Università degli studi dell'Insubria

CORSO INTEGRATO DI BIOCHIMICA

A.A. di erogazione 2017/2018

Laurea triennale in SCIENZE BIOLOGICHE
 (A.A. 2016/2017)
L'insegnamento è composto da diversi moduli, consultare il dettaglio nella sezione Moduli.
Anno di corso: 
2
Crediti: 
15
Ore di attivita' frontale: 
140

Obiettivi dell’insegnamento e risultati di apprendimento attesi
L’insegnamento “Corso Integrato di Biochimica” si colloca al secondo anno ed è parte della formazione molecolare di base del laureato in biologia. Il corso si compone di due moduli: il Modulo di Biochimica introduce lo studente alla comprensione del rapporto struttura-funzione delle macromolecole biologiche, ai meccanismi molecolari dei fenomeni biologici e alla loro regolazione. La descrizione del metabolismo avverrà sia a livello qualitativo che in termini quantitativi. Il Modulo di Metodologie Biochimiche ha lo scopo di descrivere i principi teorici di funzionamento e le principali applicazioni pratiche delle maggiori metodiche preparative e analitiche attualmente utilizzate nel campo della ricerca biochimica e biologico-molecolare.
Il Modulo di Biochimica è orientato alla descrizione della struttura e della funzione delle principali classi di biomolecole, così come alla presentazione del complesso intreccio tra le vie metaboliche. Nel Modulo di Metodologie Biochimiche vengono esplicitati i possibili utilizzi di ciascuna delle tecniche descritte, anche con l’utilizzo di esempi comuni nella pratica del laboratorio di biochimica, con lo scopo di fornire agli studenti la possibilità di imparare a scegliere le migliori soluzioni ai problemi teorici e pratici che ci si trova ad affrontare nella pianificazione e nell’esecuzione degli esperimenti.
Conoscenza e capacità di comprensione:
-acquisire gli elementi fondamentali della Chimica Biologica come base per la comprensione dei meccanismi fisiologici di assimilazione, trasformazione ed escrezione delle sostanze nutritive
-possedere le informazioni necessarie per la comprensione delle basi molecolari e metaboliche di patologie umane e disfunzioni correlate alla alimentazione
-conoscere le basi chimiche e strumentali delle principali metodologie analitiche e preparative delle biomolecole.
-acquisire le basi teoriche delle metodologie sperimentali descritte e sviluppare la capacità di valutare le migliori soluzioni per il raggiungimento degli obiettivi sperimentali definiti.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
-saper applicare le conoscenze acquisite di chimica e di biologia cellulare alla analisi delle basi molecolari della funzionalità dell'organismo umano e della sua integrazione con l'ambiente
-abilità a cogliere le interconnessioni tra strutture macromolecolari e metabolismo nella loro interdipendenza e regolazione
-acquisire la capacità di svolgere praticamente gli esperimenti affrontati nella parte in laboratorio.
Autonomia di giudizio:
-abilità a comprendere e discutere criticamente le alterazioni di processi metabolici che portano a disfunzioni patologiche o a potenziali applicazioni biotecnologiche
-abilità a comprendere e discutere criticamente i risultati sperimentali anche allo scopo di utilizzarli come base di partenza per la pianificazione e la realizzazione di esperimenti ulteriori.

Abilità comunicative:
-dimostrare capacità di estrarre e sintetizzare l'informazione rilevante
-dimostrare di saper comunicare in maniera efficace sia oralmente che in forma scritta
-dimostrare abilità di riassumere e presentare l'informazione (anche in termini matematici e grafici)
-dimostrare di saper comunicare, con obiettività e un linguaggio scientifico adeguato, le informazioni e i risultati sperimentali ottenuti e di trarre da essi le opportune conclusioni.

Capacità di apprendimento:
-capacità di leggere, comprendere e commentare un testo scientifico di biochimica
-abilità ad utilizzare queste conoscenze per valutare criticamente gli obiettivi e/o i risultati di un progetto di ricerca di ambito biochimico secondo sia l’approccio quantitativo che qualitativo.

Propedeuticità: aver sostenuto l’esame di Chimica Generale e di Chimica Organica.
Prerequisiti: conoscenze di Biologia cellulare, di Chimica generale e, soprattutto, di Chimica organica.

Contenuti e programma del corso
Modulo di Biochimica (9 CFU)
- Prof. Loredano Pollegioni
Macromolecole Biologiche. La composizione elementare dell'organismo. L'acqua e le soluzioni acquose. Amminoacidi e Proteine: Struttura, proprietà chimiche e punto isoelettrico. Il legame peptidico; livelli di organizzazione strutturale delle proteine. Le proteine respiratorie. Carboidrati: Aldosi e chetosi; legame glicosidico. Oligo- e polisaccaridi. Lipidi: Acidi grassi, trigliceridi, glicerofosfolipidi, sfingolipidi, colesterolo, acidi biliari Le membrane biologiche.Nucleotidi e acidi nucleici: La struttura degli acidi nucleici.
Il metabolismo. Gli enzimi: Cinetica enzimatica; cofattori; enzimi regolatori. Introduzione al metabolismo: Parametri termodinamici. Produzione, interconversione e consumo di energia nelle cellule. Molecole ad alta energia di trasferimento. Metabolismo dei carboidrati: La glicolisi e l'ossidazione del piruvato. La fermentazione alcolica e lattica. Glicogenolisi e gluconeogenesi. Il ciclo di Cori. La via del pentoso fosfato. Glicogenosintesi. La fotosintesi. II metabolismo terminale: Ciclo degli acidi tricarbossilici. La fosforilazione ossidativa. Metabolismo dei lipidi: Beta-ossidazione. Metabolismo dei corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi. Metabolismo delle proteine: Catabolismo degli amminoacidi. II ciclo dell'urea.
Metabolismo dei nucleotidi. Integrazione del metabolismo e signalling cellulare. Meccanismi di controllo metabolico. I meccanismi di signalling. Il metabolismo informazionale. La replicazione del DNA. La trascrizione del DNA. La sintesi proteica. Esercitazioni di calcolo in aula. Sistemi tampone ed equazione di Henderson-Hasselbalch. Calcolo della variazione di energia libera: ΔG, ΔE e Keq. L’attività enzimatica. Bilanci energetici.
Modulo di Metodologie Biochimiche (6 CFU)
Parte teorica. La progettazione dell'indagine. Unità di misura, concentrazione e attività. Tecniche elettrochimiche: misura del pH e del consumo di ossigeno. Centrifugazione. Metodi per l'ingegnerizzazione e per l’espressione eterologa delle proteine. Purificazione delle proteine: frantumazione di cellule e tessuti; parametri di purificazione. Determinazione della concentrazione proteica. Chiarificazione, dialisi, precipitazione al calore e al pH. Frazionamento con sali o solventi organici. Ultrafiltrazione. Tecniche cromatografiche: principi generali, componenti e tipi di cromatografie. FPLC. HPLC. Tecniche elettroforetiche. SDS-PAGE, isoelettrofocalizzazione, elettroforesi capillare. Western blot. Tecniche spettroscopiche. Tecniche basate sull’uso degli enzimi e dosaggi enzimatici. Tecniche immunochimiche. Tecniche radioisotopiche. Cenni sulla spettrometria di massa.
Attività pratiche in laboratorio (32 ore, 2 CFU)
L’attività pratica in laboratorio verterà sulla purificazione e sulla caratterizzazione strutturale e funzionale di un enzima ricombinante. Rottura delle cellule e dosaggio della concentrazione delle proteine nell’estratto grezzo mediante il metodo del reattivo del biureto. Purificazione dell’enzima dall’estratto grezzo mediante cromatografia di affinità. Determinazione dell’attività enzimatica e della concentrazione dell’enzima puro. SDS-PAGE e Western blot. Analisi elettroforetica mediante PAGE in condizioni native: zimogramma. Determinazione dei parametri cinetici allo stato stazionario su diversi substrati. Discussione e analisi critica dei risultati ottenuti.
Tipologia delle attività didattiche
Modulo di Biochimica
Lezioni frontali: 64 ore
Esercitazioni di calcolo: 12 ore
Modulo di Metodologie Biochimiche
Lezioni frontali: 32 ore
Attività pratiche in laboratorio (in gruppo): 32 ore

Lezioni frontali, esercitazioni di calcolo, e attività di laboratorio (vedi dettagli)

Modulo di Biochimica
L’esame è volto a valutare le capacità raggiunte dallo studente in relazione a:
1. conoscenza e comprensione delle basi teoriche della chimica biologica e capacità di collegare i vari aspetti nell’argomentazione.
2. capacità di applicare le conoscenze acquisite per cogliere le interconnessioni fra i diversi cicli metabolici e ragionare in maniera autonoma sulle problematiche della regolazione del metabolismo energetico, materiale ed informazionale. Capacità di estrarre informazione da un testo e di individuare gli aspetti critici.
3. possesso di conoscenze di carattere quantitativo per descrivere anche a livello matematico i fenomeni biochimici.
In dettaglio:
- Esame scritto: lo studente sarà chiamato ad utilizzare le conoscenze relative alle sezioni “Macromolecole biologiche” e alle “Esercitazioni di calcolo” del programma in una verifica scritta organizzata secondo: a) quattro quesiti inerenti la struttura delle macromolecole biologiche (a cui viene attribuita metà della valutazione in termini quantitativi), b) due problemi (a cui viene attribuita metà della valutazione in termini quantitativi). L’esito dell’esame sarà in trentesimi: la prova si ritiene superata con una votazione di almeno 18/30.
- Il superamento della prova scritta permetterà di sostenere la prova orale. Nella prova orale lo studente sarà chiamato ad utilizzare le conoscenze relative alle sezioni “Il metabolismo “, “Integrazione del metabolismo e signalling cellulare” e “Il metabolismo informazionale” del programma dimostrando la conoscenza delle reazioni relative ai cicli metabolici, e alla loro interrelazione e regolazione. L’esito dell’esame sarà in trentesimi: la prova si ritiene superata con una votazione di almeno 18/30. Il voto finale sarà la media aritmetica dell’esito delle singole prove.

Modulo di Metodologie Biochimiche
L’esame è volto a valutare le capacità raggiunte dallo studente in relazione alla conoscenza e comprensione delle basi teoriche e delle applicazioni in campo biologico delle diverse metodologie preparative e analitiche trattate durante le parte teorica del corso, mediante un esame scritto che prevede 3-4 domande a risposta aperta (2/3 del punteggio totale dell’esame) e 8-10 quesiti a risposta multipla (1/3 del punteggio totale dell’esame), da effettuarsi nel tempo di 90 minuti.
La valutazione della comprensione delle problematiche affrontate durante le attività pratiche svolte in laboratorio, comprensive della capacità di comunicazione, presentazione, discussione e analisi critica dei risultati ottenuti, verrà effettuata sulla base della valutazione di una relazione stilata singolarmente da ogni studente al termine dei laboratori pratici.
L’esito dell’esame sarà in trentesimi: entrambe le prove si ritengono superate se si raggiunge una votazione pari ad 18/30. Il voto finale del Modulo sarà la media aritmetica dell’esito delle singole prove.

Il voto complessivo del Corso Integrato sarà la media aritmetica dei voti dei singoli moduli pesata sulla base dei CFU di ciascun Modulo.

Testi e materiale didattico
Slide lezioni ed esercizi: scaricabili dal sito Elearning
Attività pratiche in laboratorio: dispense fornite dal docente e slide scaricabili dal sito Elearning.

Testi:
Modulo di Biochimica (uno a scelta)
Berg, Timoczcko, Stryer, BIOCHIMICA, Zanichelli
Voet, Voet, Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli
Nelson, Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli
Matthews, Van Holde, Ahern, BIOCHIMICA, CEA
Baynes, Dominiczak, BIOCHIMICA PER LE DISCIPLINE BIOMEDICHE, Elsevier
Campbell, Farrell, BIOCHIMICA, EdiSES
Modulo di Metodologie Biochimiche (uno a scelta)
Bonaccorsi di Patti, Contestabile, Di Salvo, METODOLOGIE BIOCHIMICHE, CEA.
Stoppini, Bellotti, BIOCHIMICA APPLICATA, EdiSES.

Modalità di verifica dell’apprendimento

Modulo di Biochimica
L’esame è volto a valutare le capacità raggiunte dallo studente in relazione a:
1.conoscenza e comprensione delle basi teoriche della chimica biologica e capacità di collegare i vari aspetti nell’argomentazione.
2.capacità di applicare le conoscenze acquisite per cogliere le interconnessioni fra i diversi cicli metabolici e ragionare in maniera autonoma sulle problematiche della regolazione del metabolismo energetico, materiale ed informazionale. Capacità di estrarre informazione da un testo e di individuare gli aspetti critici.
3.possesso di conoscenze di carattere quantitativo per descrivere anche a livello matematico i fenomeni biochimici.
In dettaglio:
- Esame scritto: lo studente sarà chiamato ad utilizzare le conoscenze relative alle sezioni “Macromolecole biologiche” e alle “Esercitazioni di calcolo” del programma in una verifica scritta organizzata secondo: a) quattro quesiti inerenti la struttura delle macromolecole biologiche (a cui viene attribuita metà della valutazione in termini quantitativi), b) due problemi (a cui viene attribuita metà della valutazione in termini quantitativi). L’esito dell’esame sarà in trentesimi: la prova si ritiene superata con una votazione di almeno 18/30.
- Il superamento della prova scritta permetterà di sostenere la prova orale. Nella prova orale lo studente sarà chiamato ad utilizzare le conoscenze relative alle sezioni “Il metabolismo “, “Integrazione del metabolismo e signalling cellulare” e “Il metabolismo informazionale” del programma dimostrando la conoscenza delle reazioni relative ai cicli metabolici, e alla loro interrelazione e regolazione. L’esito dell’esame sarà in trentesimi: la prova si ritiene superata con una votazione di almeno 18/30. Il voto finale sarà la media aritmetica dell’esito delle singole prove.

Modulo di Metodologie Biochimiche
L’esame è volto a valutare le capacità raggiunte dallo studente in relazione alla conoscenza e comprensione delle basi teoriche e delle applicazioni in campo biologico delle diverse metodologie preparative e analitiche trattate durante le parte teorica del corso, mediante un esame scritto che prevede 3-4 domande a risposta aperta (2/3 del punteggio totale dell’esame) e 8-10 quesiti a risposta multipla (1/3 del punteggio totale dell’esame), da effettuarsi nel tempo di 90 minuti.

Orario di ricevimento
Preferibilmente su appuntamento (mediante richieste via e-mail). I docenti rispondono solo alle e-mail firmate e provenienti dal dominio @uninsubria.it. Non si risponde a richieste di conferma di informazioni già disponibili - ad esempio richiesta conferma della data appello di esame.
I docenti sono disponibili ad incontri di approfondimento per gruppi di studenti.

Insegnamenti

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A.A. 2018/2019

Anno di corso: 2
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2017/2018

Anno di corso: 2
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 2
Curriculum: PERCORSO COMUNE