La struttura e il metabolismo di proteine, carboidrati e lipidi. Gli enzimi. Il metabolismo energetico. Le biosintesi endogene. Il metabolismo dell'azoto. La funzionalità dei principali organi e tessuti. Integrazione del metabolismo. Aspetti nutrizionali: ciclo nutrizione-digiuno, macro-, micronutrienti, le vitamine, gli amminoacidi essenziali. Alimenti funzionali, intolleranze. La conservazione e l'espressione dell'informazione genica.
-L Pollegioni et al. Fondamenti di Biochimica. Edises Ed.
-David L Nelson, Michael M Cox
Introduzione alla biochimica di Lehninger
Zanichelli Ed.,
- D.R. Ferrier.
Le basi della biochimica.
Zanichelli Ed.,
Obiettivi Formativi
Conoscenze: Conoscenza delle molecole costituenti i tessuti animali e vegetali.
Conoscenza delle reazioni che portano alla formazione e trasformazione di dette molecole.
Conoscenza delle relazioni esistenti tra alimentazione e salute.
Competenze acquisite al termine del corso: Essere in grado di definire il ruolo delle macromolecole nel metabolismo; riuscire ad interpretare gli effetti degli alimenti a livello molecolare e metabolico;
Essere in grado di definire le relazioni tra le molecole presenti in un alimento e lo stato di salute.
Capacità acquisite al termine del corso: capacità di comprendere a livello molecolare tematiche affrontate in corsi successivi.
Prerequisiti
E' necessaria una buona conoscenza della chimica generale e organica, e dei principali concetti della biologia di base.
Metodi Didattici
Lezioni Frontali.
CFU: 9
Numero di ore totali del corso: 225 (= 9 x 25)
Numero di ore relative alle attività in aula: 72
Numero di ore per studio personale e altre attività formative di tipo individuale: 153
Altre Informazioni
la frequenza alle lezioni è fortemente consigliata.
Strumenti a supporto della didattica
Inserimento su Moodle delle slides proiettate
Orario di ricevimento: qualsiasi giorno previo appuntamento (luigia.pazzagli@unifi.it o francesco.ranaldi@unifi.it)
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale con scrittura di formule di struttura dei principali composti e vie metaboliche. L'esame orale sarà preceduto da un breve test scritto in cui saranno chieste alcune formule. Le domande avranno lo scopo di verificare che lo studente, oltre ad aver acquisito conoscenze specifiche, abbia acquisito la capacità di elaborare e correlare le tematiche affrontate durante il corso.
Programma del corso
Il programma esteso è in accordo con le slides pubblicate su Moodle.
MACROMOLECOLE
Carboidrati: Monosaccaridi, disaccaridi. Aminozucceri, zuccheri acidi, deossizuccheri. Omopolisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa, chitina, pectine. Eteropolisaccaridi: peptidoglicani, proteoglicani. Glicoproteine.
Digestione e assorbimento: amilasi, saccaridasi, lattasi. Fibre alimentari. Indice glicemico degli alimenti. Glucosio ematico.
Lipidi
Gli acidi grassi dei trigliceridi, fosfogliceridi e sfingolipidi. Colesterolo. Doppi strati lipidici e membrane biologiche. Fluidità di membrana. i lipidi degli alimenti: acidi grassi saturi e polinsaturi, eicosanoidi, colesterolo. Digestione e assorbimento dei lipidi: lipasi intestinali, chilomicroni, lipoproteine (VLDL, LDL, HDL)
Gli acidi nucleici
Struttura dei nucleotidi. Struttura del DNA e RNA. I nucleotidi come componenti di numerosi coenzimi
PROTEINE
Versatilità delle proteine, valore nutrizionale e energetico.
Caratteristiche chimico-fisiche dei 20 aminoacidi che compongono le proteine. Caratteristiche del legame peptidico. Livelli strutturali nelle proteine. Struttura secondaria: strutture elicoidali, foglietti beta, ripiegamenti beta. Struttura terziaria: forze implicate nella stabilizzazione della struttura. Struttura quaternaria. Proteine globulari: l’esempio della struttura e della funzione di mioglobina ed emoglobina. L’allosterismo dell’emoglobina . Proteine fibrose: cheratina, tropocollageno, fibroina della seta. Il collageno e il ruolo della vitamina C
Gli enzimi
Le sei classi degli enzimi secondo la IUB. le vitamine idrosolubili con funzione di coenzimi (importanza nutrizionale e metabolica). Coenzimi : struttura e meccanismi. Cinetica enzimatica: modello di Michaelis-Menten e enzimi allosterici. Significato di KM, Vmax e Kcat.. Inibizione degli enzimi da molecole estranee: inibizione irreversibile e inibizione reversibile (competitiva, acompetitiva e non-competitiva). Meccanismo d’azione degli enzimi: catalisi acido-base;. Esempio della chimotripsina e la famiglia delle serino-proteasi. Regolazione dell’attività enzimatica: enzimi allosterici, attivazione di zimogeni, modificazioni covalenti (fosforilazioni), isoenzimi..
METABOLISMO ENERGETICO
Concetti generali. Conversione di energia. Le ossido riduzioni biologiche. Le deidrogenasi NAD, FAD e NADPH dipendenti. Il ruolo dei coenzimi nel metabolismo energetico. L’ATP: caratteristiche strutturali, la liberazione di energia. Composti che presentano legami ricchi di energia. La fosforilazione a livello del substrato. Reazioni accoppiate. Catabolismo e anabolismo. Le tre fasi del catabolismo.
Catabolismo dei carboidratii
Digestione e assorbimento di amido e glicogeno: alfa amilasi , enzimi e trasportatori delle cellule intestinali. Demolizione delle riserve di glicogeno: regolazione della glicogeno fosforilasi. Glicolisi: le reazioni, gli enzimi e i meccanismi di regolazione. Utilizzazione di galattosio e fruttosio attraverso la glicolisi. Destino del piruvato: piruvato carbossilasi e piruvato deidrogenasi. Esempi di fermentazione: fermentazione lattica e alcolica
Il metabolismo terminale e la catena respiratoria:
Ciclo dell’acido citrico: le reazioni, gli enzimi e i meccanismi di regolazione, ossidazione di substrati e produzione di coenzimi ridotti.
Catena respiratoria: organizzazione dei sistemi redox, i citocromi e l’ubichinone. Pompe protoniche e formazione del gradiente elettrochimico. Fosforilazione ossidativa. Meccanismo della ATP-sintasi. I radicali liberi e il glutatione.
Altri composti ad azione antiossidante: polifenoli glucosinolati
Anabolismo dei carboidrati
Gluconeogenesi: le reazioni, gli enzimi caratteristici e i meccanismi di regolazione.
Glicogenosintesi: glicogeno sintasi ed enzima ramificante. Regolazione della glicogeno sintasi.
Regolazione d'organo del metabolismo dei carboidrati
Metabolismo lipidico
Digestione dei trigliceridi nell’intestino e demolizione intracellulare. Lipoproteine plasmatiche. Attivazione e ossidazione degli acidi grassi. Ossidazione di acidi grassi saturi, insaturi. Biosintesi degli acidi grassi: le reazioni del complesso multienzimatico i e meccanismi di regolazione. Formazione e utilizzazione di corpi chetonici. Biosintesi del colesterolo.
Metabolismo delle proteine
Digestione e assorbimento delle proteine della dieta. Turnover delle proteine intracellulari. Catabolismo degli aminoacidi: deaminazione e transaminazione; ureogenesi. Demolizione della catena carboniosa degli aminoacidi: aminoacidi glucogenici e chetogenici.
Gli aminoacidi come precursori di biomolecole: biosintesi di SAM e di cisteina; biosintesi di creatinfosfato; biosintesi delle porfirine.
Biosintesi dei nucleotidi
Principali fasi della biosintesi dei nucleotidi pirimidinici e purinici. Il ruolo degli aminoacidi e dell’acido folico Recupero delle basi puriniche..
Vitamine liposolubili e idrosolubili e integrazione del metabolismo
I microalimenti: Sali minerali e vitamine.
Vitamine idrosolubili: le vitamine come coenzimi e le principali reazioni in cui sono coinvolte (ripasso delle reazioni metaboliche). L'acido folico e l'omoscisteina.
Liposolubili: ruolo di Vit. E, A, D, K,
Effetti metabolici del’insulina e del glucagone.
Metabolismo in fase di nutrizione, digiuno. Modificazioni del metabolismo in differenti condizioni di apporto dei nutrienti nei principali tessuti e organi.
Principi di nutrizione umana. Apporti nutrizionali di riferimento. Macro e micronutrienti. I minerali.
L’integrazione del metabolismo, il fabbisogno energetico (LARN), regolazione del bilancio energetico, adattamento metabolico alle condizioni di nutrizione.
Le vitamine liposolubili e idrosolubili: fonti alimentari e ruolo nel metabolismo.
Integrazione e regolazione delle principali vie metaboliche.
I concetti di nutraceutica e nutrigenomica, gli alimenti funzionali. Intolleranze e allergie alimentari.
La regolazione dell'espressione genica e l'importanza nel campo della nutrizione.