BASI BIO FISICHE E MOLECOLARI
Anno accademico 2018/2019 - 1° anno- BIOLOGIA APPLICATA: Marina Scalia
- FISICA: Giuseppe Politi
- BIOCHIMICA: Carmelina Daniela Anfuso
Organizzazione didattica: 175 ore d'impegno totale, 126 di studio individuale, 49 di lezione frontale
Semestre: 1°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
- BIOLOGIA APPLICATA
Il corso ha lo scopo di dare allo studente una visione integrata dei processi cellulari di base che regolano le attività degli organismi viventi. Lo studente dovrà conoscere i meccanismi di differenziazione della cellula eucariotica, le modalità e le basi molecolari della trasmissione dei caratteri, i meccanismi di replicazione, traduzione e modificazione dell’informazione genetica. Alla fine del corso lo studente deve essere in grado di dimostrare di avere acquisito le conoscenze biologiche e molecolari necessarie alla comprensione dei fenomeni biologici normali e patologici
- FISICA
Fornire le basi per la comprensione dei fenomeni fisici riguardanti la dinamica dei corpi e dei fluidi, con particolare riferimento alle applicazioni in ambito biomedico.
- BIOCHIMICA
Al termine del modulo lo studente avrà appreso conoscenze generali sulle basi molecolari della vita, dalle proprietà chimiche fondamentali delle sostanze, alla struttura e alla funzione delle macromolecole implicate nei processi vitali, sia a livello cellulare sia extracellulare, alle trasformazioni metaboliche delle biomolecole necessarie per il funzionamento dell’organismo umano. Inoltre, lo studente comprenderà il significato delle variazioni delle principali vie metaboliche in diversi contesti fisiologici e patologici.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
- BIOLOGIA APPLICATA
Slides in powers point commentate e messe a disposizione degli studenti durante il corso.
- FISICA
Lezioni frontali di teoria ed esempi di applicazioni
- BIOCHIMICA
Traditional lectures, with the support of slides and audiovisual tools. At the end of the lecture, ample space is given to the comment on the discussed topics.
Prerequisiti richiesti
- BIOLOGIA APPLICATA
Conoscenze sui principali processi cellulari.
- FISICA
conoscenze matematiche di base
- BIOCHIMICA
Il corso prevede i requisiti minimi di base per poter seguire con profitto le lezioni e affrontare l’esame finale. Lo studente che frequenta il corso di Biochimica dovrà conoscere i concetti fondamentali di Chimica Generale e Inorganica e Chimica Organica ed avere una buona base di conoscenze di fisica e biologia della cellula.
Frequenza lezioni
- BIOLOGIA APPLICATA
Obbligatoria-minimo 50% delle ore.
- FISICA
obbligatoria - minimo 50% delle ore
- BIOCHIMICA
Obbligatoria
Contenuti del corso
- BIOLOGIA APPLICATA
Le caratteristiche generali della materia vivente.Composizione chimica della materia vivente.Teoria cellulare.
LE BASI DELL’ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA: Classificazione degli organismi. Struttura e funzione della cellula procariotica: membrana plasmatica, parete cellulare, nucleoide. Struttura e funzione delle cellule eucariotiche: membrana plasmatica, nucleo, nucleolo , nucleoplasma, reticolo endoplasmatico, ribosomi, mitocondri, complesso di Golgi, lisosomi, perossisomi, citoscheletro (microfilamenti, microtubuli, filamenti intermedi). Virus (modalità di infezione, ciclo litico e lisogenico).
GLI ACIDI NUCLEICI: struttura e funzione del DNA e dell’RNA.
STRUTTURA E FUNZIONE DEL GENE
Struttura del gene nei procarioti: organizzazione degli operoni.
Struttura del gene negli eucarioti: funzione di promotori, esoni ed introni.
DUPLICAZIONE DEL DNA
Modello della replicazione semiconservativa. Caratteristiche generali della duplicazione del DNA:
le DNA polimerasi, le topoisomerasi, la bolla di replicazione, i frammenti di Okazaki, “correzione
di bozze”. Replicazione nei batteri. La replicazione negli eucarioti: replicazione dei telomeri.
TRASCRIZIONE E MATURAZIONE DEGLI RNA
Dogma della biologia molecolare. Struttura e funzione degli RNA di prima, seconda e terza classe.
Caratteristiche generali della trascrizione. Le RNA polimerasi. I fattori di trascrizione. La
trascrizione nei procarioti: inizio e terminazione della trascrizione.
La trascrizione negli eucarioti: assemblaggio del complesso di preinizio, termine della trascrizione.
Meccanismi di maturazione dell’mRNA: capping, coda di polyA, splicing.
SINTESI PROTEICA
Le proprietà del codice genetico. L’apparato di traduzione: struttura e funzione dei ribosomi e dei
tRNA. Inizio della traduzione. Allungamento. Terminazione.
LA MITOSI E LA MEIOSI: Significato genetico della meiosi.
GENETICA MENDELIANA
..
- FISICA
Grandezze fisiche. Unità di misura. Equazioni dimensionali. Rappresentazioni grafiche. Vettori. Cinematica. Moto circolare.
Massa e Forza. Principi della dinamica. Tipi di forze. Forza peso. Forza di attrito statico e dinamico. Forza elastica.
Lavoro. Potenza. Energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell’Energia Meccanica.
Corpo rigido. Momento di una forza. Moto rotatorio. Momento di Inerzia. Equilibrio meccanico. Leve. Statica fisiologica. Valutazioni Biomeccaniche con esempi quantitativi.
Sforzi e deformazioni. Elasticità. Plasticità, snervamento e carico di rottura. Curve di carico per elementi ossei.
Fluidi. Densità e pressione. Principio di Pascal. Relazione di Stevino. Manometri. Principio di Archimede.
Dinamica dei liquidi. Portata. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Effetto Venturi. Applicazioni alle patologie dei vasi sanguigni: legge di Laplace, aneurisma e stenosi.
Liquidi reali. Viscosità. Relazione di Poiseuille. Regime turbolento. Proprietà reologiche del sangue. Attività cardiaca. Cenni di emodinamica. Sfigmomanometria. Trasporto in regime viscoso. Sedimentazione. Centrifugazione. Diffusione. Osmosi.
Termodinamica. Temperatura. Dilatazione termica. Leggi dei gas. Calore. Lavoro termodinamico. Primo principio della termodinamica. Cambiamenti di stato. Trasmissione del calore.Grandezze fisiche. Unità di misura. Equazioni dimensionali. Rappresentazioni grafiche. Vettori. Cinematica. Moto circolare. Moto armonico.
- BIOCHIMICA
- LE PROTEINE
- CROMOPROTEINE TRASPORTATRICI DI OSSIGENO
- LE PROTEINE PLASMATICHE
- GLI ENZIMI E LA CATALISI ENZIMATICA
- IL METABOLISMO GLUCIDICO
- IL METABOLISMO LIPIDICO
- IL METABOLISMO DEGLI AMINOACIDI
- LE VITAMINE
- MECCANISMO DI AZIONE DEGLI ORMONI E INTEGRAZIONI METABOLICHE
Testi di riferimento
- BIOLOGIA APPLICATA
1. Biologia e Genetica: G. Chieffi, S.Dolfini, M.Malcovati Quarta Editore EDISES
2.Elementi di Biologia: Helena Curtis, Sue Barnes et al. Editore Zanichelli
3. Chimica, Biochimica e Biologia Applicata: Stefani e Taddei, Editore Zanichelli
- FISICA
D. Scannicchio: Fisica Biomedica – Edises
F. Borsa, A. Lascialfari: Principi di Fisica – Edises
- BIOCHIMICA
- Introduzione alla Biochimica di Lehninger – D.L. Nelson, M.M. Cox – ZANICHELLI
- Biochimica medica – Siliprandi, Tettamanti – PICCIN
Programmazione del corso
| BIOLOGIA APPLICATA | |||
| Argomenti | Riferimenti testi | ||
|---|---|---|---|
| 1 | Organizzazione strutturale e funzionale delle cellule eucariotiche e procariotiche. I virus. | Testo 1: cap 1 e 3 ; Testo 2: cap 3, 4 e 10; Testo 3 cap.17 | |
| 2 | Organizzazione strutturale del genoma eucariotico e di quello procariotico. Struttura dei geni eucariotici e procariotici. | Testo 1: cap 2 e 6;Testo 2: cap 5 e 10 | |
| 3 | Duplicazione DNA procarioti ed eucarioti | Testo 1: cap6; Testo 2 cap.5; Testo 3 : cap.20 | |
| 4 | Trascrizione: sintesi e rielaborazione degli RNA. Il codice genetico. La sintesi proteica. | Testo 1: cap 6; Testo 2: cap 9; Testo 3: cap.21 | |
| 5 | MItosi e Meiosi | Testo 1 : cap.7; Testo 2: cap.8 | |
| 6 | Genetica Mendeliana | Testo 1:cap.10; Testo 2: cap.8 | |
| FISICA | |||
| Argomenti | Riferimenti testi | ||
| 1 | Grandezze fisiche. Unità di misura. Equazioni dimensionali. Rappresentazioni grafiche. Vettori. Cinematica. Moto circolare. | ||
| 2 | Massa e Forza. Principi della dinamica. Tipi di forze. Forza peso. Forza di attrito statico e dinamico. Forza elastica. | ||
| 3 | Lavoro. Potenza. Energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell’Energia Meccanica. | ||
| 4 | Corpo rigido. Momento di una forza. Moto rotatorio. Momento di Inerzia. Equilibrio meccanico. Leve. Statica fisiologica. Valutazioni Biomeccaniche con esempi quantitativi. | ||
| 5 | Sforzi e deformazioni. Elasticità. Plasticità, snervamento e carico di rottura. Curve di carico per elementi ossei. | ||
| 6 | Fluidi. Densità e pressione. Principio di Pascal. Relazione di Stevino. Manometri. Principio di Archimede. Dinamica dei liquidi. Portata. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Effetto Venturi. Applicazioni alle patologie dei vasi sanguigni. | ||
| 7 | Liquidi reali. Viscosità. Relazione di Poiseuille. Regime turbolento. Proprietà reologiche del sangue. Attività cardiaca. Cenni di emodinamica. Sfigmomanometria. Trasporto in regime viscoso. Sedimentazione. Centrifugazione. Diffusione. Osmosi. | ||
| 8 | Termodinamica. Temperatura. Dilatazione termica. Leggi dei gas. Calore. Lavoro termodinamico. Primo principio della termodinamica. Cambiamenti di stato. Trasmissione del calore. | ||
| BIOCHIMICA | |||
| Argomenti | Riferimenti testi | ||
| 1 | LE PROTEINE. La struttura degli aminoacidi. Il legame peptidico. Organizzazione strutturale delle proteine. collagene, elastina, cheratina. Le immunoglobuline e le lipoproteine plasmatiche. | Testo 1: cap. 4; Testo 2: capp. 3 e 4. | |
| 2 | CROMOPROTEINE TRASPORTATRICI DI OSSIGENO. La struttura dell’Eme. Mioglobina ed Emoglobina. Il trasporto dell’ossigeno e del biossido di carbonio. L’effetto Bohr. Il 2,3-bisfosfoglicerato e suo ruolo fisiologico. Funzione tampone dell’emoglobina. | Testo 1: cap. 5 ; Testo 2: cap. 5. | |
| 3 | Le proteine plasmatiche. L’albumina e le sue funzioni principali. Le principali proteine plasmatiche: gamma-globuline (funzione e cenni sulla struttura); le lipoproteine plasmatiche, metabolismo e ruolo fisiologico. Cenni sulla cascata di coagulazione. | Testo 2: cap. 25. | |
| 4 | GLI ENZIMI E LA CATALISI ENZIMATICA. Isoenzimi. Cinetica enzimatica. Regolazione dell'attività enzimatica.La costante di Michaelis-Menten. Proteine regolate e regolatorie. | Testo 1: cap. 6; Testo 2: cap. 7. | |
| 5 | IL METABOLISMO GLUCIDICO: glicolisi, gluconeogenesi, il ciclo di Krebs. Le fermentazioni e LDH. Ciclo di Cori e dell'alanina. Il destino metabolico del piruvato. | Testo 1: capp. 7, 12, 14 , 15, 16, 19 (parti curate a lezione); Testo 2: cap. 7, 19 (I) | |
| 6 | IL METABOLISMO LIPIDICO. Ossidazione e Sintesi degli acidi grassi e regolazioni reciproche. I corpi chetonici e la loro utilizzazione energetica. | Testo 1: capp. 10, 17 , 21 (solo 21.1) ; Testo 2: cap. 2, 12 | |
| 7 | IL METABOLISMO DEGLI AMINOACIDI. Digestione e assorbimento degli aminoacidi e dei peptidi. Il catabolismo degli aa: reazioni di transaminazione, deaminazione e decarbossilazione. La Glutammato deidrogenasi. La Glutaminasi renale. Ciclo dell'Urea. | Testo 1: cap. 18 Testo 2: cap. 13 (parti curate a lezione) | |
| 8 | LE VITAMINE | Testo 2: cap. 8 | |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
- BIOLOGIA APPLICATA
Prove in itinere durante il corso. Esame orale isieme ai Docenti di Fisica e Biochimica.
- FISICA
colloquio orale con possibile somministrazione di questionario a risposte multiple
- BIOCHIMICA
Prova Scritta: domande strutturate e a "risposta aperta". Colloquio orale: Commento della prova scritta e domande ulteriori.
Le prove sono svolte contestualmente a Fisica e Biologia.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- BIOLOGIA APPLICATA
Trascrizione: sintesi e rielaborazione degli RNA.
Il codice genetico. La sintesi proteica
Struttura dei geni eucariotici e procariotici
- FISICA
Conservazione energia
Principi della dinamica
Forze di attrito
Teorema di Bernoulli
Legge di Stevino
Viscosità
Relazione sforzo deformazione
Condizioni di equilibrio
Leve ed applicazioni al corpo umano
- BIOCHIMICA
- Regolazioni reciproche di lipolisi e lipogenesi
- Sintesi, proprietà e ruolo dei corpi chetonici
- Cromoproteine leganti ossigeno