Biochimica e Biologia Molecolare

INFORMAZIONI GENERALI

Obiettivi Formativi

L’insegnamento si propone di introdurre lo studente ai principi della Biochimica della Biologia Molecolare. Il corso è suddiviso in due sezioni principali ‘Biochimica’ e ‘Biologia Molecolare’.

La sezione di Biochimica si organizza in due attività didattiche una iniziale riguardante le macromolecole e in una seconda riguardante il metabolismo cellulare.

Per quanto riguarda l’attività didattica di Biochimica, l’insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni fondamentali di Biochimica, finalizzate alla conoscenza e alla capacità di comprensione della struttura e funzione delle principali macromolecole cellulari, del metabolismo, della bioenergetica e della composizione dei principali gruppi di nutrienti. L’acquisizione di queste conoscenze rappresenta la chiave d’accesso per la comprensione dei complessi fenomeni alla base della fisiologia e del metabolismo cellulare.

La sezione di Biologia Molecolare si propone di fornire allo studente le conoscenze di base relative alla biologia degli organismi viventi con particolare attenzione agli aspetti molecolari della trasmissione dell'informazione genetica. Il corso inizialmente introduce le nozioni di base sulle macromolecole biologiche e la biologia cellulare.  Quindi introduce gli acidi nucleici come molecole in grado di assicurare la trasmissione dell'informazione genetica attraverso i meccanismi di replicazione del DNA, trascrizione dell'RNA e traduzione delle proteine. Inoltre, vengono introdotti i concetti di base dell’ereditarietà, di danno/mutazione del DNA e le implicazioni per la salute umana.

Risultati di apprendimento attesi

Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito:

Conoscenza e capacità di comprensione

Lo studente dovrà dimostrare di conoscere le strutture delle macromolecole e la composizioni dei principali gruppi di nutrienti. Di comprendere i meccanismi alla base della funzione degli enzimi e il loro ruolo nelle trasformazioni metaboliche e nella produzione di energia. Inoltre, lo studente dovrà aver appreso la logica alla base della compartimentalizzazione delle vie metaboliche e del ruolo metabolico dei diversi organi. Lo studente dovrà essere in grado di comprendere i processi attraverso i quali si attua la regolazione delle diverse vie metaboliche.

Inoltre, lo studente dovrà saper confrontare la struttura e funzioni del DNA e dell’RNA e conoscere i principi dell’ereditarietà. Conoscere i processi di trascrizione e  replicazione del DNA sai nei procarioti che negli eucarioti. Saper descrivere le fasi della traduzione nella sintesi proteica e saper distinguere i processi di regolazione genica nei procarioti ed eucarioti.  Distinguere le alterazioni cromosomiche, le mutazioni puntiformi e spiegare gli effetti delle mutazioni geniche. Saper illustrare il ciclo cellulare e saper distinguere la meiosi dalla mitosi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Saper applicare le conoscenze acquisite di Biochimica all’analisi delle basi molecolari della funzionalità dell'organismo umano e della sua integrazione con l'ambiente:

•          cogliere le interconnessioni tra strutture macromolecolari e metabolismo nella loro interdipendenza e regolazione;

•          conoscenza e comprensione: capacità di utilizzare le nozioni di base acquisite, di sapere applicare le conoscenze dei processi biochimici e molecolari, con particolare risalto allo studio della bioenergetica, del metabolismo nei diversi organi, dei processi molecolari della trasmissione dell'informazione genetica e della regolazione dell’espressione genica in procarioti ed eucarioti.

Scopo dell’insegnamento è, inoltre, quello di sviluppare nello studente la capacità di applicare le conoscenze acquisite per comprendere altri insegnamenti nella prosecuzione degli studi.

Abilità di giudizio

Lo studente svilupperà un alto grado di autonomia di giudizio, che gli consentirà di affrontare i più complessi temi della Biochimica e della Biologia Molecolare con consapevolezza e capacità critica, indispensabile strumento anche nella scelta degli studi successivi. Inoltre lo studente svilupperà la capacità di raccogliere e interpretare i dati biochimici e molecolari così come  leggere ed elaborare un articolo scientifico sul quale esprimere giudizi scientifici in maniera autonoma. 

Abilità di comunicare

Lo studente saprà illustrare in modo sintetico e analitico i concetti principali ed evidenziare i processi più rilevanti della Biochimica e della Biologia Molecolare, in particolare le interconnessioni tra le vie metaboliche e le loro regolazioni, i principi di base della duplicazione del DNA, della trascrizione, della traduzione e della regolazione dell’espressione genica. Sarà in grado di utilizzare un linguaggio scientifico appropriato alla descrizione di cicli metabolici, delle reazioni biochimiche, dei processi molecolari della trasmissione dell'informazione genetica e della sua regolazione.

Capacità di apprendimento

Aver acquisito non solo competenze e conoscenze adeguate al conseguimento dell'esame, ma soprattutto stimoli, capacità e metodi di apprendimento adeguati per l'aggiornamento e l'innalzamento continuo delle proprie competenze nell'ambito della biochimica e biologia molecolare per comprendere gli argomenti trattati in corsi più avanzati di Scienze della Vita.

PROGRAMMA DEL CORSO

Introduzione al Corso

Sezione di Biochimica

1. Amminoacidi (Struttura degli AA; Classificazione degli AA in base al gruppo R; Altri tipi di AA; Isomerizzazione; Punto isoelettrico; AA essenziali e non; Accenni su legame peptidico e peptidi)

2. Proteine struttura e funzione (Strutture delle proteine; Classificazione delle proteine; Funzioni principali e secondarie delle proteine; Esempi di alcune proteine)

3. Vitamine Struttura e funzione 1 (Macro e micro-nutrienti; Funzioni delle vitamine; Caratteristiche generali delle vitamine; ipovitaminosi; Classificazione delle vitamine; Vitamine Idrosolubili; Tiamina; Riboflavina; Niacina; Acido pantotenico; Piridossina; Acido Folico; Acido Ascorbico; Biotina)

4. Vitamine Struttura e funzione 2 (Vitamine liposolubili: caratteristiche generali; Retinolo; Calciferolo; Calciferolo e Ossa; Tocoferolo; Vitamina K; Cenni digestione e assorbimento delle Vitamine)

5. Carboidrati struttura e funzione (Classificazione dei carboidrati; Monosaccaridi; Disaccaridi; Oligosaccaridi; Polisaccaridi; Glicoproteine; Funzioni; Esempi di alcuni carboidrati)

6. Acidi Nucleici (DNA; RNA; Doppia elica e complementarietà; Duplicazione del DNA (Tutte le fasi))

7. Lipidi struttura e funzione (Classificazione dei lipidi; Struttura dei lipidi; Esempi (alimenti))

8. Sali Minerali 1 (Sali minerali: caratteristiche generali; Classificazione; Sali minerali: funzioni generali; Macroelementi: Calcio, Fosforo; Magnesio; Potassio; Sodio; Cloro; Zolfo)

9. Sali Minerali 2 (Microelementi: Ferro; Zinco; Selenio; Rame; Manganese; Iodio; Cobalto; Fluoro; Molibdeno, Oligoelementi)

10. Digestione delle proteine (Proteine e alimentazione; Valore biologico; Digestione delle proteine: le fasi; Assorbimento degli AA; trasporto AA; Pool amminoacidico; Celiachia)

11. Digestione dei carboidrati (Funzioni dei carboidrati; Fonti alimentari; Fonti alimentari di monosaccaridi; Fonti alimentari di disaccaridi; Fonti alimentari di polisaccaridi; Derivati alcolici; Valore energetico; Amido; Digestione: caratteristiche generali; Glicogeno; Digestione dei carboidrati: le fasi; Assorbimento dei carboidrati; Modello classico di assorbimento per glucosio e galattosio; Modello classico di assorbimento per il fruttosio; Gluts, Glut2 e Glut4)

12. Digestione dei lipidi (Digestione dei lipidi: caratteristiche generali; Trigliceridi; Fosfolipidi; Colesterolo; Le tappe della digestione dei lipidi; Assorbimento dei lipidi: le tappe; lipoproteine e classificazione)

13. Glicolisi e fermentazioni (Respirazione cellulare; Glicolisi: le tappe; Resa energetica; Destini del piruvato; Fermentazione etanolica; Fermentazione etanolica e alimenti; Fermentazione lattica; yogurt; verdure lattofermentate)

14. Dercabossilazione ossidativa del piruvato e ciclo di Krebs (Decarbossilazione ossidativa del piruvato: caratteristiche generali; Piruvato deidrogensi; Valore energetico; Decarbossilazione ossidativa del piruvato: le tappe; Destino Acetil-CoA; Ciclo di Krebs: caratteristiche generali; Ciclo di Krebs: le tappe; Resa energetica; Regolazione ciclo di Krebs; Funzione biosintetica del ciclo di Krebs)

Sezione 2. Il Metabolismo

15. Fosforilazione ossidativa (Fosforilazione ossidativa: caratteristiche generali; Respirazione cellulare; Mitocondrio; Teoria endosimbiotica; Mitocondri: le funzioni; Fosforilazione ossidativa: le fasi; Teoria chemiosmotica; Forza motrice protonica; ATP sintasi; Regolazione della fosforilazione ossidativa; Mitocondri e alimentazione)

16. Glicogeno, Glicogenosintesi e Glicogenolisi (Glicogeno struttura e funzione; Glicogeno e muscolo scheletrico; Glicogeno e fegato; Glicogenosintesi: le tappe; Glicogenolisi: le tappe; Regolazione)

17. Stress ossidativo e Antiossidanti (Radicali liberi; ROS; RNS; Fonti; Stress ossidativo; Danni alle macromolecole; Antiossidanti: enzimatici e non enzimatici; esogeni ed endogeni)

18. Sensori Nutrizionali (Regolazione della salute metabolica: meccanismi molecolari; Meccanismi molecolari; Sensori nutrizionali regolatori della carica energetica cellulare; AMPK; Sirtuine; PGC-1α; Sensori nutrizionali della componente lipidica; PPARs).

Sezione di Biologia Molecolare:

1. Principi di Biologia
2. Macromolecole Biologiche1 : carboidrati e lipidi
3. Macromolecole Biologiche 2 : proteine ed acidi nucleici
4. La cellula procariote: i batteri
5. La cellula eucariote
6. I virus
7. La duplicazione del DNA
8. La sintesi proteica: la trascrizione
9. La sintesi proteica: la traduzione
10. Le mutazioni geniche
11. La regolazione dell’espressione genica
12. La membrana biologica
13. Il citoscheletro e le  strutture extracellulari
14. Gli organuli delle cellule eucariotiche
15. Mitocondri e cloroplasti
16. La comunicazione cellulare
17. Il ciclo cellulare 1
18. Il ciclo cellulare 2
19. Modificazioni del ciclo cellulare
20. La genetica Mendeliana

Testi consigliati

I testi di seguito consigliati non sono obbligatori, ma lo studente può decidere in autonomia se acquistarli o meno, oppure decidere di acquistarne un’altra tipologia.

“I principi di biochimica di Lehninger”, di David L. Nelson, Michael  M. Cox  Ed. Zanichelli

“Biochimica degli alimenti e della nutrizione”, di Ivo Cozzani e Enrico Dainese Ed. Piccin

‘Biologia’ Solomon, Berg,  Martin,   EdiSES VII/2017 ISBN 978-88-7959-940-5

‘Elementi Di Biologia E Genetica’. David Sadava, David M. Hillis, H. Craig Heller, Sally Hacker . Zanichelli editore.

MODALITÀ DI ESAME, PREREQUISITI, ESAMI PROPEDEUTICI

Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente

L'acquisizione dei risultati di apprendimento previsti viene accertata attraverso la verifica del completamento delle attività di autovalutazione presenti alla fine di ogni unità didattica dell'insegnamento e attraverso la prova di esame.

I test di autovalutazione permettono allo studente di monitorare la propria comprensione degli argomenti somministrati e, nel caso ci siano delle difficoltà, di attivarsi per colmare le lacune o chiedere ulteriori spiegazioni al docente che potranno essere fornite attraverso le sessioni di esercitazione in aula virtuale.

La prova d'esame accerterà la conoscenza e la comprensione degli argomenti svolti attraverso domande di tipo teorico, e la capacità di applicare le conoscenze acquisite attraverso domande in cui viene richiesta la soluzione di problemi. La capacità di comunicazione viene valutata attraverso domande aperte in cui viene richiesta la descrizione dell’intero processo risolutivo.

Un minimo di un terzo delle domande fanno riferimento a campi di applicazione della Biochimica e della Biologia Molecolare nell’ambito delle scienze biologiche o comunque delle discipline presenti nel CdS. Ciò permette di valutare l’acquisizione da parte degli studenti di conoscenze e competenze trasversali.

Modalità di esame

L'esame finale consisterà in una prova scritta e/o orale al fine di verificare le conoscenze acquisite ed il raggiungimento dei requisiti di apprendimento attesi.

La valutazione finale avverrà nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma, in modalità scritta online, scritta in presenza e/o orale.

• Forma orale (3 domande relative al programma di studio con possibilità di riportare graficamente strutture molecolari o vie metaboliche)
• Forma scritta così organizzata: 3 domande a risposta aperta più 8 domande a risposta multipla. Alle domande a risposta aperta viene assegnato un massimo di 5 punti ciascuna (per un totale di massimo 15 punti). A ciascuna di quelle a risposta multipla vengono assegnati 2 punti in caso di risposta corretta e 0 punti in caso di risposta errata. Il punteggio finale si ottiene dalla somma dei punti delle 3 domande aperte e delle 8 a risposta multipla. Chi ottiene il punteggio massimo di 31 ha diritto alla lode; o in 31 domande a risposta multipla, ognuna comprendente 4 opzioni. La 31esima domanda stabilisce l’assegnazione della lode e viene presa in considerazione solo se tutte le precedenti sono corrette.

I punteggi d’esame sono in trentesimi. La soglia della sufficienza è posta a 18/trentesimi, al di sotto della quale la prova viene considerata non superata.

Propedeuticità

Non sono previste propedeuticità.

Prerequisiti

Per affrontare con successo lo studio degli argomenti relativi al programma di Biochimica e Biologia Molecolare, per comprendere i contenuti delle lezioni e raggiungere gli obiettivi formativi gli studenti devono possedere conoscenze di base in Matematica, Fisica, Chimica Generale, Chimica Organica.

ORGANIZZAZIONE DIDATTICA

Modalità di erogazione del corso:

Videolezioni e Lezioni Interattive della durata di 30 minuti, sempre disponibili in piattaforma. Studio delle dispense e degli articoli scientifici caricati in piattaforma.

Attività didattiche previste

Attività didattica erogativa

• Per la Sezione 1: 14 lezioni frontali videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna (tenuta in considerazione la necessità di riascolto) sempre disponibili in piattaforma (totale: 7 h)

Attività didattica interattiva:

• Per la Sezione 1: 8 Aule Virtuali da 1 ora ciascuna; Forum Tematici; Test di Autovalutazione in entrata e in uscita dalla Sezione 1; Video Tematici; Chat tematiche.

Attività didattica erogativa

• Per la Sezione 2: 11 lezioni frontali videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna (tenuta in considerazione la necessità di riascolto) sempre disponibili in piattaforma (totale: 5 h e 30 minuti )

Attività didattica interattiva:

• Per la Sezione 2: 8 Aule Virtuali da 1 ora ciascuna; Forum Tematici; Test di Autovalutazione in entrata e in uscita dalla Sezione 2; Video Tematici; Chat tematiche.

Attività didattica erogativa

• Per la Sezione 3: 5 lezioni frontali videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna (tenuta in considerazione la necessità di riascolto) sempre disponibili in piattaforma (totale: 2 h e 30 minuti )

Attività didattica interattiva:

• Per la Sezione 3: 8 Aule Virtuali da 1 ora ciascuna; Forum Tematici; Test di Autovalutazione in entrata e in uscita dalla Sezione 3; Video Tematici; Chat tematiche.

Il corso si articola in 2 sezioni, ognuna delle quali comprende videolezioni e attività di didattica interattiva. Le attività di didattica, suddivise tra didattica erogativa (DE) e didattica interattiva (DI), saranno costituite da 6 ore per CFU e ripartite secondo una struttura di almeno 2,5 ore di DE (tenuta in considerazione la necessità di riascolto) e di 1 ora di DI per ciascun CFU.

Attività didattica erogativa (totale 19,5 ore):

39 lezioni frontali da 30 min circa (tenuta in considerazione la necessità di riascolto),  videoregistrate e sempre disponibili in piattaforma.

• Sezione 1 Biochimica: 19 lezioni frontali videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna (tenuta in considerazione la necessità di riascolto) sempre disponibili in piattaforma (totale: 9,5 h)
• Sezione 2 Biologia Molecolare: 20 lezioni frontali da 30 min circa (tenuta in considerazione la necessità di riascolto),  videoregistrate e sempre disponibili in piattaforma (totale 10 h)

Attività didattica interattiva (totale 11 ore):

• Sezione 1 Biochimica: 5 o 6 aule Virtuali da 1 ora ciascuna; Forum Tematici; Test di Autovalutazione in entrata e in uscita dalla Sezione 1; Video Tematici; Chat tematiche.
• Sezione 2 Biologia Molecolare: 5 o 6 lezioni interattive in aula virtuale da 60 min, svolte in modalità sincrona e secondo il calendario didattico pubblicato in piattaforma.

Attività di autoapprendimento:

Test di autovalutazione con domande a scelta multipla, all’ingresso di ogni unità didattica.

Test di autovalutazione con domande a scelta multipla, alla fine di ogni unità didattica.

L'articolazione tra DE e DI, per ciascuna unità didattica, sarà organizzata coerentemente con gli obiettivi formativi specifici dell’insegnamento.

Ricevimento studenti

I docenti saranno sempre reperibili via mail all’indirizzo sara.baldelli@uniroma5.it e georgia.mandolesi@uniroma5.it o tramite il forum "Comunica col docente" presente in piattaforma didattica. Su richiesta degli studenti i docenti sono disponibili ad organizzare ulteriori incontri attraverso ‘Ricevimento on-line’ in piattaforma o la piattaforma Zoom sia per concordare e organizzare Tesi di Laurea sia per semplici colloqui docente-studente.