ESAME – BIOCHIMICA METABOLICA E MOLECOLARE


Con questo post vado a presentare un altro fondamentale esame per la preparazione di base di un edico.
L’esame “Biochimica Metabolica e Molecolare” permette l’acquisizione, da parte dello studente, della conoscenza delle varie vie metaboliche nell’uomo (applicabilil anche ai mammiferi superiori), i fenomeni correlati all’interno della cellula, la compartimentazione intracellulare dei vari metabolismi, gli organi interessati nella varie vie metaboliche, gli adattamenti metabolici (digiuno, esercizio fisico), gli adattamenti metabolici in caso di patologie (diabete, obesità, ecc.) nonchè la conoscenza delle varie vie di trasduzione anche finalizzate alla variazione del metabolismo cellulare.
L’introduzione alla “biochimica degli ormoni” (che tornerà comoda per l’esame “Fisiologia I”) e la breve introduzione di “Nutrizione Umana” rendono l’esame denso ma estremamente interessante.
La preparazione richiede un serio impegno, dato che è necessario acquisire la conoscenza dei vari metaboliti all’interno delle vie, gli enzimi che catalizzano le reazioni, i controlli dei vari enzimi, ecc.

Riporto di seguito il Programma

Biochimica Metabolica

Generalità sul metabolismo :
Vie metaboliche, loro regolazione e compartimentazione. Catabolismo e
anabolismo.Bioenergetica Fosforilazione a livello del substrato. Fosforilazione
ossidativa. La catena respiratoria e l’ATP sintasi: meccanismo
chemiosmotico della sintesi di ATP. Il controllo respiratorio.
Inibitori e disaccoppianti. Trasportatori di metaboliti nella membrana
interna mitocondriale. La carica energetica cellulare. Utilizzazione
dell’ATP: scissione orto- e pirofosforica. Permeabilità e trasporto di
membrana: trasporto attivo primario e secondario.

Metabolismo glucidico :
I principali glucidi di deposito e strutturali. Schema generale del
metabolismo glucidico e compartimentazione nell’organismo. Metabolismo
del glicogeno: glicogenosintesi e glicogenolisi e loro regolazione. La
glicolisi: reazioni, resa energetica e regolazione. Riossidazione del
NADH glicolitico: acido lattico e shuttles. Ingresso di altri
monosaccaridi nella glicolisi. La gluconeogenesi: reazioni e
compartimentazione. Principali precursori glucogenetici. Ossidazione
del piruvato: la piruvato deidrogenasi. Il ciclo di Krebs: reazioni,
resa energetica, regolazione. Ruolo anfibolico del ciclo. La via dei
pentosi: reazioni, significato biologico, regolazione.

Metabolismo lipidico :
I principali lipidi di deposito e strutturali. Compartimentazione del
metabolismo lipidico nell’organismo. Ruolo delle lipoproteine del
plasma. La lipolisi: lipasi ormone-dipendente e NEFA. La beta-ossidazione
degli acidi grassi: reazioni, compartimentazione, resa energetica.
beta-ossidazione di acidi grassi dispari e insaturi. Altre vie di ossidazione degli acidi grassi.Sintesi e utilizzazione dei corpi chetonici. Acidosi metabolica: cenni
sull’equilibrio acido-basico. Rapporti tra chetogenesi e
gluconeogenesi. La biosintesi degli acidi grassi. Sintesi ex novo,
regolazione e compartimentazione. Allungamento e desaturazione degli acidi grassi.
Biosintesi e catabolismo dei trigliceridi e dei principali lipidi complessi. Biosintesi del
colesterolo, compartimentazione e regolazione. Derivati del
colesterolo: acidi biliari, ormoni steroidi.

Metabolismo azotato :
Schema generale del metabolismo degli aminoacidi e altri composti
azotati. Transaminazione degli amminoacidi. Meccanismo delle transaminasi. Deaminazione ossidativa degli amminoacidi. Ciclo dell’alanina.
Destino dell’ammoniaca: ciclo dell’urea e sintesi di glutamina. Destino
dello scheletro carbonioso: aminoacidi glucogenetici e chetogenetici.
Sintesi degli aminoacidi non essenziali. Decarbossilazione degli
aminoacidi: le amine biogene. Il metabolismo dell’unità monocarboniosa:
ruolo dell’FH4. Sintesi e catabolismo dei nucleotidi purinici e
pirimidinici. Vie di recupero delle basi puriniche e pirimidiniche. Sintesi dei
deossiribonucleotidi. Sintesi e catabolismo dell’eme. La bilirubina.

Integrazione metabolica a livello cellulare e tessutale :
Interrelazioni e adattamenti metabolici nei principali stati
fisiologici (alimentazione, digiuno, esercizio muscolare.diabete,obesità).

Cenni sull metabolismo specifico di organi e tessuti : fegato, tessuto muscolare, tessuto adiposo, tessuto nervoso, componenti cellulari e solubli del sangue, tessuto osseo e rene.

Biochimica della Nutrizione

Fabbisogni nutrizionali

Livelli di assunzione raccomandati di energia e nutrienti, calorici ed acalorici.

Principi nutrittivi

Aspetti metabolico-nutrizionali dei principi nutritivi calorici.

Glucidi: digestione, assorbimento ed utilizzazione metabolica. Fattori influenzanti la biodisponibilità dei glucidi. Indice glicemico e carico glicemico. Fibra ed edulcoranti.

Lipidi: digestione , assorbimento ed utilizzazione metabolica. Fattori influenzanti la biodisponibilità dei lipidi. Acidi grassi essenziali e derivati. Colesterolo esogeno. Fattori nutrizionali di controllo dell’ipercolesterolemia e ipertrigliceridemia.

Proteine: digestione, assorbimento ed utilizzazione metabolica. Bilancio dell’azoto. Fattori influenzanti la biodisponibilità delle proteine. Aminoacidi essenziali. Valore nutrizionale delle proteine. Complementarietà proteica.

Alcool: metabolismo dell’etanolo.

Aspetti biochimico nutrizionali dei principi nutritivi acalorici

Acqua: fabbisogno e bilancio idrico. Acqua esogena ed endogena.

Bioelementi: macro e micro elementi: ruolo biochimico e biologico. Fabbisogni, fonti alimentari e fattori influenzanti la biodisponibilità. Regolazione e aspetti biochimico-molecolari dell’omeostasi del Ferro e del Calcio.

Vitamine idrosolubili. Caratteristiche biochimiche, attività coenzimatica. Fabbisogno, fonti alimentari e fattori influenzanti la biodisponibilità. Sindrome da carenza.

Vitamine liposolubili. Caratteristiche biochimiche, ruolo biologico. Fabbisogno, fonti alimentari e fattori influenzanti la biodisponibilità. Sindrome da carenza.

Biochimica degli Ormoni

Generalità sugli ormoni ed altri messaggeri extra-cellulari

Classificazione chimica degli ormoni, fattori di crescita e citochine. Ormoni e regolazione delle proteine. Protein cinasi e fosfatasi. Biosintesi, secrezione e trasporto plasmatico degli ormoni. Recettori ormonali e loro regolazione.

Trasduzione del segnale mediata da recettori nucleari

Recettori nucleari ed elementi di risposta agli ormoni lipofili

Trasduzione del segnale mediata da recettori di membrana

Recettori accoppiati a proteine G eterotrimeriche. Via dell’ AMP ciclico. Diacilglicerolo, Inositolo 1,4,5-trisfosfato e Ca2+ come messaggeri intracellulari. GMP ciclico e ossido nitrico. Recettori dell’insulina e dei fattori di crescita. Proteina Ras e vie della MAP cinasi e della PI 3-cinasi. Recettori dell’ormone della crescita e delle citochine. Via Jak/Stat, attivazione di NF-kB.

Aspetti biochimici di specifici ormoni e neurotrasmettitori

Struttura, biosintesi ed effetti molecolari e metabolici di alcuni ormoni e neurotrasmettitori con particolare enfasi su ormone della crescita, insulina, glucagone, ormoni tiroidei, glucocorticoidi e catecolamine.

ASPETTI MOLECOLARI NELLA MODULAZIONE DI SEGNALI INTRACELLULARI

Il citoscheletro e il nucleoscheletro come “rete neurale cellulare” per il trasferimento di informazioni dalla superficie cellulare al nucleo.

Dinamiche molecolari dell’omeostasi intracellulare del calcio: azione di IP3 e IP4 su diversi pool intracellulari di calcio,Recettori per la “Ryanodine”, il calcio come secondo messaggero,fluttuazione oscillatoria dei livelli intracellulari del calcio (“Calcium sparks” e “Calcium sparklets”: due nuove entità fondamentali nella generazione dei segnali intracellulari del calcio).

Le protein kinasi come strumento di fosforilazione di substrati: famiglie di protein kinasi C (alfa, beta, delta, epsilon, zeta). Domini strutturali: regioni a “zinc finger”, pseudosusbstrati, moduli C1, C2, C3 e C4. Analogie e differenze tra le diverse isoforme: implicazioni nelle dinamiche molecolari di attivazione. PKC kinasi: Akt/PKB.

Recettori serin-treonin kinasici: “BMP signaling”, Kinasi SMAD (1,2,3,5). SMAD 4, “Common Mediator of SMAD” e attivazione di fattori di fattori di trascrizioni essenziali nella specificazione di architetture cellulari complesse.

“Recettori Frizzled”, agonisiti Wnt e regolazione della crescita e del differenziamento cellulare:Dishevelled”: un nuovo sensore impegnato nel signaling di recettori frizzled: GSK3, APC, Axin, Graucho e attività di Beta-Catenina: conseguenze nella regolazione del differenziamento cellulare.


ARCHITETTURA NUCLEARE ED ESPRESSIONE GENICA

Nuclear lamins, nuclear scaffold, il complesso del poro nucleare (NPC): Microsocpia a forza atomica (AFM) e risoluzione di dinamiche molecolari a livello del NPC. Trasferimento di molecole segnale all’ interno del nucleo. Sequenze NLS, Importine. Ran-TC, una small GTP binding protein che funge da recettore mobile del NPC coinvolto nel traffico nucleare di proteine regolatrici della trascrizione.

Recettori nucleari: Fospolipasi C nucleari. “Nuclear signaling”, struttura e funzione del genoma.

I fattori di trascrizione: Domini funzionali: Zinc Fingers, Nuclear Hormone Receptors, Leucine zippers, Homeodomains.

I fattori di trascrizione regolano l’ espressione genica agendo come pinze molecolari in grado di torcere il DNA: Bending, twisting e writhing: diversi moduli di deformazione del DNA coinvolti nel controllo della velocitˆ trascrizionale.


STRATEGIE DI GENOMICA MOLECOLARE

Nanobiotecnologie del DNA: “Serial analysis of Gene Expression” (SAGE), microSAGE. Analisi su vasta scala dell’ espressione genica: “I trascrittomi”.
DNA chips. DNA chips convenzionali e innovativi. Microsocpia a forza atomica (AFM) e risoluzione “quasi atomica” di strutture subcellulari. AFM e studio dell’espressione genica.
Ricadute biomediche di uno studio globale del genoma eucariotico: cellule staminali e determinazione di architetture cellulari complesse. Cellule embrionali staminali totipotenti e prospettive di terapia cellulare del danno tissutale.

Libri di Testo Consigliati :


“I Principi di Biochimica di Lehninger”
, di Nelson e Cox , Editore “Zanichelli”

“Biochimica per le discipline Biomediche”, di Dominiczak e Baynes, Editore “CEA”

“Biochimica Sistematica Umana”, di Autori Vari, Editore “CLUEB”

“Fondamenti di Nutrizione Umana”, di Cannella – Costantini – Tomassi, Editore “Il pensiero Scientifico”


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Presentazione Esame : Chimica e Propedeutica Biochimica

Solitamente da sostenere durante il primo anno accademico, “CHIMICA e PROPEDEUTICA BIOCHIMICA” è un percorso di studio che parte dall’atomo e, analizzando le varie branche della chimica, arriva allo studio delle proteine catalitiche (gli enzimi) e allo studio delle macromolecole alla base della vita (DNA).
Grazie a questo iter, lo Studente riesce a comprendere le caratteristiche fondamentali della materia, le proprietà delle molecole e dei composti, le caratteristiche generali delle molecole complesse (amminoacidi, acidi grassi, proteine, RNA, DNA), la struttura e funzione dei sitemi enzimatici, ponendo  le basi per una ottimale comprensione di esami quali Biochimica ed, in generale, di tutti i fenomeni che sono alla base della vita (e della morte!); in fin dei conti tutto l’universo è fondato sulla chimica e sulla Biochimica!!
Consiglio di porre particolare attenzione allo studio delle Soluzioni (tornerà utile in Opsedale!) ed in generale degli equilibri ionici in soluzione, dei Sistemi Tampone (fondamentali in Fisiologia), della nomenclatura, della parte di enzimologia, della termodinamica e, in generale, di tutta la parte di Biochimica.

CI-Chimica e Prop. Biochimica
CORE CURRICULUM NAZIONALE
Tema Generale Unità Didattica di Base UNITÀ DIDATTICA ARTICOLATA
Dinamica molecolare
La reazione chimica
Termodinamica chimica: definizione grandezze termodinamiche e loro significato.
Reazioni di non ossidoriduzione
Numero di ossidazione
Reazioni di ossidoriduzione
Potenziali normali ed equazione di Nernst.
Stechiometria
Espressioni della concentrazione
Espressioni della concentrazione
Equilibrio chimico
Equilibrio chimico in sistemi omogenei
Parametri che influenzano l’equilibrio chimico
Velocità di reazione ed equilibrio chimico
La costante di equilibrio

Equilibrio chimico in sistemi eterogenei
Equilibrio chimico in sistemi eterogenei

Equilibrio ionico in soluzione acquosa
Prodotto ionico dell’acqua
Teoria degli acidi e delle basi secondo Bronsted e Lowry
Definizione di pH
Fenomeno dell’idrolisi
Soluzioni tampone
I tamponi del sangue
Titolazioni acido/base
Indicatori di pH
Struttura e dinamica dei composti organici.
Idrocarburi
Classificazione dei composti organici basata sulla configurazione elettronica del carbonio
Idrocarburi alifatici ed aromatici
Composti aromatici eterociclici.
Isomeria

Composti monofunzionali

Strutture e proprietà dei composti monofunzionali: alogenuri, alcoli, enoli e fenoli, tioalcoli e tioeteri, ammine, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati. Teoria degli acidi e delle basi secondo Lewis

Meccanismi cinetici organici
Reazioni di eliminazione
Reazioni di addizione
Reazioni di sostituzione
Struttura e dinamica dei composti organici di interesse biologico
Carboidrati

Carbonio chirale, stereoisomeria, isomeria ottica, enantiomeri, anomeri, epimeri.
Struttura e proprietà dei monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi

Lipidi e fosfolipidi
Struttura e proprietà dei grassi e degli olii
Struttura e proprietà dei lipidi di membrana: glicerofosfolipidi e sfingolipidi

Amminoacidi e proteine
Struttura e proprietà degli amminoacidi
Punto isoelettrico
Calcolo del pH al punto isoionico
Titolazione degli amminoacidi
La struttura primaria e secondaria delle proteine

Acidi Nucleici
Strutture e proprietà delle basi del DNA e RNA Strutture e proprietà dei nucleosidi e nucleotidi

Titolazioni acido/base
Modelli molecolari: proteine, ac. nucleici
Cinetica enzimatica.
Titolazioni acido/base
Modelli molecolari: proteine, ac. nucleici

Cinetica enzimatica

Materiale di Studio Consigliato:

Slides e lucidi dei professori

libri di chimica a livello universitario (meglio se scritti dai Prof.!)

Consiglio di preparare la parte di Propedeutica Biochimica sul libro “Principi di Biochimica di Lehninger“, Quarta Edizione, Editore Zanichelli

Immagine di I principi di biochimica di Lehninger

Pietra Miliare N°1


Per la serie “Pietre Miliari”, primo libro della mia personale biblioteca dei mitici…..

Un’apparente complessità….

Ho sempre avuto una specie di mania: quella di chiedermi il perchè delle cose.
Talvolta mi facevo domande stupide, altre volte domande alle quali non ho dato ancora risposta.
Grazie ai miei studi, però, ho eliminato dalla lista un bel pò di quesiti…ed ogni volta che  trovo una risposta rimango inequivocabilmente e instancabilmente stupito, impressionato, affascinato dalla semplicità della stessa
.Qualche sera fa ho iniziato a leggere un bel libro; nelle prime pagine lo scienziato dichiara che la semplicità della sua scoperta era indice della veridicità della stessa…oggi posso confermare che la maggior parte dei fenomeni può essere spiegata con concetti tanto semplici quanto belli; cioè che dice lo scienziato è oro colato!

Alla TV ,ed in palestra (quando ci andavo!), vedevo uomini che mostravano pettorali, dorsali, bicipiti enormi…e mi chiedevo come una massa di 3/4 Kg potesse alzare una peso di 120Kg, sviluppando un lavoro di circa (0,5m X 120 Kg X 9,81 =) 600 Nxm in 2/3 secondi??

Oggi ho avuto la risposta…ed è stata estrema….bellissima….
Tutto avviene grazie all’unità funzionale del muscolo…il SARCOMERO!


Comprendo il fatto che a nessuno verrebbe in mente di godere alla visione di cotanta semplicità, ma credetemi: si rischia di arrivare all’apoteosi dei sensi!
E vi dirò di più: questo è niente!
La scorsa estate ho preparato l’esame di Biochimica; diciamo che sono molte pagine (tenendo conto che è Biochimica Metabolica+Nutrizione+Biochimica dell’Endocrino+Nozioni di Biologia Molecolare) ma la difficoltà non è estrema ed insostenibile; c’è solo da ricordarsi le varie vie metaboliche!Aprii il mitico “Lehninger” ed inizia con glicogenosintesi, glicogenolisi, glicolisi, Ciclo di Krebs (anche questo una figata immane!) e poi lei, la mitica…la FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA!

Per fosforilazione ossidativa si intende il processo di trasferimento (fosforilazione) dell’energia all’ ADP (per formare ATP), processo che avviene nei Mitocondri (anche questi una tipologia di organelli da orgasmo, dato che sono la “centrale nucleare della cellula” e “principali iniziatori dell’apoptosi”…!!) mediante ossidazione dei trasportatori (quali NADH e FADH2) e trasferimento della componente riducente all’ossigeno per formare Acqua.

La cosa più bella è come avviene la sintesi dell’ATP , o meglio chi la fa!!!

Siete pronti?! 3…..2……..1…….

Et voilà! la mitica ATP Sintasi!















Fonte: http://www.pianetachimica.it/mol_mese/mol_mese_2005/12_ATP_Sintasi/ATP_Sintasi_1_ita.htm

Cioè, mi spiego??? Questa MACCHINA MOLECOLARE è una bestia!!

subunità: 3 alpha + 3 beta (a formare la F1) + gamma (centrale) + delta/epsilon (tengono bloccata la subunità F1)
3 subunità + 2 b + 10 c a formare Fo
Per farla breve: la catena respiratoria determina una gradiente transmembranario ai lati della membrana interna mitocondriale; gli idrogenioni presentano quindi una energia potenziale elettrochimica che scaricano, passando dalla ATP sintasi, sulla subunità F0 e in questo modo , facendo girare la F1, determinano la sintesi dell’ATP (la rotazione determina una modificazione della conformazione delle subunità della F1 e quindi una diversa affinità per ADP+Pi/ATP….).Oltre allla struttura (SPLENDIDA!) è sbalorditiva l’efficienza: praticamente il 100%!!! (efficienza di una macchina termica: circa 60%!).

fonte: http://ospitiweb.indire.it/~trends10/targeon/vanna/biologic/catenar1.gif

Semplicemente splendido!…e tutto questo è dentro ad ogni nostra cellula, che è una delle 10 alla 14esima cellule del nostro organismo… Cioè: io sto godendo!(fase 2 della pazzia in vista di FISIO 1 e ANATOMIA 1 !)

P.s. a questo link trovate il Santo Protettore degli Studenti di Medicina!

https://doctorgray.wordpress.com/2007/12/21/san-netter-protettore-degli-studenti-di-medicina/