizzazione di aminoacidi, proteine e nucleotidi. Soluzioni tampone.
Tecniche spettrofotometriche. Spettrofotometria uv/visibile; legge di Lambert-Beer e sue applicazioni pratiche. Spettri di assorbimento di proteine, acidi nucleici e di alcuni coenzimi. Metodo Bradford per la determinazione quantitativa delle proteine.
ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - Il corso di insegnamento prevede 3 esercitazioni pratiche di laboratorio.

Testi consigliati

VOET, VOET, PRATT: Fondamenti di biochimica (Zanichelli Editore). IV edizione 2017.
Il materiale didattico in formato pdf (relativo alle lezioni erogate) sarà disponibile sulla piattaforma Moodle.
Per alcuni specifici argomenti, puntualmente segnalati durante le lezioni e nel materiale didattico (accessibile anche ai non frequentanti), si potrà far riferimento al seguente testo:
NELSON, COX: I Principi di Biochimica di Lehninger (Zanichelli Editore). VII edizione 2018.
I testi citati sono disponibili nella biblioteca del Campus Riello

Propedeuticità

ATTUALMENTE L'ORDINAMENTO DIDATTICO DEL CORSO DI LAUREA IN BIOTECNOLOGIE NON PREVEDE PROPEDEUTICITÀ OBBLIGATORIE'. Si consiglia, tuttavia, di intraprendere lo studio di questo insegnamento solo dopo aver studiato la Chimica Generale-Inorganica e la Chimica Organica. Assolutamente Indispensabile, per seguire con profitto le lezioni di questo corso e per raggiungerne gli obiettivi formativi, è la conoscenza dei seguenti argomenti: - Nomenclatura e gruppi funzionali dei composti organici - Impiego del Sistema Internazionale delle Unità di Misura (SI) - Equilibri acido-base - Costanti acide di dissociazione (Ka) - pKa -Equazione di Henderson-Hasselbalch - Calcoli stechiometrici - Leggi della termodinamica - Concetto di potenziale elettrochimico ed equazione di Nernst - Spettro delle radiazioni elettromagnetiche, equazione di Planck e legge di Lambert-Beer.

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 64

Valutazione del profitto

Prova orale

Descrizione dei metodi di accertamento

L’accertamento dell’effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento (sopra descritti) avverrà mediante una prova di esame orale.
L’esame si svolgerà rivolgendo allo studente una serie di domande tese a verificare e valutare:
- la conoscenza delle nozioni biochimiche di base;
- l’acquisizione di una capacità (dello studente) di utilizzare queste conoscenze per risolvere specifici quesiti biochimici, anche sulla base delle competenze acquisite con le esercitazioni di laboratorio;
- il grado di capacità comunicativa (uso di un corretto linguaggio scientifico – concisione, chiarezza ed efficacia nella risposta e/o nell’argomentazione).
Allo studente saranno rivolte tre domande comprese in queste sei (6) tipologie:

Domanda n. 1
Biomolecole (amminoacidi, carboidrati, lipidi, polipeptidi, coenzimi): proprietà biologiche e caratteristiche chimico-fisiche.

Domanda n. 2
Cinetica enzimatica e bioenergetica: classificazione degli enzimi; equazione di Michaelis-Menten; definizione e significato di parametri cinetici; specificità ed efficienza catalitica; coenzimi; inibizione; allosteria; regolazione; teoria dello stato di transizione; energia libera ed energia libera standard; equazione di Gibbs; reazioni endoergoniche ed esoergoniche; reazioni accoppiate.

Domanda n. 3
Aspetti strutturali delle proteine e versatilità biologica: legame e gruppo peptidico; struttura primaria – secondaria - terziaria e quaternaria; denaturazione reversibile; folding; chaperoni e chaperonine; mioglobina ed emoglobina; allosteria; enzimi proteolitici e digestione proteica.

Domanda n. 4
Aspetti generali del metabolismo cellulare: anabolismo e catabolismo; scopi; vie metaboliche cicliche; condizioni termodinamiche e cinetiche che rendono possibile il metabolismo in condizioni fisiologiche.

Domanda n. 5
Illustrazione di una via metabolica: reazioni; obiettivi; prodotti finali; intermedi; enzimi; regolazione; inter-connessione con altre vie.

Domanda n. 6
Descrizione di una metodica biochimica oggetto delle esercitazioni pratiche di laboratorio.

Il giudizio finale (votazione) sarà determinato per:
- il 70%, dalla conoscenza degli argomenti oggetto delle domande poste allo studente;
- il 20%, dalla capacità di applicare, quanto appreso, a specifiche problematiche biochimiche che saranno poste all’attenzione dello studente;
- il 10%, dalla capacità comunicativa (cioè dalla proprietà del linguaggio scientifico adoperato, oltre che dalla concisione, chiarezza ed efficacia della risposta).

In una data compresa tra il 10 gennaio 2019 e il 28 febbraio 2019, è prevista una prova in itinere (orale) sulla parte del programma erogata nel primo semestre. Gli studenti che supereranno questa prova - con un voto pari a 18/30 (o superiore) - potranno avvalersi di tale punteggio e sostenere la prova di esame finale (orale) solo sugli argomenti del programma erogati nel secondo semestre. La votazione conseguita alla prova in itinere potrà essere utilizzata solo se la prova finale sarà sostenuta e superata entro il 31 luglio 2019.

COMMISSIONE DI ESAME: Prof. Elia POERIO (Presidente) e BUONOCORE Francesco (membro). Membri Supplenti: Proff. FICCA Anna Grazia; RUZZI Maurizio.

Luogo lezioni

Largo dell'Universita - 01100 Viterbo (Campus Riello) Buildings B and D (ex-Science Faculty) I Semester: monday (aula magna D – blocco D); tuesday (Aula 4 - blocco B) II Semestewr: to be defined

Orario lezioni

I SEMESTER (4+1 CFU) Precorso: 1st lecture october 7th (ore 9.00-11.00); 2nd and third lectures october 8th and 14th (9.00-11.00); laboratory: 10th, 17th & 24th october 2013 (time: 14.00-16.00 e 16.00-18.00) Corso: lectures will be held every monday and t

Comunicazioni

Il prof. Poerio, di norma, riceve gli studenti il lunedì ed il venerdì dalle 11.00 alle 13.00 presso il suo studio (stanza 205 - primo piano, vecchio edifico di Agraria).
N.B: A causa di impegni didattici, di ricerca e di partecipazione ad organi collegiali dipartimentali, si prega di contattare preventivamente il docente (per e-mail o per telefono: poerio@unitus.it; tel. 0761-357262) per concordare l'incontro.