Biochimica - Farmacia

Anno accademico 2008/2009

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Programma

CORSO DI BIOCHIMICA/BIOCHIMICA APPLICATA PER FARMACIA

MODULO DI BIOCHIMICA

 PROGRAMMA ANNO ACCADEMICO 2008/2009

STRUTTURA DELLE PROTEINE

Panoramica sulle funzioni delle proteine. Stabilità interna e “dialogo” con l’ambiente: le interazioni deboli. Gli amminoacidi delle proteine: proprietà generali, famiglie. Struttura primaria delle proteine. II legame peptidico e le strutture secondarie. Strutture ad a-elica e a foglietto b. Proteine fibrose e proteine globulari. Struttura terziaria. I ponti disolfuro. Struttura quaternaria. Il folding delle proteine in vitro e in vivo. Chaperon molecolari. Le malattie da misfolding. I prioni. Proteine coniugate e odificazioni post-traduzionali delle proteine.

LE PROTEINE CHE TRASPORTANO L'OSSIGENO

II gruppo eme. Struttura della mioglobina, legame con l'ossigeno. Struttura dell'emoglobina. Affinità per l'ossigeno e per il CO. Cooperatività del legame con l'ossigeno. Curve di dissociazione dell'ossigeno: confronto tra mioglobina ed emoglobina. Effetto Bohr. Effetto del 2,3-bisfosfoglicerato. Emoglobina fetale. Metaemoglobina. Trasporto dell'anidride carbonica. Emoglobine patologiche.

GLICIDI

Funzioni dei glicidi. Classificazione. Monosaccaridi: aldosi e chetosi. Zuccheri riducenti e non riducenti. Amminozuccheri, acido sialico e sialoglicoproteine. Il legame glicosidico. Polisaccaridi: cellulosa, chitina, amido, glicogeno. Mucopolisaccaridi e mucopolisaccaridosi, eparina. Glicoproteine. Proteoglicani. Glicolipidi. I carboidrati come marcatori di superficie e recettori di segnali molecolari.

LIPIDI E MEMBRANE BIOLOGICHE

Funzioni dei lipidi. Acidi grassi saturi e insaturi. Classificazione dei lipidi: cere, trigliceridi, glicerofosfolipidi, sfingolipidi, steroli e colesterolo, altri composti terpenici (vitamine A, D, E, K, ubichinone, dolicoli). Effetto idrofobico. I lipidi come segnali intracellulari (diacilglicerolo e ceramide) ed extracellulari (eicosanoidi). Architettura delle membrane biologiche: il modello a mosaico fluido e….il suo aggiornamento (“rafting” dei lipidi di membrana). Fluidità delle membrane biologiche: effetto dei doppi legami e del colesterolo. Proteine di membrana integrali, periferiche, altre (monotopiche, “GPI-anchored proteins”).

ENZIMI – PRINCIPI DI CATALISI

Variazione di energia libera e costante di equilibrio. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche: ΔG, ΔG⁰, ΔG^0’. Velocità di reazione e stato di transizione (equazione di Arrhenius: ΔG di attivazione). Il sito attivo degli enzimi. Specificità delle reazioni enzimatiche. Classificazione degli enzimi. Isoenzimi. Cofattori degli enzimi: ioni metallici e coenzimi. Esempi di catalisi enzimatica covalente e non covalente. Le proteasi.

ENZIMI - CINETICA ENZIMATICA – LE EQUAZIONI FONDAMENTALI

La base sperimentale dell'equazione di Michaelis e Menten. Cinetica di saturazione: equazione, grafico e interpretazione del grafico. Significato dei parametri cinetici K_M, V_max, k_cat, k_cat/K_M. Effetto del pH e della temperatura sull'attività enzimatica.

ENZIMI - INIBITORI E REGOLAZIONE

Inibitori irreversibili e reversibili. Inibitori reversibili competitivi, acompetitivi, misti e non competitivi. Esempi. Controllo della quantità e della attività degli enzimi. Tipi di regolazione. Regolazione allosterica.

INTRODUZIONE AL METABOLISMO

Processi catabolici e processi biosintetici. Reazioni metaboliche esoergoniche, all’equilibrio. Reazioni endoergoniche, additività delle ΔG e accoppiamento delle reazioni. ATP: struttura e proprietà. Carica energetica della cellula. Metastabilità dell'ATP. Composti ad elevato potenziale di trasferimento del fosfato.  Composti ad "alta energia". Coenzimi e vitamine. Coenzima A e tioesteri. Reazioni redox. NAD, NADP. FAD, FMN e flavoproteine, lipoammide, glutatione, tetraidrobiopterina, acido ascorbico. Altri coenzimi derivanti da vitamine: piridossal fosfato, S-adenosil-metionina, tetraidrofolato, biotina, tiamina pirofosfato, coenzima B₁₂, metil-cobalamina. Riepilogo sul controllo (termodinamico e cinetico) del flusso metabolico: tappe di controllo e minimizzazione dei cicli futili..

METABOLISMO DEI GLICIDI - GLICOLISI

Generalità sul metabolismo dei carboidrati. Fornitori della glicolisi. Ruolo centrale del glucoso-6-fosfato. Reazioni ed enzimi della glicolisi. Termodinamica della glicolisi: DG⁰ e DG delle reazioni. Regolazione della glicolisi: enzimi regolatori e loro modulatori. Il fruttoso-2,6-bisfosfato e l'enzima tandem chinasi-fosfatasi. Sintesi del 2,3-bisfosfoglicerato. Destino del piruvato. Fermentazione lattica e alcolica.

CICLO DELL'ACIDO CITRICO (CICLO DI KREBS)

II complesso della piruvato deidrogenasi: reazioni, enzimi e coenzimi. Fonti metaboliche di acetil CoA. Reazioni ed enzimi del ciclo. Termodinamica e regolazione. Ruolo catabolico e biosintetico del ciclo di Krebs. Reazioni anaplerotiche. Collegamento tra il ciclo di Krebs e le altre vie metaboliche. Il ciclo del gliossilato.

TRASPORTO DEGLI ELETTRONI E FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Catabolismo e catena respiratoria. I complessi della catena respiratoria. L’ubichinone e i suoi fornitori di elettroni. I citocromi. Il citocromo c: caratteristiche strutturali e funzionali. Sintesi dell'ATP: ipotesi chemiosmotica, struttura e funzione dell'ATP sintasi. Accoppiamento tra flusso degli elettroni e fosforilazione ossidativa. Principali inibitori della catena respiratoria. Il disaccoppiamento. Sistemi navetta per il trasporto di equivalenti di NADH dal citosol al mitocondrio. Bilancio energetico della ossidazione completa di una molecola di glucosio.

METABOLISMO DEI GLICIDI - VIA DEI PENTOSO FOSFATI

Reazioni ed enzimi. Regolazione della via dei pentosofosfati: dipendenza dal fabbisogno di NADPH, riboso-5-fosfato e ATP. Fonti di NADPH alternative alla via dei pentosi: enzima malico. NADPH e glutatione reduttasi. Altre funzioni del NADPH.

METABOLISMO DEI GLICIDI - METABOLISMO DEL GLICOGENO

Struttura e funzione del glicogeno. Demolizione e sintesi. Glicogeno fosforilasi e glicogeno sintasi. Funzione della glicogenina. Regolazione del metabolismo del glicogeno. Il calcio e la calmodulina.

METABOLISMO DEI GLICIDI - GLUCONEOGENESI

Generalità sulla gluconeogenesi: il glucosio ….ad ogni costo. Confronto tra glicolisi e gluconeogenesi. La piruvato carbossilasi (biotin-enzima), un enzima polifunzionale. Trasporto dell'ossalacetato dal mitocondrio al citosol. Gli altri enzimi "peculiari" della gluconeogenesi: PEP-carbossichinasi, fruttoso-l,6-bisfosfatasi e glucoso-6-fosfatasi (distribuzione nell’organismo). Fabbisogno energetico della gluconeogenesi. Il ciclo di Cori. Regolazione ormonale: glucagone, adrenalina, cortisolo.

METABOLISMO LIPIDICO - GLI ACIDI GRASSI

Degradazione e sintesi dei trigliceridi nel duodeno, nel tessuto adiposo e nel fegato. Mobilizzazione degli acidi grassi. Attivazione degli acidi grassi. Struttura e ruolo della carnitina. La b-ossidazione: reazioni, enzimi e coenzimi. Bilancio energetica della b -ossidazione. Ossidazione degli acidi grassi a catena dispari di atomi di carbonio (origine e destino metabolico del propionil-CoA). La chetogenesi e i corpi chetonici. Sintesi degli acidi grassi. Trasporto dell'acetil-CoA dal mitocondrio al citosol: funzione dell'enzima malico. Attivazione dell’acetil-CoA. La “catena di montaggio”: reazioni, enzimi, coenzimi. Organizzazione strutturale della acido grasso sintasi animale. Regolazione allosterica del metabolismo degli acidi grassi. Il citrato come trasportatore e modulatore allosterico. Regolazione ormonale: fosfosforilazione e defosforilazione dell'acetil-CoA carbossilasi e della triacilglicerolo lipasi. Le prostaglandine e gli altri derivati dell'acido arachidonico (cenni).

METABOLISMO LIPIDICO -I LIPIDI DI MEMBRANA E IL COLESTEROLO

Generalità sul metabolismo dei fosfolipidi. Biosintesi del colesterolo: fabbisogno di acetìl-CoA e NADPH (confronto con la sintesi degli acidi grassi), fasi principali, fasi "costose" (consumo di ATP e NADPH: costi di produzione e di trasporto). Le lipoproteine. Il controllo della biosintesi e del trasporto del colesterolo. Regolazione (cenni). L'ipercolesterolemia famigliare. Derivati del colesterolo: ormoni steroidei (glucocorticoidi, mineralcorticoidi, sessuali), acidi biliari, vitamina D₃. Biosintesi degli ormoni steroidei e degli acidi biliari: ruolo delle monoossigenasi. Prenilazione delle proteine.

METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI - CATABOLISMO

II catabolismo delle proteine della dieta e cellulari. Il sistema ubiquitina-proteasoma. Destino metabolico degli amminoacidi: amminoacidi glucogenici e chetogenici. Deamminazione per transamminazione (transamminasi PLP-dipendenti). Deamminazione ossidativa: la glutammico deidrogenasi. Ruolo catalitico dell'a-chetoglutarato. Il ciclo dell'urea: reazioni, enzimi, compartimentazione cellulare e regolazione. Sintesi di creatina e fosfocreatina.

METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI - BIOSINTESI

Amminoacidi essenziali e non essenziali. Caratteristiche generali della biosintesi degli amminoacidi. La glutammato deidrogenasi e la glutammina sintetasi. Famiglie biosintetiche degli amminoacidi. Ruolo biosintetico delle transamminasi. Biosintesi della tirosina dalla fenilalanina. Interconversione serina-glicina. Il metabolismo delle unità monocarboniose: i derivati del tetraidrofolato e la S-adenosil metionina. La metilcobalamina. Sintesi delle catecolamine. Amminoacidi come precursori di biomolecole: nucleotidi, ormoni della tiroide, glutatione, istamina, serotonina, GABA, catecolamine.

METABOLISMO DEI NUCLEOTIDI

Struttura dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Aspetti generali del metabolismo dei nucleotidi: vie de novo e vie di recupero. Strategie biosintetiche e origine degli atomi degli anelli purinico e pirimidinico. Formazione dei deossiribonucleotidi. Biosintesi dei nucleotidi timidilici: la timidilato sintasi e la diidrofolato reduttasi. Cenni al catabolismo dei nucleotidi. Riepilogo sulle interazioni tra ciclo di Krebs, metabolismo degli aminoacidi e metabolismo dei nucleotidi.

COMUNICAZIONE TRA CELLULE E SIGNALLING MOLECOLARE

Molecole-segnale: ormoni e neurotrasmettitori. Recettori nucleari e recettori di membrana. Segnali ormonali: insulina, glucagone, adrenalina. Secondi messaggeri: cAMP, cGMP, Ca⁺⁺, IP₃, DAG. Le cascate dell'AMPc e dell'inositolo trisfosfato. Le proteine G e l'apparato di trasduzione dei segnali. Il recettore dell'insulina e la famiglia dei recettori ad attività tirosin-chinasica. Il cGMP e l'NO. Riepilogo su regolazione ormonale e integrazione del metabolismo.

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