ITALIANO

Il corso di Biochimica, che è organizzato in due semestri, fornisce una
visione generale ed un’approfondita analisi della biochimica, sia
strutturale, sia, in particolare, metabolica, necessaria alla comprensione
delle basi delle patologie umane e, pertanto, fondamentale per la
formazione di un medico completo. Saranno approfonditi, in particolare, i
meccanismi molecolari alla base della fisiologia umana, della patologia e
della farmacologia, con particolare riguardo alla Medicina di Precisione

PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER – Ottava edizione - David L Nelson, Michael M Cox . 2022 - Zanichelli
LA BIOCHIMICA - Thomas M. Devlin, VI edizione - 2023 - EdiSes
PRINCIPI DI BIOCHIMICA - Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt - 2017 - Zanichelli
BIOCHIMICA- J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer, VIII edizione, - Zanichelli
BIOCHIMICA - L.A.Moran, K.G.Scrimgeour, H.R.Horton,R.S.Hochs, J.D.Rawn Casa editrice McGroww- PRINCIPI DI BIOCHIMICA – Hill Garrett e Grisham- Ed. Piccin
BIOCHIMICA - Campbell / Farrell - EdiSES

basi chimiche e biologiche per la comprensione dei
meccanismi fisiologici dell’omeostasi biochimica a livello cellulare e
sistemico e per interpretare correttamente i cambiamenti biochimici che
si verificano in condizioni patologiche. In particolare, Il Corso di
Biochimica sarà incentrato principalmente sullo studio delle principali classi di molecole e macromolecole biologiche e dei principali processi
che regolano il loro metabolismo e quello energetico, sulla regolazione a
livello molecolare e cellulare delle principali vie metaboliche e delle
correlazioni biochimiche fra organi e tessuti in condizioni normali e
patologiche. Modelli di interferenza farmacologica con le vie biochimiche
studiate saranno inoltre discussi. Alla fine del Corso, lo studente avrà le
basi per comprendere i principi che guidano la moderna medicina
molecolare di precisione ed affrontare con adeguato bagaglio culturale lo
studio degli insegnamenti di fisiologia, patologia, immunologia,
farmacologia e clinica medica a livello molecolare

Per frequentare con competenza il Corso di Biochimica, gli studenti
devono aver acquisito una solida esperienza in Chimica e Propedeutica
Biochimica, Biologia e Biologia Molecolare, e Fisica.
L'accesso all'esame è regolato da propedeuticità come stabilito dal
Consiglio del Corso di laurea

Il Corso sarà svolto con lezioni frontali mediante presentazioni in Power
point o altro materiale informatico. Durante la lezione, sarà stimolata la
discussione per fornire sia chiarimenti sia ulteriori approfondimenti
sull’argomento trattato. I docenti saranno a disposizione durante tutta la
durata del corso, e successivamente, per fornire spiegazioni sugli
argomenti trattati durante le lezioni e supportare gli studenti durante il
loro percorso formativo.

L’esame finale include una prova scritta seguita da un colloquio orale.
Potrà essere prevista inoltre una prova intercorso, basata su quiz a
risposta multipla. Tale prova costituisce una verifica, utile allo studente,
dell'apprendimento in aula ma il suo esito non verrà preso in
considerazione per la valutazione.
Per l’esame, si prevede 1. una prova scritta costituita da un test con 30
domande a risposta multipla (sarà assegnato 1 punto per ogni risposta
esatta, 0 punti per le risposte sbagliate) che riguarderanno tutti gli
argomenti del corso; 2. al superamento della prova scritta (punteggio
minimo per l’ammissione 18), seguirà contestualmente un colloquio orale
volto ad accertare con chiarezza l'apprendimento degli argomenti
affrontati durante il corso di Biochimica. Lo studente dovrà dimostrare
un’adeguata conoscenza della struttura delle principali classi di
biomolecole, delle principali vie metaboliche e della loro regolazione, con
particolare attenzione ai meccanismi delle più comuni patologie. Il voto
finale sarà valutato in trentesimi, dove 18 rappresenta il minimo e 30 il
massimo.

Sarà condiviso in forma elettronica il materiale utilizzato per le lezioni frontali e le esercitazioni.

I semestre
• Gruppi funzionali e legame chimico. Importanza nella stabilità
strutturale e organizzazione tridimensionale delle macromolecole
biologiche.
• L’acqua: importanza per la vita; acqua nei fluidi biologici; struttura
dell’acqua e sue proprietà chimico-fisiche (pH, effetto tampone, equilibrio
acido-base, ecc.); interazioni espletate dall’acqua; legame a idrogeno,
struttura dell’acqua solida e liquida; anomalie dell’acqua; solubilità;
costante dielettrica e suo significato; effetti termodinamici della
solubilità; effetto solvente; effetto idrofobico; conseguenze biologiche
dell’effetto idrofobico. Proprietà dei sistemi viventi.
• Amminoacidi; struttura e classificazione in base alla natura chimica
della catena laterale; altre classificazioni (es: amminoacidi essenziali e
non; altre sottoclassi: es. idrossiamminoacidi, amminoacidi solforati, etc).
Proprietà acido-base; attività ottica e chiralità; proteine; legame
peptidico; catena laterale degli amminoacidi e loro classificazione e
proprietà; modifiche post-biosintetiche.
• Proteine. Le molteplici funzioni biologiche delle proteine. Cenni sui
peptidi con attività biologica. Livelli di organizzazione strutturale delle
proteine. Struttura primaria. Struttura secondaria. Struttura terziaria.
Struttura quaternaria. Proteine fibrose e proteine globulari. Motivi della
diversità strutturale delle proteine; livelli strutturali nelle proteine:
legame peptidico e struttura primaria; struttura secondaria: alfa elica; beta turns o girate; strutture supersecondarie. Proteine fibrose e
globulari: differenze funzionali e strutturali; esempi; la cheratina;
l’elastina; collagene e suoi cross-links; proteine globulari. Proteine Intrinsecamente disordinate (IUP)
• Cenni su malattie dovute ad alterazione strutturale delle proteine.
• Proteine trasportatrici di ossigeno: mioglobina (Mb) ed emoglobina
(Hb); livelli strutturali; l’eme; curve di ossigenazione Mb e Hb; struttura
quaternaria Hb; il 2,3-bisfosfoglicerato; effetti allosterici; ontogenesi di
Hb; effetto Bohr; glicosilazione non enzimatica dell’Hb. Anemie:
definizione e classificazione. Le principali emglobinopatie.
• Il collageno: composizione amminoacidica e struttura a tripla elica del
tropocollageno. Tappe di sintesi e maturazionne del collageno. Le
principali collagenopatie.
• Gli enzimi: catalisi enzimatica. energia di attivazione e azione dei
catalizzatori. sito attivo e complesso enzima-substrato. Adattamento
indotto. Stereo specificità del substrato; teoria dello stato di transizione;
aspetti energetici; complessi multienzimatici; classificazione; coenzima;
cofattori; effetto dell’ambiente sull’enzima; enzimi in medicina. effetto
del pH e della temperatura sulla catalisi enzimatica. Isoenzimi; loro
significato in Biochimica sistematica; implicazioni biochimico-cliniche.
• Cinetica enzimatica: equazione cinetica e costante di velocità;
equazione di Michaelis e Menten; grafici e parametri dell’equazione, loro
significato funzionale; determinazione dei parametri cinetici; grafici di
Lineweaver-Burk; inibizione enzimatica, reversibile ed irreversibile; effetti
cinetici degli inibitori; inibizione competitiva e sua cinetica, parametri
cinetici e loro significato. Esempi d’inibizione competitiva; inibitori
acompetitivi ed incompetitivi, loro cinetiche e significato dei parametri
cinetici.
• Regolazione enzimatica: definizione e significato funzionale.
Regolazione covalente, reversibile (fosforilazione, metilazione,
acetilazione, adenilazione) e irreversibile (zimogeni e proteolisi limitata);
vie metaboliche o catene di enzimi: regolazione a feedback. Concetto di
tappa limitante ed enzima regolatore. Allosterismo: effettori allosterici e
cooperatività; enzimi con siti multipli cooperativi e non-cooperativi;
modello di enzima allosterico monometrico e multimerico; omoallosteria
ed eteroallosterismo, cinetiche; modello sequenziale ed a simmetria
concertata; esempi. Proteine ed enzimi inducibili e costitutivamente
espressi. Ruolo della regolazione genica nell’espressione di enzimi
inducibili.
• Carboidrati: classificazione e proprietà funzionali; carboidrati semplici e
complessi, proiezioni di Fisher; centri chirali; serie stereochimiche dei
carboidrati; enantiomeri; importanti monosaccaridi; ciclizzazione
intramolecolare; formule cicliche dei carboidrati; galattosemia; formule
furaniche e piraniche; oligosaccaridi; legame glicosidico; lattasi e suo
deficit; polisaccaridi; amido, glicogeno e cellulosa; digestione zuccheri;
indice glicemico; assorbimento fruttosio; mucopolisaccaridi;
glicoproteine.
• Lipidi. Funzioni biologiche, organizzazione strutturale, nomenclatura e
classificazione. Acidi grassi saturi, monoinsaturi e polinsaturi; importanza
dei doppi legami coniugati; flessibilità; abbondanza in natura; stato fisico;
gli acidi grassi essenziali; composizione in lipidi di alimenti; triacilgliceroli;
lipidi complessi; glicerolipidi; glicerofosfolipidi; fosfolipidi; fosfolipasi;
sfingolipidi; cere; terpeni; carotenoidi; terpeni nelle vitamine; steroidi;
aspetti clinici dei lipidi; lipidi e membrane.
• Vitamine: significato funzionale, vitamine liposolubili ed idrosolubili;
provitamine, fabbisogno, ipovitaminosi ed ipervitaminosi, vitamine
sintetiche, vie e meccanismi di assorbimento; singole vitamine
idrosolubili e liposolubili, formula, funzione, meccanismo di azione,
significato clinico.
• Ormoni: cenni di struttura, classificazione e biosintesi. Ormoni e
recettori. Ormoni pancreatici e surrenalici, loro effetti sul controllo dei
glucidi; loro meccanismi di azione e controllo; effetti fisiologici; i secondi
messaggeri intracellulari; insulina, glucagone, adrenalina e loro meccanismi specifici; effetti dell’insulina, trasporto del glucosio.
•
• II semestre
• Introduzione al metabolismo. Le vie metaboliche. Principi di
bioenergetica. Le leggi della termodinamica. La variazione di energia
libera. Il trasferimento dei gruppi fosforici e l'ATP. L'energia libera di
idrolisi dell'ATP.
• Il metabolismo: cos’è il metabolismo; anabolismo e catabolismo;
metabolismo intermedio; vie metaboliche; ATP e termodinamica.
• Cicli metabolici: autotrofi ed eterotrofi; schemi metabolici di
catabolismo, anabolismo e metabolismo; respirazione aerobica e
fermentazione anaerobica; glicolisi e mitocondrio; vie metaboliche lineari,
cicliche e mappa; ossidazione, potere calorico alimenti e NAD.
• La glicolisi: reazioni, bilancio, meccanismi enzimatici; destino del
piruvato; glicolisi anaerobica. Regolazione della glicolisi
• Utilizzazione del glucosio e curva glicemica post-prandiale. Regolazione
ormonale della glicemia: l’insulina. Glicogeno, metabolismo e funzioni;
glicogenosintesi, glicogenolisi, reazioni, enzimi, regolazione.
• Via dei pentosi fosfato – i fosfopentosi, loro metabolismo, reazioni,
enzimi, regolazione ed importanza nel metabolismo degli eritrociti.
• Effetti ossidativi nell’eritrocita e sistemi di difesa: glutatione,
metemoglobina reduttasi. Deficit di G6PD e favismo.
• Specie reattive dell’ossigeno e loro ruolo fisiologico. Ossidazione dei
componenti di membrana e sistemi di difesa; glutatione e sua funzione;
difese antiossidanti dell’eritrocita;
• Regolazione metabolismo glucidico – gluconeogenesi: glicolisi aerobica
ed anaerobica, bilancio energetico; piruvato e acetilCoA, loro significato;
la glicemia; regolazioni allosteriche nella glicolisi e trasportatori di
glucosio.
• Monosaccaridi e disaccaridi; assorbimento; lattosio, Intolleranza al
lattosio. Lattato deidrogenasi e suoi isoenzimi.
• La piruvato deidrogenasi: i compartimenti mitocondriali; la piruvato
deidrogenasi, funzione, struttura del complesso, meccanismo d’azione, le
molecole partecipanti, sequenza delle reazioni e visione generale di esse,
significato funzionale delle varie reazioni e delle molecole che vi
partecipano; regolazione del complesso.
• Ciclo di Krebs: dove avviene; relazioni con le altre vie metaboliche ed
aspetti energetici; reazioni e meccanismi del ciclo, enzimi e metaboliti
coinvolti, regolazione del ciclo, effettori allosterici del ciclo, bilancio
energetico; carrier mitocondriali.
• Il mitocondrio e le reazioni redox, catena di trasporto degli elettroni,
complessi proteici della catena respiratoria, reazioni, enzimi regolazione
e loro significato metabolico; il gradiente chimico ed elettrochimico delle
membrane mitocondriali, il flusso di elettroni genera energia.
• Destino metabolico dei lipidi: lipidi dalla dieta, loro digestione, acidi
biliari e lipasi, degradazione dei triacilgliceroli, degli esteri del colesterolo,
dei fosfolipidi, controlli della digestione dei grassi, destino dei lipidi
assorbiti.
• Lipidi e catabolismo: controllo del rilascio degli ac. grassi nel sangue e
trasporto; attivazione ed ingresso nel mitocondrio; beta-ossidazione dei
vari tipi di ac.grassi, reazioni e cicli, enzimi, regolazione; bilancio
energetico; perossisomi; ossidazione degli ac.grassi polinsaturi; corpi
chetonici e chetogenesi, concentrazioni plasmatiche; relazioni acetilCoAcorpi
chetonici; regolazione lipolisi.
• Metabolismo del colesterolo: origini, ruolo biochimico, colesterolemia e
dieta; assorbimento intestinale, enzimi pancreatici, bile, ruolo dell’epitelio
intestinale, biosintesi lipoproteine, esportazione chilomicroni, loro destino
metabolico; lipoproteine, struttura, composizione, classificazione, le
lipoproteine come marcatori clinici; biosintesi del colesterolo, sua
regolazione, inibitori; shunt del transmetil-glucataconato; effetti
macroscopici del controllo del colesterolo, nell’epatocita, intracellulare,
effetti del ritmo circadiano; ruolo delle lipoproteine, le apolipoproteine e
loro funzione, densità delle lipoproteine, classi di lipoproteine e loro
significato metabolico; fattori di rischio cardiovascolari e loro significato
biochimico, fitosteroli, fibre alimentari e loro meccanismo biochimico.
• Biosintesi dei lipidi: lipogenesi; l’acetilCoA, suo significato metabolico;
biosintesi ac. grassi, reazioni, enzimi e loro meccanismi d’azione; l’acido
grassi sintasi, struttura e suo meccanismo d’azione; regolazione biosintesi ac. grassi; catene ac grassi, allungamento e desaturazione;
eicosanoidi, bilancio metabolico omega 3 PUFA e omega 6 PUFA, sintesi
ac. arachidonico; classificazione eicosanoidi, struttura e loro significato
funzionale, meccanismo di azione, Ciclossigenasi e Lipossigenasi, effetti
metabolici, prostaglandina sintasi ed effetto degli antinfiammatori,
bradichinina, sinossi sulla sintesi dei triacilgliceroli.
• Metabolismo delle lipoproteine: origini del colesterolo epatico; destino
metabolico delle lipoproteine, chilomicroni, VLDL, LDL ed LDL modificate,
HDL; la lipoproteina (a).
• Il tessuto adiposo: sua funzione, adipociti e loro origine, loro attività ed
obesità; ruolo fisiologico del tessuto; lipidoma, metabolismo del tessuto
adiposo e sua regolazione, sua complessità e flessibilità, adipochine,
sintasi degli ac.grassi.
• Biosintesi e catabolismo dell'Eme: le reazioni, la regolazione, il bilancio
energetico. I pigmenti biliari. Ittero.
• Biosintesi e catabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici; le reazioni,
la regolazione, il bilancio energetico.
• Metabolismo dell’unità monocarboniosa. Ruolo del folato e suoi derivati.
Il ciclo dei folati e suoi inibitori. Le reazioni di transmetilazione. Sadenosilmetionina
e S-adenosilomocisteina.
• Morte cellulare. La morte cellulare programmata. Attivazione
dell’apoptosi e sua regolazione. Via intrinseca (mitocondriale) ed
estrinseca (death receptors). Ruolo della proteina P53. Le caspasi e loro
attivatori e substrati. Metodi di studio dell’apoptosi. Apoptosi e malattie
(cenni).
• Metabolismo proteico: amminoacidi essenziali, relazioni tra
amminoacidi e vie metaboliche, amminoacidi glucogenici e chetogenici;
proteine e loro destino metabolico; digestione ed enzimi digestivi,
assorbimento, trasporto aa nelle cellule, cistinuria, catepsine lisosiomali,
proteo soma ed ubiquitina, meccanismo d’azione, regola dell’N-terminale,
sequenze PEST; degradazione metabolica degli amminoacidi;
transaminazione, meccanismo, AST e ALT, significato clinico; glutammato
deidrogenasi; glutammina sintetasi e ruolo metabolico della glutammina;
Ciclo dell’urea, reazioni, enzimi, meccanismi, regolazione e significato
fisiologico; relazioni metaboliche tra ciclo Krebs e Ciclo urea; relazioni
metaboliche tra fegato e muscolo relative al metabolismo azotato; difetti
genetici del ciclo; adrenalina, nor-adrenalina e neurotrasmettitori; DOPA,
GABA, Ossido nitrico e sua biosintesi, creatina fosfato e creatinina.
• Trasduzione del segnale: secondo messaggero; principale secondi
messaggeri: calcio, molecole lipofile, segnali redox, ossido nitrico; le
risposte cellulari; le più importanti vie di segnalazione, MAP/ERK, CAMP/PKA, IP3/DAG, PI3K/AKT.

Italian

The Biochemistry Course, which is organized in two semesters, provides
an overview and in-deep discussion of the main aspects of medicaloriented
Biochemistry, starting from studying the biomolecules and
macromolecules of biological interest, their hierarchical structure and
their assembly into complexes responsible for specific biological
processes. Furthermore, the Course focuses on the major metabolic
pathways and on their interconnection into metabolic regulated networks
at cellular, tissue/organ and finally systemic level, which appear
fundamental for the comprehension of the molecular bases of human
pathologies. Particulary attention will be paid to the molecular and
biochemical mechanisms at the base of the human Physiology, Pathology
and Pharmacology, and of the newly-born concept of Precision Medicine.

PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER – Ottava edizione - David L Nelson, Michael M Cox . 2022 - Zanichelli
LA BIOCHIMICA - Thomas M. Devlin, VI edizione - 2023 - EdiSes
PRINCIPI DI BIOCHIMICA - Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt - 2017 - Zanichelli
BIOCHIMICA- J.M.Berg, J.L.Tymoczko, L.Stayer, VIII edizione, - Zanichelli
BIOCHIMICA - L.A.Moran, K.G.Scrimgeour, H.R.Horton,R.S.Hochs, J.D.Rawn Casa editrice McGroww- PRINCIPI DI BIOCHIMICA – Hill Garrett e Grisham- Ed. Piccin
BIOCHIMICA - Campbell / Farrell - EdiSES

The Biochemistry Course is aimed to provide medical students with the
fundamental chemical and biological bases for the comprehension of the
physiological mechanisms of the biochemical homeostasis, both at
cellular and systemic level, and for gaining the ability to interpret the
biochemical changes occurring in human diseases. Students will acquire
knowledge on i., the major classes of biological molecules and
macromolecules and on the main processes regulating their metabolism
and the energy metabolism; ii., the regulation, at molecular and cellular
level, of the main metabolic pathways; iii., the biochemical correlations
between organs and tissues in normal and pathological conditions.
Models of pharmacological interference with the studied biochemical
pathways will be discussed.
At the end of the course the students will have acquired the principles
driving the modern precision molecular medicine and the cultural background
necessary for approaching the studies of Physiology, Pathology,
Immunology, Pharmacology and Medical Clinics at molecular level.

To attend proficiently the Biochemistry Course, students need to have
acquired a well-established background in Chemistry and Propaedeutic
Biochemistry, Biology and Molecular Biology, and Physics.
Access to the exam is regulated by passing the preliminary exams, as
established by the Degree Course Council.

Frontal lessons will be delivered by means of Power Point files projection
or other tools. Throughout lesson, discussion will be stimulated to give
elucidations and further insights on the topics object of the study.
Teachers will be available throughout the course and afterwards, to
provide explanations on each biochemical aspect studied and to support
students during their training.

The final exam includes a written test followed by an oral examination.
A mid term exams (quiz including 30 multiple choice questions) might be
administered at the end of the first semester. This will not sum up with
the final score and it is uniquely aimed at encouraging the students to
challenge with apprenticeship of the first group of topics. The final exam
includes a written test (including 30 multiple choice questions - 1 point of
score will be given, to any right answer, no penalty for wrong answers) on
all topics. An oral test will follow, aimed at ascertaining the learning of
the topics addressed during the Biochemistry course.
The student must demonstrate a deep knowledge of the structural
aspects of the main classes of biomolecules and of the regulation of the
main metabolic pathways with particular attention to the mechanisms of
the most common pathologies. The final grade is expressed in 30th,
where 18 represents the minimum and 30 the maximum

Powerpoint presentations and scientific paper will be shared.

First semester
• Functional groups and chemical bonds. Importance of structural
stability and tridimensional organization of the biological
macromolecules.
• Water: importance for the life; water in the biological fluids; H2O
structure and its chemical-physical properties (pH, buffering potential,
acid-bases equilibrium, etc.); water interaction; hydrogen bond; structure
of water at different physical states; solubility, dielettric constant and its significance; termodinamical effects of solubility, solvent effect;
hydrophobic effect; biological consequence of hydrofobic effect;
properties of living systems.
• Proteins: composition and structures.
• Protein building blocks: the amino acids; structure, features and
classification based on the chemical nature of the lateral chain; other
classifications (ie, essential and non-essential amino acids); other amino
acid subclasses such as hydroxyamino acids, sulfur amino acids, etc)
Acid-base properties of amino acids, optical activity and chirality. The
peptidic bond and its geometry and features. Protein posttranslational
modifications.
Structure-function relationships. Multiple biological functions of proteins.
Peptides with biological functions. Protein families.
• Levels of structural organization of the proteins. Protein primary
structure Electronic and geometric features of the peptide bond and
secondary structure. Tertiary structure. Quaternary structure. Protein
families. Fibrous proteins and globular proteins. Fibrillar proteins:
structural and functional properties. Keratin, collagen, elastin.
Proteoglycans and the extracellular matrix (ECM). Biosynthesis and postbiosynthetic
processing. Globular proteins.
• Intrinsically disordered proteins (IDPs): physical bases of IDPs;
classifications; some examples; roles and distributions in eukaryotes;
significance of IDP proteins; metabolic roles of IDPs; intrinsic
disorder/function relationship; functional effects of post-translatonal
modifications (PTMs): recognition and regulation.
• Misfolding of proteins and related diseases.
• Proteins that carry oxygen; myoglobin (Mb) and Hemoglobin (Hb)
structure. Strutural level. The heme group. Hb ligands: O2, CO2, H+, 2,3-
BPG, etc. Hb “T” (tense) and “R” (relaxed) states. Hb saturation
(dissociation) curve. Role of 2,3-BPG in the stabilization of the “T”
conformation. Bohr effect. Mechanisms for maintenance of reduced state
of iron within heme: methemoglobin reductase. Transport of CO2: role of
Hb, role of carbonic anhydrase, role of bicarbonates. Anemia: definition
and fundamental aspects. Some examples anemias: thalassemias, sickle
cell anemia, favism (see also reference to pentose phosphate pathway).
Collagen: amino acid composition and triple helix structure of the
tropocollagen. Synthesis and maturation stages of collagen. The main
collagen diseases.
• Enzymes. Thermodynamics of chemical reaction. Free energy variation
of enzyme-catalyzed reaction. Activation energy and mechanisms of
enzymatic catalysis. Transition state theory. Active site and enzymesubstrate
complex. “Induced Fit Model” versus “Lock and key model”.
Stereo specificity of the enzymatic reaction. Classification of enzymes.
Coenzymes and cofactors. Environmental factors affecting enzyme
activity: temperature, pH. Isoenzymes and their meaning in systemic
Biochemistry. Clinical biochemistry implications. Enzymes in Medicine.
• Enzymatic Kinetics: kinetic equation and velocity constant; Michaelis-
Menten equation; The graph of Michaelis-Menten. Parameters of
enzymatic kinetics: Vmax and Km. Their functional significance.
Lineweaver-Burk graph. Reversible and irreversible enzymatic inhibition.
Kinetic effects of enzyme inhibitors. Competitive and non-competitive
and acompetitive enzymatic inhibition.
• Enzymatic regulation: definition and functional meaning Covalent
reversible regulation (through phosphorylation, methylation, acetylation,
adenylation) and irreversible (activation of zymogens and controlled
proteolysis); metabolic pathway organization: feed-back regulation.
Concept of rate-limiting step and regulatory enzyme. Allosterism:
allosteric effectors and cooperativity;enzymes with multiple cooperative
and non-cooperative sites; modela of monomeric and multimeric
allosteric enzyme; omoallosterism and eteroallosterism; kinetics:
sequential and concerted symmetry models. Inducible and constitutively
expressed enzymes. Role of gene expression regulation in the inducible
enzymes.
• Carbohydrates: classification and functional properties; simple and
complex carbohydrates; Fisher projections; chiral centers; stereochemical
series of carbohydrates; enantiomers; relevant monosaccarydes;
intramolecular cyclization; cyclic formulas of monosaccharides; pyranosic
and furanosic formulas; glucose and its role as major fuel for sspific tissues and organs; glycemia: normal range and limits. Glycemia
alterations in diabetes. Glycosidic bond; oligosaccharydes: lactose and
lactase deficit; polysaccharydes: starch, cellulose, chitin and glycogen;
dietary assumption and digestion of carbohydrates; glycemic index;
Mucopolysaccharides, glycosaminoglycans and glycoproteins.
• Lipids: biological function, structural organization, nomenclature and
classification. Saturated, monounsatured and polyunsatured fatty acids;
physical status; importance of conjugated double bonds; flexibility;
relative abundance in nature; essential fatty acids; food lipid composition.
Storage lipids and membrane lipids: triacylglycerols; phospholipids;
complex lipids: glycerolipids glycerophospholipids, sphingolipids.
Phospholipase activities. Waxes and terpenes, carotenoids; terpenes in
vitamins; Sterols: cholesterol and its derivatives. Eicosanoids. Clinical
aspects of lipids.
• VIitamins: Functional significance; requirements and function;
classification in liposoluble and hydrosoluble vitamins; concept of
provitamins, vitamer, requirements, hypo- and hypervitaminosis;
Synthetic vitamins.
Liposoluble vitamins:
A- Structure, derivatives, functions, metabolism, vit A and vision, sources,
deficiency
K- Structure, functions, K-dependent coagulation factors, metabolism,
deficiency, clinical references to oral anticoagulants.
D- Structure, functions, metabolism, biosynthesis and relationships to
bone and renal disease, sources, deficiency (Rickets)
E-Structure, functions, metabolism, antioxidant mechanism acitivity (ref
to biochemistry of ROS), sources,
Hydrosoluble vitamins:
B1- Structure, functions, metabolism, coenzymes, sources, deficiency
B2- Structure, function metabolism, coenzymes (FMN, FAD), sources,
deficiency (Ariboflavinosis)
PP- Structure, functions, coenzymes (NAD+ and NADP+), metabolism,
sources, deficiency (Pellagra)
B6- Structure, function metabolism, coenzyme, sources, deficiency
Biotin- Structure, metabolism (role of biotinidase or holocarboxylase
synthetase), functions, metabolism, sources.
Pantothenate- Structure, function metabolism, sources, deficiency
Folate- Structure, biochemical processes in which folate is involved, role
in C1 metabolism, folate cycle, sources, supplementation for NTD
prevention, deficiency and macrocytic anemia.
B12- Structure, coenzymes, absorption and role of the Intrinsic Factor,
functions, metabolism, sources, deficiency (megaloblastic anemia)
C- Structure, functions (ref to postbiosynthetic processing of collagen
precursor), metabolism, sources, deficiency (Scurvy)
• Biochemistry of hormones: fundamentals of structure, classification and
biosynthesis and mechanism of action. Hormones and their receptors.
Pancreatic and adrenal hormones; mechanisms of action and control;
second intracellular messengers. Peptide and protein hormones:
classification, site of production, regulation of release and target tissues
(also ref to carbohydrate metabolism and calcium metabolism). Special
focus on insulin, glucagon, epinephrine and on their specific mechanisms:
structure and biosynthesis; characteristics of their receptor and of the
activated signal transduction pathways; effects on carbohydrate tissue
utilization and on the metabolism in general (ref. to glucose metabolism).
Catecholamines (also ref to amino acid metabolism). Thyroid hormones
(biosynthesis, activities). Steroid hormones: classification and
biosynthesis (ref to cholesterol metabolism). mechanism of action; The
steroid and thyroid receptor superfamily and responsive elements.
II semester
• Introduction to metabolism. The metabolic pathways. Principles of
bioenergetics. The laws of thermodynamics. The variation of free energy.
Transfer of phosphoric groups and ATP. The free energy of ATP
hydrolysis.
• Metabolism: what is metabolism: anabolism and catabolism;
intermediate metabolism; Linear or cyclic, divergent or convergent
metabolic pathways; overall map of metabolism. Metabolic schemes of catabolism, anabolism; metabolism in presence of oxygen (cellular
respiration) or in absence (anaerobic fermentation); role of mitochondria;
ATP as a central molecule between the two anabolic and catabolic
pathways. Oxidation and caloric power of nutrients. Cofactors involved in
reducing unit transfer: NAD, NADP, FAD.
• Digestion and absorption of carbohydrates. Lactose intolerance.
Utilization of glucose and post-prandial glycemia curve. Insulin role.
• Glycolysis: stages, mechanisms or reactions, regulation, energy
balance. Fates of pyruvate: aerobic and anaerobic glycolysis. The
isoenzymes of lactic dehydrogenase. The metabolism of fructose and
galactose.
• Glycogen metabolism: reactions and energy balance of glycogen
synthesis and glycogenolysis. Regulation of glycogen metabolism in
muscle and liver. Hormonal regulation of blood glucose: insulin, glucagon,
adrenaline. Glycogen storage diseases.
• Gluconeogenesis: substrates for glucose resynthesis: pyruvate,
glycerol, oxaloacetate (also ref to glucogenic amino acids); reactions,
regulation, energy balance. Mutual regulation of glycolysis and
gluconeogenesis. The Cori cycle. The glucose-alanine cycle.
• The pentose phosphate cycle: reactions, regulations, energy balance.
Importance in the overall erythrocyte metabolism. Overall role of NADPH
in metabolism (reductive biosynthetic processes, nitric oxide synthesis)
and its importance in the anti-oxidative defense mechanisms: role of
glutathione and of methemoglobin reductase; erythrocyte deficiency of
glucose-6-phosphate dehydrogenase. All other reactions in which NADPH
is formed.
• Reactive Oxygen Species and their physiological and pathological roles.
Oxidation of membranes and other cellular components (DNA, proteins)
and cellular antioxidant defense mechanisms.
• Oxidative decarboxylation of pyruvate and its conversion to acetyl-CoA.
Mitochondrial compartments. Pyruvate dehydrogenase complex:
localization, structure, action, participating coenzymes, mechanism of
action and regulation.
The citric acid cycle: localization, reactions, enzymes involved and their
mechanisms of action, allosteric modulators and regulation, energy
balance. Functions of the Krebs cycle and its interrelation with other
metabolic pathways. Anaplerotic reactions. Mitochondrial carriers.
• Mitochondria and redox reactions. Electron transport chain (ETC) and
Oxidative phosphorylation; protein complexes of ETC, reactions and
enzymes involved, their mechanism of actions and regulations. The
electron flux generates energy: the H+ (proton) pump and the generation
of the electrochemical proton gradient through the mitochondrial
membranes Coupling of electron transport and ATP biosynthesis. The FATPase
rotary motors. The chemo-osmotic theory. Inhibition and
decoupling of oxidative phosphorylation. Shuttle systems for
mitochondria transport of reducing equivalents from cytosolic NADH.
Respiratory chain inhibitors and modulators
• Lipids: dietary lipids, their digestion, bile salts and pancreatic lipase,
hydrolysis of triacylglycerols, of cholesterol esters, phospholipids,
absorption and organization into the chylomicrons. Different destinies of
the absorbed lipids.
• Lipids and catabolism: utilization of fatty acids and triacylglycerols;
control of fatty acid release in blood and transport; activation of fatty
acids and transfer into the mitochondria: role of the carnitine shuttle
system; beta-oxidation: reactions, enzymes involved, regulation, energy
balance; odd carbon fatty acid degradation. Peroxisomes, oxidation of
polyunsatured fatty acids; ketone bodies: biosynthesis and utilization,
plasmatic concentrations; fate of glycerol (ref. to gluconeogenesis).
Regulation of lipolysis.
• Cholesterol metabolism: origins, biochemical roles, colesterolemia and
diet. Cholesterol role as the steroid precursor, biomedical implications.
Cholesterol biosynthesis: reactions, enzymes, regulation and inhibitors;
The trans-methyl glutaconate shunt. Role of coholesterol in lipoproteins.
Lipoproteins: classification, biosynthesis and metabolism. The
apolipoproteins. The LDL receptors and scavenger receptors.
Cardiovascular risk factors. Ref to type IV hypercholesterolemia.
Phytosterols dietary fibers and their biochemical mechaismsPathways of
metabolism of complex lipids. Biological membranes: composition, structure, receptors (also ref to: asignal
transduction pathways; b-glycoproteins and proteoglycans)
Lipids biosynthesis: lipogenesis, acetyl-CoA and its metabolic
significance; fatty acid biosynthesis: reactions, enzymes, mechanismsof
actions; fatty acid synthase: structure and mechanism of action,
regulation, elongation and desaturation of fatty acid chains. omega 3
PUFA e omega 6 PUFA metabolic balance. Arachidonic acid biosynthesis;
Eicosanoids: classification, structure and functional roles, mechanism of
action, biosynthesis of thromboxanes and prostaglandins. Role of acetyl
salicylic acid C and of antinflammators. Biosynthesis of membrane
phospholipids.
Adipose tissue: functions, roles, white, brown and beige adipocytes and
their origins, obesity, adipokines produced and role in the deleterious
effects of fat (particular visceral fat) on human health.
Proteins: High and low biological value proteins: essential and nonessential
amino acids. Proteins digestions. Activation of gastric and
pancreatic zymogens and action of active enzymes. Absorption of amino
acids: the amino acid pool. Evolutionary conserved forms of amino acid
nitrogen disposal. The glutamine synthetase/glutaminase system (organ
distribution, functional meaning). Role of Glucose-Ala cycle in amino
group transport in circulation. The role of aminotransferases (ALT and
AST) and glutamic dehydrogenase. Urea cycle: localization, reactions,
regulation, energy balance and functional mraning. Metabolic correlations
between urea cycle and Krebs cycle. Genetic defects of the urea cycle.
Fate of the carbon skeleton: glucogenic and ketogenic amino acids.
Correlations with gluconeogenesis. Metabolism of specific amino acids.
Amino acids as neurotransmitter or their precursors (GABA, glycine,
Phe/Tyr, Trp). Biogenic amines (indolamines, catecholamines,
histamine). Methionine metabolism (general features; also ref to folate
and B12) S-Adenosylmethionine, transulfuration pathway, role of THF, B6
and B12; Glycine/Cysteine synthesis. Folic acid or B9 or B12 deficiency as
risk factor for human disease. Nitric oxide and its biosynthesis; creatinephosphate
and creatinine.
Heme metabolism: reactions, enzymes involved, energy balance,
regulation of biosynthesis and catabolism of heme processes. Bile
pigments.
Purine and pyrimidine nucleotide metabolism: reactions, enzymes
involved, energy balance, regulation. Disease associated to genetic
defects in the pathways involved.
• Signal transduction: hormones and cytokines and their receptors;
second messengers; main second messenger: calcium, lipophilic
molecule, redox signals, nitric oxide; the cellular responses; the main
signal transduction pathways: MAPK/ERK, CAMP/PKA, IP3/DAG, PI3K/AKT.