Università degli studi dell'Insubria

BIOCHIMICA E BIOINFORMATICA

A.A. di erogazione 2019/2020
Insegnamento obbligatorio

Laurea triennale in BIOTECNOLOGIE
 (A.A. 2018/2019)

Docenti

Anno di corso: 
2
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
BIOCHIMICA (BIO/10)
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
11
Ore di attivita' frontale: 
88
Dettaglio ore: 
Lezione (88 ore)

Presentazione
L’insegnamento “Biochimica e Bioinformatica” si colloca al secondo anno ed è parte della formazione molecolare di base del laureato in Biotecnologie. Il corso si compone di due moduli: il primo di essi (Modulo di Metabolismo) 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. Tale modulo prevede l’introduzione del concetto di patologia come alterazione biomolecolare, così come pone le basi per le possibilità terapeutiche basate su un’azione mirata a livello molecolare. Il secondo Modulo (di Bioinformatica) ha lo scopo di introdurre lo studente all’utilizzo delle risorse computazionali e delle banche dati accessibili attraverso internet come un approccio fondamentale e complementare per lo studio dei processi metabolici e delle macromolecole biologiche.
Obiettivi formativi
Il modulo di Metabolismo è orientato alla descrizione della struttura e della funzione delle principali classi di biomolecole (proteine, acidi nucleici, zuccheri e lipidi), così come alla presentazione del complesso intreccio tra le vie metaboliche (cataboliche e biosintetiche). Questo modulo si propone di offrire le basi per una dettagliata conoscenza molecolare della vita e per le moderne applicazioni biotecnologiche di organismi e biomolecole. Il modulo di Bioinformatica ha lo scopo di fornire allo studente le nozioni di base (sia teoriche che applicative) per la comprensione del funzionamento e dell’utilizzo degli approcci computazionali nella moderna ricerca biochimica.
Conoscenza e capacità di comprensione:
- acquisire gli elementi fondamentali della Chimica Biologica come base per la comprensione dei principali meccanismi fisiologici di assimilazione, trasformazione ed escrezione delle sostanze nutritive;
- possedere le informazioni necessarie per la comprensione delle basi molecolari e metaboliche di processi fisiologici e patologici umani;
- conoscere le principali banche dati biologiche e gli strumenti informatici di base per le analisi di sequenze di nucleotidi o proteine e per la predizione di proprietà funzionale/strutturali di macromolecole.
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;
- essere in grado di cogliere le interconnessioni tra strutture macromolecolari e metabolismo nella loro interdipendenza e regolazione;
- acquisire la capacità di utilizzare gli strumenti bioinformatici (banche dati, server, software installati in locale).
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 di analisi bioinformatiche e di comprendere i punti di forza e i limiti degli approcci computazionali.
Abilità comunicative:
- dimostrare la capacità di estrarre e sintetizzare le informazioni rilevanti;
- 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 essere in grado di estrapolare le informazioni rilevanti fornite dalle analisi bioinformatiche e di presentarle in maniera chiara e concisa attraverso relazioni scritte.
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.

Prerequisiti: 

conoscenze di base di citologia, di Chimica generale e organica.

Modulo di Metabolismo (7 CFU, 56 ore, lezioni)
- La composizione elementare dell'organismo.
- L'acqua e il pH. sistemi tampone fisiologici.
Le macromolecole biologiche:
- Amminoacidi e Proteine (struttura, proprietà chimiche, iI legame peptidico). Organizzazione strutturale delle proteine e interazioni stabilizzanti. Classificazione delle proteine.
Cenni sulla struttura e funzione di alcune proteine.
- Carboidrati: Chiralità e stereoisomeria. Mono, oligo e polisaccaridi.
- Lipidi: Acidi grassi, trigliceridi. Glicerofosfolipidi e sfingolipidi. Colesterolo, acidi biliari e ormoni steroidei. Le membrane biologiche e il trasporto di membrana.
- Nucleotidi e acidi nucleici: Cenni sulle funzioni biochimiche dei nucleotidi. Cenni sulla struttura degli acidi nucleici.
- Gli enzimi: Classificazione ed esempi di meccanismi catalitici (la chimotripsina) e cinetica enzimatica.
- Metabolismo: Parametri termodinamici biochimici. Produzione, interconversione e consumo di energia nelle cellule. Molecole ad alta energia di trasferimento. L'ATP. Le ossidazioni biologiche.
- Metabolismo dei carboidrati: La glicolisi. La fermentazione alcolica e lattica. Glicogenolisi. Gluconeogenesi. La via del pentoso fosfato. Glicogenosintesi. La fotosintesi.
- Il ciclo degli acidi tricarbossilici. La fosforilazione ossidativa.
- Metabolismo dei lipidi: digestione e I’ assorbimento. Beta-ossidazione degli acidi grassi saturi e corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi. Metabolismo del colesterolo.
- Metabolismo delle proteine: digestione e I'assorbimento. Catabolismo degli amminoacidi. II ciclo dell'urea. Aminoacidi glicogenici e chetogenici
- Principali meccanismi di regolazione del metabolismo. La regolazione ormonale.
La replicazione del DNA.
- La trascrizione del DNA.
- La sintesi proteica.
Esercitazioni in aula (1 CFU, 12 ore):
- sistemi tampone
- calcolo della variazione di energia libera associata a reazioni del metabolismo
- Determinazione dei parametri cinetici e dell’inibizione enzimatica
- Reazioni redox
Modulo di Bioinformatica (3 CFU, 24 ore):
- Introduzione alla bioinformatica.
- Introduzione alle principali banche dati biologiche. Sintassi utilizzati per la catalogazione ed interrogazione delle banche dati. Gli operatori booleani.
Ricerca e analisi di sequenze di macromolecole
Il confronto di due sequenze. Le matrici a punti. Allineamenti locali e globali, matrici di punteggio a sostituzione (PAM, BLOSUM).
Utilizzo di BLAST per la ricerca di sequenze in banche dati. Allineamento multiplo di sequenze.
Gli alberi filogenetici e la storia evolutiva di una macromolecola. Alberi filogenetici. La predizione della struttura secondaria delle proteine.
Modellizzazione per omologia.
Confronto tra 2 strutture proteiche. Sovrapposizione strutturale tra 2 proteine. Ricerca di proteine a struttura tridimensionale simile (DALI).

Lezioni frontali del docente: 80 ore
Esercitazioni in presenza del docente: 12 ore

Modalita' 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. 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”, “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.
Modulo di Bioinformatica
L’esame è volto a valutare le capacità raggiunte dallo studente in relazione alla:
1. conoscenza dei principi alla base della gestione ed interrogazione delle banche dati biologiche;
2. conoscenza delle principali applicazioni della bioinformatica per lo studio funzionale, strutturale e evolutivo delle biomolecole;
3. capacità di applicare le nozioni apprese e i software mostrati per la soluzione di semplici problemi biologici.
In dettaglio:
L’esame è costituito da una prova riguardante l’attività svolta in laboratorio (ad esempio, interrogazione di una banca dati, utilizzo di uno dei software mostrati durante il corso, ...) e da 4 domande a risposta multipla.
L’esito finale dell’esame sarà approvato/non approvato.

l voto finale sarà la media aritmetica (pesata, 1/3 prova scritta, 2/3 prova orale) dell’esito delle singole prove.

Slide lezioni: scaricabili dal sito E-learning
Esercizi: scaricabili dal sito E-learning
Attività pratiche in laboratorio: dispense fornite dal docente e slide scaricabili dal sito E-learning.
Software disponibile gratuitamente scaricabile da internet
Testi:
Modulo di Biochimica (uno a scelta)
Berg J., Timoczcko J.L., Stryer L., Biochimica (Zanichelli)
Voet D., Voet J.G. Pratt C.W., Fondamenti di biochimica (Zanichelli) Nelson D.L., Cox M.M., I principi di biochimica di Lehninger (Zanichelli) Garrett, Grisham, Principi di biochimica (PICCIN)
Matthews, Van Holde, Ahern, Biochimica (Casa Editrice Ambrosiana) Baynes J.W., Dominiczak M.H., Biochimica per le discipline biomediche (Elsevier)
Campbell M.K., Farrell S.O., Biochimica 4a ed. (EdiSES) Modulo di Bioinformatica (uno a scelta)
Pascarella S., Alessandro P., Bioniformatica (Zanichelli)
Valle G., Helmer Citterich M., Attimonelli M., Pesole G., Introduzione alla bioinformatica (Zanichelli)

Ricevimento:
Preferibilmente su appuntamento (mediante richieste via e-mail). Il docente risponde solo alle e-mail firmate e provenienti dal dominio @uninsubria.it.
Il docente è disponibile ad incontri di approfondimento o di chiarimento sugli argomenti trattati per gruppi di studenti.

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 2
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE

A.A. 2017/2018

Anno di corso: 2
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE

A.A. 2016/2017

Anno di corso: 2
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 2
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE