Programma Corso integrato di Meccanismi biologici fondamentali
(5 CFU)
Obiettivi formativi
L’Insegnamento offre agli studenti una visione integrata dei meccanismi biologici fondamentali del corpo umano. Lo studente, al termine dell’Insegnamento, è in grado di:
Descrivere le basi dell’organizzazione strutturale e funzionale della materia vivente;
Indicare le strutture principali della cellula, distinguendo le cellule procariote ed eucariote e descrivendo le funzioni degli organuli subcellulari;
Illustrare i principali processi metabolici (catabolici ed anabolici) e biologici (meccanismi di trasmissione ed espressione genica) e la loro integrazione nell’organismo umano come base per comprendere lo stato di salute;
Indicare i principali meccanismi che controllano l’espressione e la trasmissione del materiale genetico;
Descrivere le basi genetiche delle malattie umane;
Illustrare i principi fondamentali per la valutazione del rischio di malattie a base genetica nonchè gli approcci principali utilizzabili per la modifica del rischio genetico;
Utilizzare terminologia, grandezze ed unità di misura in chimica per la corretta applicazione delle prescrizioni terapeutiche;
Descrivere le leggi fondamentali della meccanica: la cinematica, la dinamica, il lavoro, l'energia e la potenza, la dinamica rotazionale, le leve con esempi nella biomeccanica;
Descrivere le leggi della meccanica dei fluidi: statica, dinamica (Bernoulli), fluidi reali, la misura della pressione;
Descrivere cenni sui fenomeni elettrici: carica elettrica e legge di Coulomb, campo elettrico e potenziale elettrostatico, resistenza e corrente elettrica.
Modulo: BIOCHIMICA
SSD BIO/10
(2 CFU, 24 ore)
Docente: Risso Angela
Obiettivi formativi specifici
Descrivere le basi dell’organizzazione strutturale e funzionale della materia vivente.
Indicare le strutture principali della cellula, distinguendo le cellule procariote ed eucariote e descrivendo le funzioni degli organuli subcellulari.
Illustrare i principali processi metabolici (catabolici ed anabolici) e biologici (meccanismi di trasmissione ed espressione genica) e la loro integrazione nell’organismo umano come base per comprendere lo stato di salute.
Competenze acquisite
Conoscenze di base della chimica generale, inorganica e organica, a livello liceale (struttura dell’atomo, tavola periodica, legame chimico, pH, numero di ossidazione e reazioni redox, equilibrio chimico).
Argomenti di interesse biologico.
L’acqua
Caratteristiche della molecola e sua importanza biologica come solvente universale
Interazioni non covalenti (legame idrogeno)
Molecole polari e non polari
Molecole idrofiliche, idrofobiche ed anfipatiche
Soluzioni acquose
Modi per esprimere la concentrazione delle soluzioni: percentuale in peso/volume e volume/volume, molarità, normalità
Definizione di colloide, sospensione e soluzione
Concetti di diffusione, filtrazione, osmosi
Proprietà colligative dell’acqua: pressione osmotica
Soluzioni isotoniche, ipotoniche ed ipertoniche (rispetto al sangue)
Ionizzazione dell’acqua e prodotto ionico dell’acqua
Definizioni di acidi e basi
Acidi e basi forti, acidi e basi deboli
Acidi e basi coniugati
Definizione di pH, scala del pH, rilevatori di pH
Equilibrio di dissociazione degli acidi deboli e soluzioni tampone, tamponi biologici (fosfato, bicarbonato)
Biomolecole e composti organici
Proprietà del carbonio
Idrocarburi alifatici e aromatici
Definizione di gruppo funzionale e descrizione di alcuni gruppi e di alcune classi di composti: gruppo ossidrilico, alcoli; gruppo carbonilico, aldeidi e chetoni; gruppo carbossilico, acidi carbossilici; gruppo amminico, ammine
Contenuti specifici
Elementi di propedeutica biochimica
- Carboidrati
- Struttura e nomenclatura dei principali monosaccaridi di interesse metabolico
- Legame glicosidico, struttura e nomenclatura dei disaccaridi (lattosio, saccarosio) e omopolisaccaridi (amido, glicogeno, cellulosa)
- Eteropolisaccaridi e loro funzione
- Funzioni principali dei carboidrati
- Lipidi
- Lipidi neutri (trigliceridi) e polari (fosfolipidi, glicolipidi e sfingolipidi)
- Steroidi: colesterolo
- Acidi grassi saturi e insaturi, fluidità dei grassi a temperatura ambiente
- Funzioni principali dei lipidi
- Cenni sulla struttura delle membrane biologiche
- Amminoacidi e proteine
- Distinzione tra amminoacidi polari e non polari, caratteristiche principali.
- Livelli di struttura delle proteine e loro principali funzioni
- Gli enzimi come catalizzatori biologici e loro meccanismo d’azione
- Formazione del complesso enzima-substrato
- Caratteristiche del sito attivo
- Cinetica di Michaelis-Menten, significato di Km e Vmax
- Inibizione enzimatica reversibile ed irreversibile, competitiva e non competitiva
- Regolazione dell’attività enzimatica, enzimi allosterici (cenni)
- Coenzimi e vitamine
- Significato delle vitamine nella dieta dei mammiferi come precursori dei coenzimi
- Isoenzimi, applicazioni delle proprietà e funzioni degli enzimi in chimica clinica
Introduzione al metabolismo
- Principio di conservazione dell’energia, estrazione dell’energia dalle sostanze nutrienti, analisi degli stati di ossidazione del carbonio e delle modalità con le quali avvengono le ossidoriduzioni biologiche.
- L’ATP come trasportatore universale di energia libera nei sistemi biologici, il coenzima A come trasportatore di acili attivati, i coenzimi NAD e FAD come trasportatori di elettroni.
- Concetto di via metabolica, catabolismo e anabolismo.
- Respirazione cellulare suddivisa schematicamente in tre fasi: produzione di AcetilCoA, ossidazione dell’acetilCoA e fosforilazione ossidativa.
Metabolismo anaerobico ed aerobico del glucosio
Glicolisi: tappe, significato, bilancio energetico e regolazione
- I destini del piruvato, fermentazione lattica, cenni sulla decarbossilazione ossidativa del piruvato ad opera dell’enzima mitocondriale piruvato deidrogenasi
- Ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa: la catena respiratoria e la forza protonmotrice da essa generata, sintesi dell’ATP e suo accoppiamento con la catena respiratoria, controllo respiratorio, disaccoppianti ed inibitori
- Cenni sulla gluconeogenesi
- Ruolo del fegato nell’omeostasi glicemica, regolazione ormonale della glicemia, insulina e glucagone
- Metabolismo del glicogeno: ruolo e significato del glicogeno nei vari tessuti (differenze tra fegato e muscolo)
Metabolismo dei lipidi
- Digestione ed assorbimento dei lipidi; colesterolo e sali biliari.
- Trasporto dei lipidi nel sangue: caratteristiche principali delle lipoproteine plasmatiche.
- I trigliceridi come fonte di acidi grassi ossidabili, ossidazione degli acidi grassi: tappe enzimatiche, bilancio e resa energetica.
- Formazione dei corpi chetonici e loro significato metabolico.
- Biosintesi degli acidi grassi (cenni) e acidi grassi essenziali.
Metabolismo degli amminoacidi
- I composti azotati e bilancio dell’azoto.
- Digestione delle proteine e catabolismo degli amminoacidi: transaminazioni, deaminazione semplice e ossidativa (cenni).
- Ciclo dell’urea: funzioni e significato; animali ammoniotelici, ureotelici e uricotelici.
- Destino degli atomi di carbonio degli amminoacidi: amminoacidi glucogenici e chetogenici.
- Distinzione tra amminoacidi essenziali e non essenziali.
- Integrazione del metabolismo nel ciclo nutrizione/digiuno.
Modalità di svolgimento
Lezioni frontali con esercitazioni scritte.
Modalità d’esame
Esame scritto con domande aperte.
Testo/i di riferimento
Sackheim GI, Lehman DD. Chimica per le Scienze Biomediche. Napoli: EdiSES; 2009.
Cox MM, Nelson DL. Introduzione alla Biochimica di Lehninger. VI ed. Bologna: Zanichelli; 2014.
Stefani M, Taddei N. Chimica, Biochimica e Biologia Applicata. III ed. Bologna: Zanichelli; 2015.
Samaja M, Paroni R. Chimica e biochimica per le lauree triennali dell’area biomedica. Padova: Piccin; 2013.
Modulo: BIOLOGIA APPLICATA
SSD BIO/13
(1 CFU, 12 ore)
Docente: Vatta Paolo
Obiettivi formativi specifici
Il modulo intende fornire allo studente le conoscenze di base sull'organizzazione della materia vivente e sul suo funzionamento. Al termine del corso lo studente deve dimostrare di conoscere la struttura e l’organizzazione delle cellule, le differenze tra procarioti ed eucarioti ed i meccanismi che controllano l'espressione e la trasmissione dell’informazione genetica. Deve inoltre poter descrivere i principi della biologia cellulare, della crescita cellulare e della divisione cellulare.
Contenuti specifici
Differenze tra procarioti ed eucarioti
La cellula eucariotica: organizzazione interna, compartimentalizzazione
La membrana plasmatica, il trasporto attraverso la membrana
La cellule e l’ambiente esterno
Cenni sui recettori per segnali, recettori per l’adesione e la comunicazione tra cellule
Gli organelli: reticolo endoplasmico, mitocondri, Golgi, Nucleo e perossisomi
Il citoscheletro della cellula
I geni: concetto di gene
- Organizzazione del genoma negli eucarioti
- Introni ed esoni
- Lo splicing
- La trascrizione nei procarioti
- I promotori
- L’espressione di un gene
- Cenni sulla regolazione della trascrizione negli eucarioti
- Il differenziamento
- Ormoni e regolazione della trascrizione
- Gli RNA: mRNA, rRNA e tRNA
- Codice genetico ed il meccanismo di traduzione delle proteine
- Meccanismo d’azione e specificità degli antibiotici nella sintesi proteica
- La comunicazione tra cellule, le proteine di membrana
- Il trasporto attraverso la membrana attivo, passivo e diffusione semplice (uniporto, sinporto, antiporto)
- Il potenziale di membrana
- I trasportatori ABC
- La divisione cellulare
- Il controllo del ciclo cellulare
- I checkpoint
- Il complesso cyclina cdk
- La regolazione della mitosi
- Il controllo della fase S
- Inibitori di Cdk
Modalità di svolgimento
Lezioni frontali.
Modalità d’esame
Scritto con tema e domande a risposta multipla.
Testo/i di riferimento
De Leo G, Ginelli E, Fasano S. Biologia e Genetica. Napoli: EdiSES; 2010.
Mason KA. Biologia cellulare. Padova: Piccin; 2011.
Modulo: GENETICA MEDICA
SSD MED/03
(1 CFU, 12 ore)
Docente: Puppin Cinzia
Obbiettivi formativi specifici
Il modulo intende fornire allo studente:
- Conoscenza dei principi fondamentali della genetica
- Conoscenza dei concetti di cariotipo umano normale e patologico
- Capacità di disegnare ed interpretare gli alberi genealogici
- Conoscenza delle modalità di trasmissione ereditaria delle malattie monogeniche
- Principi generali della genetica nelle malattie multifattoriali
- Conoscenza degli elementi di base della consulenza genetica
Contenuti specifici
Cromosomi ed analisi del cariotipo nell’uomo.
Mitosi e meiosi.
Alberi genealogici.
Classificazione delle malattie a base genetica.
Ereditarietà delle malattie monogeniche.
Elementi di valutazione del rischio riproduttivo.
Cenni sulla genetica delle malattie multifattoriali.
Classificazione delle principali malattie da difetto cromosomico.
Espressione genica e mutazioni puntiformi.
Malattie mitocondriali.
Consulenza genetica.
Diagnosi prenatale.
Modalità di svolgimento
Lezioni frontali.
Modalità d’esame
Scritto.
Testi di riferimento
Dalla Piccola B, Novelli G. Genetica medica essenziale. Il Minotauro editore, 2006.
Novelli G, Giardina E. Genetica medica pratica. Ariccia: Aracne editore; 2003.
Testi di consultazione:
Gelehrter TD, Collins FS, Ginsburg D. Genetica medica. Milano: Masson; 1999.
Cummings MR. Eredità. Principi e problematiche della genetica umana. Napoli: EdiSES; 2008.
Modulo: FISICA APPLICATA
SSD FIS/07
(1 CFU, 12 ore)
Docente: Fogolari Federico
Obiettivi formativi specifici
Il modulo di fisica intende fornire allo studente i concetti base della fisica e la metodologia seguita per affrontare i problemi fisici. Una parte consistente delle lezioni viene usata per risolvere alcuni semplici problemi con lo scopo di illustrare come impostare e affrontare la soluzione di un problema fisico.
Conoscenze acquisite
Lo studente deve possedere una basilare conoscenza matematica che viene considerata acquisita e risulta necessaria per lo sviluppo successivo; in particolare lo studente deve conoscere e sapere utilizzare per semplici calcoli le equazioni matematiche di I e II grado; lo studente deve inoltre conoscere lo spazio cartesiano a due e tre dimensioni, il concetto di funzione cartesiana, e le principali funzioni elementari.
Contenuti specifici
Parte introduttiva
Vengono introdotti alcuni concetti di base, in particolare lo studente deve apprendere e sapere utilizzare i concetti di grandezza fisica e sue dimensioni, sistema di unità di misura, costante fondamentale, grandezza scalare, grandezza vettoriale. Vengono introdotte le funzioni seno e coseno.
Lo studente deve apprendere e sapere utilizzare gli elementi fondamentali del calcolo vettoriale: somma e differenza di vettori, componenti di un vettore.
Meccanica
Cinematica
- Concetti di spazio, tempo, velocità istantanea e velocità media, accelerazione istantanea e accelerazione media.
- Applicazioni sulla legge oraria di alcuni moti semplici quali moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto circolare uniforme, moto armonico.
Dinamica
- Concetti di: massa, forza, forza peso.
- I tre principi della dinamica.
- Quantità di moto.
- Concetto di campo di forza (campo gravitazionale).
- Concetti di lavoro, energia e loro unità di misura.
- Principio di conservazione dell'energia, energia cinetica, energia potenziale, sistemi conservativi.
- Concetto di potenza.
- Equilibrio stabile ed instabile.
Statica
Concetti di corpo esteso, equilibrio traslazionale, cenni di dinamica rotazionale.
Concetto di momento angolare, principio di conservazione del momento angolare, equilibrio rotazionale, vincolo.
Leve (I, II e III tipo), esempi di leve nel corpo umano.
Baricentro.
Cenni di fisica dei fluidi
Grandezze fondamentali: pressione e densità.
Principio di Archimede.
Equazione di Bernoulli e applicazioni ai vasi sanguigni.
Modalità di svolgimento
Lezioni frontali ed esercitazioni.
Modalità d’esame
Scritto con domande aperte e semplici problemi di fisica.
Testo/i di riferimento
Qualsiasi testo di Fisica delle Scuole superiori.
Testi di consultazione:
Scannicchio D. Fisica Biomedica. Napoli: EdiSES; 2013.
Bersani F, Bettati S, Biagi PF, Capozzi V, Feroci L, Lepore M, et al. Elementi di fisica. Padova: Piccin; 2009.