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Basi biochimico-molecolari del metabolismo

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Biochemical and molecular basis of metabolims

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Anno accademico 2015/2016

Codice dell'attività didattica
MSL0410
Docenti
Prof. Michele De Bortoli (Docente Responsabile del Corso Integrato)
Marco Arese
Corso di studi
Medicina e Chirurgia San Luigi Gonzaga
Anno
2° anno
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
BIO/10 - biochimica
BIO/11 - biologia molecolare
INF/01 - informatica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
nessuno
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il programma di Biochimica intende  introdurre gli studenti alle basi molecolari necessarie per affrontare efficacemente i problemi medici. In particolare, la produzione di energia e la sua utilizzazione rappresentano il nucleo centrale del programma come esempio paradigmatico per comprendere la vita ad un livello meccanicistico. I concetti chiave oggetto di studio si concentreranno quindi  su  come le  molecole straordinariamente complesse che si trovano negli organismi viventi creano strutture, effettuano  reazioni chimiche, e archiviano e utilizzano le informazioni per generare le notevoli proprietà degli organismi viventi.

Obiettivo dei moduli di Biologia Molecolare e (bio)informatica è quello di portare le conoscenze ottenute nel modulo di Biochimica al livello della regolazione. A questo fine, la conoscenza del tipo di informazione contenuta nei database biologici dell’epoca post-genomica, così come la capacità di accesso a questa informazione, appare necessaria. La capacità di integrare l’informazione e di comprendere attraverso quali studi essa viene ottenuta, così come la possibilità di applicazione in campo medico, diviene così fondamentale.

Obiettivo non secondario è rappresentato dalla capacità di interagire a livello introduttivo con i principali database biologici utilizzando i più semplici programmi di accesso all’informazione, sui siti di GENECODE, ENSEMBL ed NCBI. 

The program aims to introduce students to the Biochemistry molecular basis necessary to deal effectively with medical problems. In particular, the production of energy and its use represent the core of the program as a paradigmatic example to understand life at a mechanistic level. The key concepts under study will focus on how so extraordinarily complex molecules that are found in living organisms create structures, carry out chemical reactions, and store and use the information to generate the remarkable properties of living organisms.

Intended aim of the molecular biology and (bio) informatics modules is to bring the knowledge obtained in the Biochemistry module at the regulatory level. To this end, the knowledge of the type of information contained in the post-genomics era biological databases, as well as the ability to access this information, appears fundamental. The ability to integrate the information and to understand how it is obtained, as well as the possibility of application in the medical field, thus becomes very important.

The ability to interact at an introductory level with the main biological databases using the simplest programs for accessing to information, using the GENECODE, ENSEMBL and NCBI websites, is a non-secondary goal of this module.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Lo studente al temine del corso dovrà avere  acquisito le seguenti capacità:

- Illustrare in  vari esempi e contesti  il rapporto struttura-funzione delle molecole biologiche nella vita  della cellula animale (zuccheri, aminoacidi, lipidi e loro polimeri).  

-  saper illustrare con alcuni esempi l'importanza  del rapporto struttura-funzione nel disegno di molecole a potenziale farmacologico 

-   Individuare con facilità i legami noti tra disordini biochimici e patologie umane

-  dimostrare possesso concettuale completo della natura dell'energia estratta dalle molecole, nonchè dei meccanismi utlizzati per l’estrazione,  e convogliata nei vari processi essenziali alla vita (il metabolismo  come “circuito di elettroni”)

Capacità di identificazione delle principali tecnologie genomiche per lo studio del genoma, dell’epigenoma e del trascrittoma

Conoscenza teorica sulla teoria delle reti

Capacità di interazione con i principali database biologici di primo, secondo e terzo livello (knowledge database).

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Modalità di insegnamento

tradizionale e, in parte, on-line

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Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica sarà basata su un esame scritto ed uno orale. L’esame scritto conterrà domande a risposta multipla, esercizi e domande aperte. La discussione orale segue l’esame scritto.

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Attività di supporto

Su piattaforma Moodle:

http://medicina.i-learn.unito.it/course/view.php?id=104

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Programma

Biochimica Metabolica

 Vitamine e cofattori. Meccanismi di catalisi: chimotripsina, aspartato proteasi, aminotransferasi, lattato deidrogenasi, piruvato deidrogenasi, glicogeno fosforilasi, aconitasi .

Il metabolismo. Introduzione ai meccanismi di regolazione delle vie metaboliche. Il metaboloma.

Il metabolismo dei carboidrati. Il metabolismo del glicogeno nel fegato e nei muscoli. Glicolisi. Il ciclo dell’ acido citrico. Trasporto di elettroni, fosforilazione ossidativa e la regolazione della produzione di ATP. La via dei  pentosi fosfato. Gluconeogenesi. La digestione dei carboidrati. Utilizzazione di galattosio, fruttosio, mannosio. Malattie genetiche legate al metabolismo dei carboidrati. Regolazione del metabolismo dei carboidrati da ormoni e circuiti trascrizionali

Metabolismo lipidico. L'ossidazione degli acidi grassi. Biosintesi degli acidi grassi. Biosintesi dei fosfolipidi. Biosintesi del colesterolo, gli ormoni steroidi e degli acidi biliari. Prostanoidi. Lipoproteine. Regolazione del metabolismo lipidico da ormoni e circuiti trascrizionali. La produzione e gli effetti di radicali di ossigeno.

Metabolismo degli acidi nucleici. biosintesi Purine. biosintesi Pirimidine. catabolismo purine. catabolismo Pirimidine. Malattie genetiche legate al metabolismo dei nucleotidi. Regolazione del metabolismo dei nucleotidi.

Metabolismo delle proteine. Le vie anaboliche dell’azoto: i) la fissazione di azoto, ii) la sintesi di glutammato, glutamina, carbamoilfosfato. Esempi paradigmatic di sintesi di aminoacidi: alanina, aspartato, cisteina, tirosina. Il ciclo dell’urea.  Il metabolismo dell’eme.

Integrazione del metabolismo. Il metabolismo durante lo stress, attività aerobiche e anaerobiche. Il controllo del metabolismo del sistema nervoso centrale.

 Biologia molecolare

 Circuiti, Reti e grafi. Le reti metaboliche. Le reti d’interazione fra macromolecole. Espressione del genoma, regolazione e controllo nello sviluppo, omeostasi e patologie. Reti di controllo trascrizionale e post-trascrizionale dell’espressione genica.

microRNA, lncRNA e loro ruolo nei circuiti che controllano diversi tipi di risposta: acuta, smorzata, omeostatica, oscillante. Altri ruoli dei lncRNA.

I progetti genomici e loro significato funzionale: ENCODE, GWAS, TCGA, 1000 Genomes ed altri.

Analisi globale della struttura e dell’espressione genica. Analisi di interazione proteine-DNA e di accessibilità alla cromatina su scala globale.

 (Bio)Informatica

 I database biologici. Database primari e secondari. Knowledge databases. Database di riferimento per la medicina. OMIM, TCGA, ed altri database di interesse. Analisi di reti e di pathways.

Interazione pratica di base con i database e con i programmi informatici più semplici d’accesso.

Metabolic Biochemistry

 Vitamins and cofactors. Mechanisms of catalysis: chymotrypsin, aspartate protease, alanine aminotransferase, lactate dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase, glycogen phosphorylase, aconitase.

 The metabolism. Introduction to mechanisms of regulation of metabolic pathways. The metabolome.

 The metabolism of carbohydrates. The metabolism of glycogen in the liver and muscles. Glycolysis. The citric acid cycle. Electron transport, oxidative phosphorylation and regulation of ATP production. Pentose phosphates. Gluconeogenesis. Digestion of carbohydrates. Utilization of galactose, fructose, mannose. Genetic diseases related to carbohydrate metabolism. Regulation of carbohydrate metabolism by hormones and transcriptional circuits 

 Lipid metabolism. The oxidation of fatty acids. Biosynthesis of fatty acids. Biosynthesis of phospholipids. Biosynthesis of cholesterol, steroid hormones and bile acids. Prostanoids. Lipoproteins. Regulation of lipid metabolism by hormones and transcriptional circuits. The production and the effects of oxygen radicals.

 Nucleic acid metabolism. Purine biosynthesis. Pyrimidine biosynthesis. purine catabolism. Pyrimidine catabolism. Genetic diseases related to nucleotide metabolism. Regulation of nucleotide metabolism.

 Protein metabolism. The anabolic pathways of nitrogen: i) nitrogen fixation, ii) the synthesis of glutamate, glutamine, carbamoyl phosphate. Paradigmatic examples of synthesis of amino acids: alanine, aspartate, cysteine, tyrosine. The urea cycle. The metabolism of heme.

 Integration of metabolism. The metabolism during stress, aerobic and anaerobic activity. The control of central nervous system metabolism

 Circuits, Networks and graphs. Metabolic networks. The networks of interaction between macromolecules. Genome expression, regulation and control in the development, homeostasis and disease. Networks of transcriptional and post-transcriptional control of gene expression.

microRNAlncRNA and their role in the circuits that control different types of response: acute, damped, homeostatic, cyclic. Other roles of lncRNAs.

The genome projects and their functional significance: ENCODE, GWAS, TCGA 1000 Genomes and others.

Global analysis of gene structure and expression. Analysis of protein-DNA interaction and accessibility to chromatin on a global scale.

 Biological databases. Primary and secondary databases. Knowledge databases. Reference database for medicine. OMIM, TCGA, and other databases of interest. Analysis of networks and pathways.

Practice: basic interaction with databases and simple-accesscomputer programs.

PROGRAMMA D’ESAME Il programma d'esame coincide con il programma del corso

Questo è il link per il corso di Basi Biochimico-Molecolari del metabolismo.

https://medicina.i-learn.unito.it/course/view.php?id=252

Testi consigliati e bibliografia

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Biochimica Metabolica

BERG Jeremy M, TYMOCZKO John L , STRYER Lubert. BIOCHIMICA. Zanichelli; NELSON David L , COX Michael M I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER. Zanichelli; Murray- Granner-Mayes-Rodwell- Harper, Biochimica, McGraw-HillVoet D, Voet JG-Pratt - Fondamenti di Biochimica. Zanichelli.

Biologia molecolare

Reviews scientifiche fornite come materiali di riferimento sulla piattaforma Moodle: http://medicina.i-learn.unito.it/course/view.php?id=104

Informatica

Guide on-line dei siti e dei database principali.



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Moduli didattici

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Ultimo aggiornamento: 03/12/2018 12:57
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