BIOCHIMICA E BIOINFORMATICA
Docenti
- Scheda dell'insegnamento
- Obiettivi formativi
- Prerequisiti
- Contenuti
- Metodi didattici
- Verifica dell'apprendimento
- Testi
- Altre informazioni
L’insegnamento di Biochimica e Bioinformatica fa parte del gruppo di insegnamenti del Corso di Studi che fornisce agli studenti le conoscenze scientifiche di base riguardanti gli aspetti molecolari del funzionamento degli organismi viventi e le relazioni tra struttura e funzione a livello molecolare.
Gli obiettivi principali dell’Insegnamento sono:
- fornire le conoscenze di base sulla struttura, proprietà e funzioni delle principali molecole biologiche;
- fornire le conoscenze sui principi chimici e termodinamici generali alla base del metabolismo degli esseri viventi e sulle principali vie metaboliche cellulari;
- descrivere la correlazione tra le principali vie metaboliche e i processi fisiologici e patologici nell’uomo;
- illustrare alcuni esempi dell’utilizzo dei processi biochimici in campo biotecnologico;
- illustrare le principali equazioni e metodi operativi per calcolare alcune grandezze fondamentali delle reazioni biochimiche (ad esempio, equilibrio delle reazioni, parametri termodinamici, parametri cinetici);
- fornire le basi teorico/pratiche per poter utilizzare le principali risorse bioinformatiche (utilizzo di banche dati e di strumenti informatici) utili in campo biotecnologia.
Lo studente deve possedere le conoscenze di base di biologia cellulare, di chimica generale (moli, concentrazioni e calcoli stechiometrici; acidità e basicità , pH e soluzioni tampone; cinetica delle reazioni, reazioni di ossidoriduzione, elettrochimica e termodinamica) e di chimica organica (gruppi funzionali e loro proprietà e reattività ). Non sono previsti vincoli di propedeuticità .
L’insegnamento è articolato in 11 CFU (88 ore) di lezioni frontali e 1 CFU (12 ore) di esercitazioni in aula che trattano i seguenti argomenti:
Modulo di Biochimica (7 CFU, 56 ore)
Parte A: struttura e funzione delle macromolecole biologiche
- La composizione chimica degli organismi viventi
- L'acqua, il pH e i sistemi tampone fisiologici.
- Amminoacidi e proteine: struttura e proprietà chimiche. Il legame peptidico (struttura primaria) e le strutture di ordine superiore delle proteine.
- Carboidrati: nomenclatura e principali carboidrati biologici (mono, oligo e polisaccaridi).
- Lipidi: Acidi grassi, trigliceridi, glicerofosfolipidi e sfingolipidi. Ruolo dei lipidi nelle membrane biologiche. Colesterolo, acidi biliari e ormoni steroidei.
- Nucleotidi e acidi nucleici.
- Gli enzimi.
Parte B) Le principali vie metaboliche
- Principi base delle reazioni del metabolismo (termodinamica ed equilibrio).
- Molecole ad alta energia di trasferimento. L'ATP. Le ossidazioni biologiche.
- Metabolismo dei carboidrati: glicolisi, fermentazione alcolica e lattica, metabolismo del glicogeno, via dei pentosi fosfati. Regolazione reciproca delle vie metaboliche trattate.
- Il ciclo degli acidi tricarbossilici e la fosforilazione ossidativa.
- La fotosintesi.
- Metabolismo dei lipidi: digestione e assorbimento. Beta-ossidazione degli acidi grassi saturi e corpi chetonici. Biosintesi degli acidi grassi. Cenni sul metabolismo del colesterolo.
- Metabolismo delle proteine: catabolismo degli amminoacidi. II ciclo dell'urea.
- Principali meccanismi di regolazione del metabolismo. Il ciclo alimentazione-digiuno.
- Metabolismo informazionale: replicazione, trascrizione e traduzione del DNA.
Esercitazioni in aula (1 CFU, 12 ore):
- sistemi tampone;
- determinazione dei parametri cinetici e dell’inibizione enzimatica.
- calcolo della variazione di energia libera associata a reazioni del metabolismo e reazioni redox;
Modulo di Bioinformatica (4 CFU, 32 ore):
- Introduzione alle principali banche dati biologiche e strategie di ricerca.
- Ricerca e analisi di sequenze di macromolecole.
- Il confronto di due o più sequenze.
- Utilizzo di BLAST per la ricerca di sequenze in banche dati.
- Costruzione di alberi filogenetici.
Lezioni frontali dei docenti: 88 ore
Esercitazioni in presenza del docente: 12 ore
Le lezioni sulla struttura delle macromolecole e sul metabolismo avranno la durata di 2 ore. Gli argomenti oggetto delle lezioni verranno trattati partendo dalla trattazione dei principi di base, illustrando la struttura delle molecole e delle macromolecole biologiche e le loro funzioni, le reazioni metaboliche e la loro regolazione per terminare con alcuni esempi (anche tratti da letteratura recente) sulle potenziali implicazioni biotecnologiche e biomediche degli argomenti trattati. Le lezioni sono supportate dalla proiezione di diapositive in PowerPoint (disponibili anche sulla piattaforma e-learning).
Le esercitazioni avranno una durata di 3 ore e saranno condotte in aula dal docente in modo interattivo.
Le lezioni di bioinformatica avranno una durata di 3 ore ciascuna e saranno svolte nell’aula di informatica. Gli studenti avranno a disposizione dei terminali per sperimentare individualmente le tecniche oggetto delle lezioni.
L’obiettivo della prova d’esame è verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi indicati. Sono previste tre prove che rispecchiano i tre macro-settori culturali dell’insegnamento:
- prova scritta (vertente sulla prima parte delle lezioni frontali e sulle esercitazioni) riguardante la struttura delle macromolecole biologiche (5-6 domande) e la soluzione di problemi biochimici (2-3 problemi). Nel caso delle domande riguardanti la struttura delle macromolecole biologiche, verrà valutata la capacità dello studente di descrivere (anche graficamente) le proprietà strutturali delle molecole biologiche in maniera formalmente corretta e con la giusta terminologia. Nel caso dei problemi biochimici verrà valutata la correttezza del procedimento adottato e del risultato finale. Ogni esercizio ha un punteggio: la somma dei punteggi degli esercizi errati verrà sottratta dal punteggio massimo 33 (pari a 30 e lode). La prova è valutata in trentesimi e si ritiene superata con una votazione di almeno 18/30.
- prova orale (vertente sulla seconda parte delle lezioni frontali) riguardante il metabolismo (aspetti generali e vie metaboliche). La prova consiste in due/tre domande nelle quali viene chiesto allo studente di descrivere in modo conciso ma pertinente tutti gli aspetti importanti di una via metabolica (aspetti generali, reazioni biochimiche, regolazione, potenziali implicazioni biotecnologiche/biomediche). Verrà valutata la conoscenza delle reazioni delle vie metaboliche e la capacità dello studente di individuarne i punti chiave (anche in relazione ad eventuali patologie e meccanismi di regolazione). Verrà valutata anche la chiarezza espositiva e la proprietà di linguaggio. La prova è valutata in trentesimi e si ritiene superata con una votazione di almeno 18/30.
- prova di bioinformatica. La prova consiste in un elaborato dello studente che riporti il risultato di esercizi proposti dal docente durante lo svolgimento delle lezioni e svolti individualmente in aula dagli studenti durante la parte finale della lezione. Verranno proposti circa 10 esercizi, distribuiti lungo tutto l’insegnamento. L’elaborato deve essere consegnato dagli studenti prima della registrazione del voto finale. La prova è valuta come approvata/non approvata. Per essere approvata, l’elaborato dovrà riportare tutti gli esercizi proposti.
ll voto finale sarà la media aritmetica dell’esito delle singole prove. La lode viene conferita solo in caso di votazione di 30L nella prova orale e di prova scritta senza errori.
Pollegioni, L. Fondamenti di Biochimica. EdiSES.
Nelson D.L., Cox M.M., I principi di biochimica di Lehninger. Zanichelli, VII Ed., 2018.
Voet D., Voet J.G., Pratt C.W., Fondamenti di biochimica. Zanichelli, IV Ed., 2017.
Berg J., Timoczcko J.L., Stryer L., Biochimica. Zanichelli, VII Ed., 2012.
Garrett R.H., Grisham C.M., Biochimica. Piccin, V Ed., 2014.
Mathews, C.K., Van Holde K.E., Appling D.R., Anthony-Cahill, S.J., Biochimica. Piccin, 2014.
Devlin, T.M., Biochimica con aspetti clinici. EdiSES, V Ed., 2011.
Campbell M.K., Farrell S.O., McDougal O.M., Biochimica. EdiSES, V Ed. 2019.
Appling D.R., Anthony-Cahill, S.J., Mathews, C.K., Biochimica. Molecole e metabolismo.
Pearson, 2017
Voet D., Voet J.G., Pratt C.W., Principi di biochimica. Zanichelli, IV Ed., 2017.
Modulo di Bioinformatica (uno a scelta)
Pascarella S., Alessandro P., Bioinformatica (Zanichelli)
Valle G., Helmer Citterich M., Attimonelli M., Pesole G., Introduzione alla bioinformatica (Zanichelli)
Inoltre, il seguente materiale didattico verrà reso disponibile sul sito e-learning:
- Slide realizzate dal docente.
- Domande di autovalutazione simili a quelle formulate nella prova scritta.
- Video tutorial degli esercizi di bioinformatica.
- Software disponibile gratuitamente scaricabile da internet
I docenti sono disponibili a fornire informazioni sull’organizzazione del corso e sulle tematiche trattate di persona (previo appuntamento richiesto mediante e-mail scrivendo a luciano.piubelli@uninsubria.it o a gianluca.molla@uninsubria.it) o direttamente tramite e-mail. Le e-mail devono provenire dall’indirizzo dello studente sul dominio @studenti.uninsubria.it. I docenti sono inoltre disponibili ad incontri di approfondimento o di chiarimento sugli argomenti trattati sia teorici, sia riguardanti le esercitazioni per gruppi di studenti, sempre previo appuntamento richiesto mediante e-mail.
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