INGLESE

Lo scopo principale di questo corso è fornire una overview ed una discussione approfondita dei principali aspetti della biochimica, con particolare attenzione alle implicazioni in medicina. Saranno analizzate le interazioni molecolari ed i loro effetti sull'organismo nel suo insieme e su vari organi e tessuti, in particolare in relazione ai meccanismi delle malattie. Il corso di Biochimica è distribuito su due semestri. Si inizia nel primo semestre con la discussione dell'organizzazione delle macromolecole, i dettagli sulla loro struttura gerarchica e lo studio del loro assemblaggio in complessi responsabili di specifici processi biologici. Argomenti riguardanti la funzione proteica riguardano anche la funzione enzimatica con particolare riguardo alla cinetica. Nel Secondo semestre il Corso si concentrerà sulle principali vie metaboliche e sulla loro interconnessione in reti metaboliche regolate a livello cellulare, tissutale/organo ed infine sistemico, che appaiono fondamentali per la comprensione delle basi molecolari delle patologie umane.

Thomas M. Devlin, “Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations” Alisa Peet, Michael A. Lieberman, Allan Marks “Marks' Basic Medical Biochemistry” John W. Baynes, Marek H. Dominiczak “Medical Biochemistry” SUGGESTED TEXTBOOKS TO ADDRESS SPECIFIC TOPICS OF CLINICAL BIOCHEMISTRY: William J Marshall et Al. “Clinical Biochemistry:Metabolic and Clinical Aspects”, Churchill-Livinston (Elsevier)Nessar Ahmed (Editor): “Clinical Biochemistry”, Oxford University Press

Gli obiettivi principali del corso di Biochimica sono fornire agli studenti la conoscenza e la capacità di comprendere:
- i meccanismi fisiologici dell'omeostasi biochimica nelle nostre cellule, tessuti/organi/intero organismo;
- i cambiamenti biochimici che si verificano nelle malattie;
- le principali vie biochimiche che regolano la biosintesi delle molecole bio-organiche e la produzione di energia;
la capacità di interpretare i cambiamenti biochimici che intervengono nelle principali malattie metaboliche;
le basi molecolari delle malattie ereditarie e non trasmissibili
- il modello dell'interferenza farmacologica con le vie biochimiche.
Al termine del corso gli studenti avranno le basi per comprendere le modalità per interferire con il metabolismo cellulare e i principi che guidano la moderna medicina molecolare di precisione.

Per frequentare proficuamente il Corso di Biochimica è necessario che gli studenti abbiano acquisito consolidate conoscenze in Chimica e Biochimica Propedeutica, Biologia e Biologia Molecolare e Fisica. L'accesso all'esame è regolato dal superamento delle prove preliminari, secondo quanto stabilito dal Consiglio di Corso di Laurea.

Gli argomenti 1-6 verranno trattati nel primo semestre; argomenti 7-10 nel secondo semestre. Gli argomenti 11-14 verranno affrontati durante attività integrative dedicate ad argomenti monotematici (ADE) e/o attività teorico-pratiche (AFP). Le date di tali attività integrative verranno comunicate in anticipo.

Alla fine del primo semestre può essere somministrato un esame intermedio (quiz comprendente 30 domande a scelta multipla). Questo non si sommerà al punteggio finale ed è finalizzato unicamente a spronare gli studenti a cimentarsi con l'apprendimento del primo gruppo di argomenti (a ogni risposta esatta verrà assegnato 1 punto di punteggio, per le risposte errate nessuna penalità).
L'esame finale prevederà una prova scritta (30 domande a risposta multipla - verrà assegnato 1 punto di punteggio, a ogni risposta esatta, nessuna penalità per risposte errate) su tutti gli argomenti. Al superamento della prova scritta (punteggio minimo 18/30), seguirà una prova orale, volta ad accertare il raggingimento degli obiettivi del Corso e l'apprendimento degli argomenti affrontati durante il corso di Biochimica.
Lo studente dovrà dimostrare una buona conoscenza degli aspetti strutturali delle principali classi di biomolecole e della regolazione delle principali vie metaboliche e comprenderne l'importanza, con particolare attenzione ai meccanismi delle patologie più comuni.
Il voto finale è espresso in 30esimi, dove 18 rappresenta il minimo e 30 il massimo.

La frequenza delle lezioni è obbligatoria.
Le presenze saranno registrate mediante la app MyVanvitelli. Il codice della lezione sarà fornito dal Docente in aula.

1 - COMPOSIZIONE E STRUTTURA DELLA MATERIA VIVENTE (1 lezione) Biochimica: definizione e concetti di base. La composizione degli organismi viventi. Macromolecole: definizione, composizione e strutture Biochimica della nutrizione. Contenuto calorico dei nutrienti. Micro e macronutrienti 2 - 2. STRUTTURA E FUNZIONI DELLE PROTEINE (8 lezioni)
• I mattoni delle proteine: gli aminoacidi; struttura, caratteristiche e classificazione in base alla natura chimica della catena laterale; altre classificazioni (cioè amminoacidi essenziali e non essenziali); altre sottoclassi di aminoacidi come idrossiamminoacidi, aminoacidi solforati, ecc.) Proprietà acido-base degli aminoacidi, attività ottica e chiralità. Il legame peptidico e sua geometria e caratteristiche. Modifiche post-traduzionali delle proteine.
Relazioni struttura-funzione. Molteplici funzioni biologiche delle proteine. Peptidi con funzioni biologiche. Famiglie di proteine.
• Livelli di organizzazione strutturale delle proteine. Struttura primaria delle proteine ​​Caratteristiche elettroniche e geometriche del legame peptidico e della struttura secondaria. Struttura terziaria. Struttura quaternaria. Famiglie di proteine. Proteine ​​fibrose e proteine ​​globulari.
•Modelli di ripiegamento delle proteine. Misfolding delle proteine ​​e malattie correlate.
• Proteine ​​intrinsecamente disordinate (IDP): basi fisiche degli IDP; classificazioni; alcuni esempi; ruoli e distribuzioni negli eucarioti; significato delle proteine ​​IDP; ruoli metabolici degli IDP; relazione disturbo/funzione intrinseca; effetti funzionali delle modificazioni post-traduzionali (PTM): riconoscimento e regolazione.
• Proteine ​​fibrillari: proprietà strutturali e funzionali. Cheratina, collagene, elastina. Proteoglicani e matrice extracellulare (ECM). Biosintesi e processi post-biosintetici. Proteine ​​globulari. Collagene: composizione aminoacidica e struttura a tripla elica del tropocollagene. Stadi di sintesi e maturazione del collagene. Le principali malattie del collagene.
Proteine ​​globulari: mioglobina ed emoglobina. Proteine ​​contrattili muscolari e loro funzioni (vedi anche metabolismo del Ca++ e della Vit D). Actina riferita al muscolo e al citoscheletro. Struttura dell'emoglobina (Hb). Il gruppo eme. Leganti dell'Hb: O2, CO2, H+, 2,3-BPG, ecc. Stati dell'Hb “T” (teso) e “R” (rilassato). Curva di saturazione (dissociazione) dell'Hb. Ruolo del 2,3-BPG nella stabilizzazione della conformazione a “T”. Effetto Bohr. Meccanismi per il mantenimento dello stato ridotto del ferro nell'eme: metaemoglobina reduttasi. Trasporto della CO2: ruolo dell'Hb, ruolo dell'anidrasi carbonica, ruolo dei bicarbonati. Anemia: definizione e aspetti fondamentali. Alcuni esempi di anemie: talassemie, anemia falciforme, favismo (vedi anche riferimento alla via del pentoso fosfato).
3 - GLI ENZIMI (4 lezioni) Termodinamica delle reazioni chimiche. Variazione dell'energia libera di una reazione catalizzata da enzimi. Energia di attivazione e meccanismi della catalisi enzimatica. Teoria dello stato di transizione. Sito attivo e complesso enzima-substrato. "Modello di adattamento indotto" versus "Modello chiave e serratura". Stereospecificità della reazione enzimatica. Classificazione degli enzimi. Coenzimi e cofattori. Fattori ambientali che influenzano l'attività enzimatica: temperatura, pH. Isoenzimi e il loro significato in biochimica sistemica. Implicazioni in biochimica clinica. Enzimi in medicina.
• Cinetica enzimatica: equazione cinetica e costante di velocità; equazione di Michaelis-Menten; grafico di Michaelis-Menten. Parametri della cinetica enzimatica: Vmax e Km. Il loro significato funzionale. Grafico di Lineweaver-Burk. Inibizione enzimatica reversibile e irreversibile. Effetti cinetici degli inibitori enzimatici. Inibizione enzimatica competitiva, non competitiva e acompetitiva. • Regolazione enzimatica: definizione e significato funzionale Regolazione covalente reversibile (attraverso fosforilazione, metilazione, acetilazione, adenilazione) e irreversibile (attivazione di zimogeni e proteolisi controllata); organizzazione delle vie metaboliche: regolazione a feedback. Concetto di stadio limitante e di enzima regolatore. Allosterismo: effettori allosterici e cooperatività; enzimi con più siti cooperativi e non cooperativi; modelli di enzimi allosterici monomerici e multimerici; omoallosterismo ed eteroallosterismo; cinetica: modelli a simmetria sequenziale e concertata. Enzimi inducibili e costitutivamente espressi. Ruolo della regolazione dell'espressione genica negli enzimi inducibili.
4- 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.
5- LIPIDI: funzione biologica, organizzazione strutturale, nomenclatura e classificazione. Acidi grassi saturi, monoinsaturi e polinsaturi; stato fisico; importanza dei doppi legami coniugati; flessibilità; abbondanza relativa in natura; acidi grassi essenziali; composizione lipidica degli alimenti. Lipidi di riserva e lipidi di membrana: triacilgliceroli; fosfolipidi; lipidi complessi: glicerolipidi, glicerofosfolipidi, sfingolipidi. Attività fosfolipasi. Cere e terpeni, carotenoidi; terpeni nelle vitamine; Steroli: colesterolo e suoi derivati. Eicosanoidi. Aspetti clinici dei lipidi.
6 - VITAMINE E MINERALI: FABBISOGNI E FUNZIONE (3 lezioni) Vitamine liposolubili: A- Struttura, derivati, funzioni, metabolismo, vitamina A e visione, fonti, carenza K- Struttura, funzioni, fattori della coagulazione dipendenti dal potassio, metabolismo, carenza, riferimenti clinici agli anticoagulanti orali D- Struttura, funzioni, metabolismo, biosintesi e relazioni con le malattie ossee e renali, fonti, carenza (rachitismo) E- Struttura, funzioni, metabolismo, attività del meccanismo antiossidante (riferimento alla biochimica dei ROS), fonti, Vitamine idrosolubili: B1- Struttura, funzioni, metabolismo, coenzimi, fonti, carenza B2- Struttura, funzione metabolismo, coenzimi (FMN, FAD), fonti, carenza (ariboflavinosi) PP- Struttura, funzioni, coenzimi (NAD+ e NADP+), metabolismo, fonti, carenza (pellagra) B6- Struttura, funzione metabolismo, coenzima, fonti, carenza Biotina- Struttura, metabolismo (ruolo della biotinidasi o olocarbossilasi sintetasi), funzioni, metabolismo, fonti. Pantotenato - Struttura, funzione, metabolismo, fonti, carenza Folato - Struttura, processi biochimici in cui è coinvolto il folato, ruolo nel metabolismo del C1, ciclo del folato, fonti, integrazione per la prevenzione dei difetti del tubo neurale, carenza e anemia macrocitica. B12 - Struttura, coenzimi, assorbimento e ruolo del Fattore Intrinseco, funzioni, metabolismo, fonti, carenza (anemia megaloblastica) C - Struttura, funzioni (riferimento all'elaborazione post-biosintetica del precursore del collagene), metabolismo, fonti, carenza (scorbuto) Equilibrio minerale e idrico: concetto di micro e macroelementi Siero, plasma e fluidi corporei. Controllo e mantenimento del volume intracellulare. Ruolo delle proteine ​​sieriche (ad es. albumina) Principi del Ca++ e metabolismo osseo, vedere anche i riferimenti a Vit. D e ormoni (PTH e calcitonina) Distribuzione ionica intra ed extracellulare. Pompa Na+/K+ ATP-dipendente. Pompa Ca++ e funzione delle proteine ​​muscolari contrattili. Lo scambiatore anionico eritrocitario (banda 3; riferimento al trasporto bicarbonato/CO2).
7 - VIE METABOLICHE E LORO CONTROLLO (corso del secondo semestre) Per tutte le vie metaboliche, 5 - VIE METABOLICHE E LORO CONTROLLO (4 lezioni) Per tutte le vie metaboliche, descritte nei paragrafi 4-10, lo studente dovrà apprendere i dettagli delle vie metaboliche complessive, i meccanismi di regolazione, le singole fasi e gli enzimi rilevanti, il significato fisiologico, gli organi e i tessuti coinvolti, i substrati e i prodotti, il bilancio energetico, le relazioni metaboliche con altre vie metaboliche, la rilevanza dei meccanismi delle malattie umane e i trattamenti, ove appropriati. Concetti di base. La regolazione delle vie metaboliche (vedi anche: enzimi limitanti, regolazione enzimatica in "Enzimologia"). Digestione e assorbimento dei costituenti nutrizionali di base. Principali vie metaboliche e il loro controllo: carboidrati, lipidi, amminoacidi (gruppo amminico e scheletro carbonioso). Aspetti fondamentali della biosintesi di purine e pirimidine (substrati, co-substrati, coenzimi, regolazione, antagonisti) e del catabolismo (formazione di acido urico e suoi inibitori). Fondamenti di vie metaboliche specifiche: catabolismo dell'eme e smaltimento della bilirubina; biosintesi delle porfirine, biosintesi e degradazione delle catecolamine, biosintesi dell'istamina, derivati ​​del triptofano e biosintesi della serotonina. Fondamenti dei glicoconiugati. 6 - LIPIDI (4 lezioni) Biosintesi, accumulo e utilizzo di acidi grassi e triacilgliceroli; beta-ossidazione; degradazione degli acidi grassi a carbonio dispari; sistema shuttle della carnitina; destino del glicerolo (riferimento alla gluconeogenesi). Biosintesi degli acidi grassi. Corpi chetonici: biosintesi e utilizzo. Il fegato e i corpi chetonici (riferimento anche agli amminoacidi chetogenici). Acidi grassi omega-3 e omega-6. Fonti e implicazioni biomediche; Acido arachidonico ed eicosanoidi; biosintesi di trombossani e prostaglandine. Ruolo dell'acido acetilsalicilico. Colesterolo: struttura, funzione e ruolo come precursore degli steroidi, ruolo nella composizione delle lipoproteine. Lipoproteine: classificazione, biosintesi e metabolismo e loro implicazioni biomediche. I recettori LDL e i recettori scavenger. Riferimento all'ipercolesterolemia di tipo IV. Vie del metabolismo dei lipidi complessi. Membrane biologiche: composizione, struttura, recettori (riferimento anche a: vie di trasduzione del segnale α; glicoproteine ​​β e proteoglicani). Classificazione dei lipidi di membrana. Glicerofosfolipidi e sfingolipidi o glicosilceramidi. Biosintesi dei fosfolipidi di membrana.
7 - VIE METABOLICHE E LORO CONTROLLO (Corso del secondo semestre) Per tutte le vie metaboliche, 5 - VIE METABOLICHE E LORO CONTROLLO (4 lezioni) Per tutte le vie metaboliche, dettagliate nei paragrafi 4-10, lo studente dovrà apprendere i dettagli delle vie metaboliche complessive, i meccanismi di regolazione, i singoli passaggi e gli enzimi rilevanti, il significato fisiologico, gli organi e i tessuti coinvolti, i substrati e i prodotti, il bilancio energetico, le relazioni metaboliche con altre vie metaboliche, la rilevanza dei meccanismi delle malattie umane e i trattamenti ove appropriati. Concetti di base. La regolazione delle vie metaboliche (vedi anche: enzimi limitanti la velocità, regolazione enzimatica in "Enzimologia"). Digestione e assorbimento dei costituenti nutrizionali di base. Principali vie metaboliche e il loro controllo: carboidrati, lipidi, amminoacidi (gruppo amminico e scheletro carbonioso). Aspetti fondamentali della biosintesi di purine e pirimidine (substrati, co-substrati, coenzimi, regolazione, antagonisti) e del catabolismo (formazione di acido urico e suoi inibitori). Fondamenti di vie metaboliche specifiche: catabolismo dell'eme e smaltimento della bilirubina; biosintesi delle porfirine, biosintesi e degradazione delle catecolamine, biosintesi dell'istamina, derivati ​​del triptofano e biosintesi della serotonina. Fondamenti dei glicoconiugati. 6 - LIPIDI (4 lezioni) Biosintesi, accumulo e utilizzo di acidi grassi e triacilgliceroli; beta-ossidazione; degradazione degli acidi grassi a carbonio dispari; sistema shuttle della carnitina; destino del glicerolo (riferimento alla gluconeogenesi). Biosintesi degli acidi grassi. Corpi chetonici: biosintesi e utilizzo. Il fegato e i corpi chetonici (riferimento anche agli amminoacidi chetogenici). Acidi grassi omega-3 e omega-6. Fonti e implicazioni biomediche; Acido arachidonico ed eicosanoidi; biosintesi di trombossani e prostaglandine. Ruolo dell'acido acetilsalicilico Colesterolo: struttura, funzione e ruolo come precursore degli steroidi, ruolo nella composizione delle lipoproteine ​​Lipoproteine: classificazione, biosintesi e metabolismo e loro implicazioni biomediche. I recettori LDL e i recettori scavenger. Riferimento all'ipercolesterolemia di tipo IV Vie del metabolismo dei lipidi complessi. Membrane biologiche: composizione, struttura, recettori (riferimento anche a: vie di trasduzione del segnale α; glicoproteine ​​β e proteoglicani) Classi dei lipidi di membrana. Glicerofosfolipidi e sfingolipidi o glicosilceramidi. Biosintesi dei fosfolipidi di membrana 7 - CARBOIDRATI (3 lezioni) Carboidrati: struttura e classificazione. Mono- e disaccaridi. Glicosidi. Polisaccaridi (omo- ed etero-). Amido e glicogeno. Proteoglicani e glicoproteine. Eteropolisaccaridi complessi. Principali vie metaboliche e loro controllo; Glicolisi, Gluconeogenesi, Via del pentoso fosfato. Glicolisi: enzimi limitanti. Esochinasi e glucochinasi. PFK1 e PFK2. Fasi irreversibili. Meccanismi di regolazione, Equilibrio in condizioni aerobiche e anaerobiche (vedi anche riferimento al ciclo di Cori). Via del pentoso fosfato. Ruolo nella produzione di NADPH e ribosio. Ruolo nell'ossidazione del glucosio. Caratteristiche e deficit dell'enzima G6PD (Favismo, riferimento al paragrafo sull'Hb). Glicogeno: struttura, metabolismo e regolazione. Metabolismo del glicogeno e relative vie di trasduzione del segnale. Destino del glicogeno 6-P nei tessuti muscolari ed epatici: espressione differenziale della glucosio 6 fosfatasi. Gluconeogenesi: substrati per la risintesi del glucosio: piruvato, glicerolo, ossalacetato (anche riferimento agli amminoacidi glucogenici). Fabbisogno energetico. Regolazione inversa della piruvato chinasi e PEP-CK. Vie metaboliche speciali correlate ai carboidrati: ciclo di Cori e ruolo della LDH. Ruolo della GPT (ALT) nella via glucosio-ala. Glicoconiugati. La matrice extracellulare: composizione e organizzazione. 8 - METABOLISMO INTERMEDIO, BIOENERGETICA, MITOCONDRI E METABOLISMO OSSIDATIVO (2 lezioni) Destino metabolico del piruvato nei mitocondri: la reazione della piruvato deidrogenasi Ciclo dell'acido tricarbossilico di Krebs (TCA). Reazioni e intermedi, prodotti Reazioni anaplerotiche del TCA Le relazioni tra TCA e ciclo dell'urea (bicicletta di Krebs) Sistemi shuttle; shuttle malato-aspartato (reversibile); Shuttle del glicerofosfato (irreversibile) Catena respiratoria mitocondriale e fosforilazione ossidativa. La pompa H+ (protonica) e la generazione del gradiente elettrochimico protonico. Accoppiamento del trasporto di elettroni e biosintesi di ATP. I motori rotativi della F-ATPasi Inibitori e modulatori della catena respiratoria 9 - METABOLISMO DEGLI AMINOACIDI (4 lezioni) Gruppi amminici Smaltimento dell'azoto amminoacidico. Il ruolo delle aminotransferasi (ALT e AST) Il sistema glutammina sintetasi/glutaminasi (distribuzione degli organi, significato funzionale) Ruolo del ciclo glucosio-ala nel trasporto dei gruppi amminici in circolo Ciclo dell'urea. Scheletro di carbonio Aminoacidi chetogenici e glucogenici Correlazioni con la gluconeogenesi. Metabolismo di specifici aminoacidi Ammine biogeniche (indolamine, catecolamine, istamina) Metabolismo della metionina (caratteristiche generali; anche riferimento a folato e B12) Aminoacidi come neurotrasmettitori o loro precursori (GABA, glicina, Phe/Tyr, Trp) Caratteristiche nutrizionali degli aminoacidi Aminoacidi essenziali vs non essenziali Contenuto proteico nella dieta e rilascio di insulina 10 - ALTRE VIE E CORRELAZIONI (2 lezioni) Metabolismo dell'eme. Metabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Interrelazioni metaboliche. 11 - COMUNICAZIONE CELLULA-CELLULA Citochine e ormoni. Fondamenti di trasduzione del segnale. Nozioni fondamentali sulle citochine infiammatorie. Biochimica degli ormoni. Classificazione e meccanismo d'azione (riferimento ai meccanismi di trasduzione del segnale). Focus speciale sull'insulina: struttura e biosintesi; vie di azione del recettore dell'insulina; effetti sull'utilizzo dei carboidrati nei tessuti; Ormoni peptidici e proteici: classificazione, sito di produzione, regolazione del rilascio e tessuti bersaglio (riferimento anche al metabolismo dei carboidrati e al metabolismo del calcio) Catecolamine (riferimento anche al metabolismo degli amminoacidi) Ormoni tiroidei (biosintesi, attività) Ormoni steroidei: classificazione e biosintesi (riferimento al metabolismo del colesterolo); meccanismo d'azione; La superfamiglia dei recettori steroidei e tiroidei e gli elementi responsivi12 - LE BASI BIOCHIMICHE DI ALTRI PROCESSI FISIOLOGICI Morte cellulare programmata e cancro. Metabolismo di un carbonio (riferimento alla biochimica del folato) 13 - DNA RICOMBINANTE E BIOTECNOLOGIE AVANZATE: CONCETTI DI BASE14 - LA RIVOLUZIONE "OMICA"

English

The major aim of this course is to provide the general knowledge and in-deep discussion of the main aspects of medical-oriented Biochemistry by relating molecular interactions to their effects on the organism as a whole, and on various organs and tissues, especially as related to disease mechanisms. Biochemistry course is distributed over two semesters. It starts in the first Semester with the discussion of the organization of the macromolecules, details on their hierarchical structure and a study of their assembly into complexes responsible for specific biological processes. Topics addressing protein function are also related to enzyme function with special regard to kinetics, In the Second semester, the Course will focus 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.

SUGGESTED REFERENCE TEXTBOOKS FOR GENERAL BIOCHEMISTRY:
Thomas M. Devlin, “Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations” Alisa Peet, Michael A. Lieberman, Allan Marks “Marks' Basic Medical Biochemistry” John W. Baynes, Marek H. Dominiczak “Medical Biochemistry” SUGGESTED TEXTBOOKS TO ADDRESS SPECIFIC TOPICS OF CLINICAL BIOCHEMISTRY: William J Marshall et Al. “Clinical Biochemistry:Metabolic and Clinical Aspects”, Churchill-Livinston (Elsevier)Nessar Ahmed (Editor): “Clinical Biochemistry”, Oxford University Press

The major objectives of the Biochemistry course is to provide Students with knowledge and the ability to understand:
- the physiological mechanisms of the biochemical homeostasis in our cells, tissue/organ/whole body;
- the biochemical changes occurring in the diseases;
- the main biochemical pathways regulating bio-organic molecule biosynthesis and energy production;
the ability to interpret the biochemical changes occurring in the mejor metabolic diseases;
the molecular bases of hereditary and non-trasmissable diseases
- the model of pharmacological interference with biochemical pathways.
At the end of the course the students will have the bases to understand the ways to interfere with cell metabolism and the principles that drive the modern precision molecular medicine.

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.

Topics 1-6 will be treated in the first semester; topics 7-10 in the second semester. Topics 11-14 will be addressed during supplemental activities dedicated to monothematic topics (ADE) and/or theoretical-practical activities (AFP). The dates of these supplemental activities will be notified in advance.

A mid term exams (quiz including 30 multiple choice questions) may 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 (1 point of score will be given to any right answer, no penalty for wrong answers).
The final exam will include a written test ( 30 multiple choice questions - 1 point of score will be given, to any right answer, no penalty for wrong answers) on all topics. Upon passing the written test (minum score 18/30), an oral examination 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.

Attendance of lessons is mandatory.
Attendance will be recorded via the MyVanvitelli app. The lesson code will be provided by the teacher in the classroom.

1 - COMPOSITION AND STRUCTURE OF THE LIVING MATTER (1 lecture) Biochemistry: definition and basic concepts. The composition of living organisms. Macromolecules: definition, composition and structures Nutritional biochemistry. Caloric content of nutrients. Micro and macronutrients 2 - 2. PROTEIN STRUCTURE AND FUNCTIONS (8 lectures)
• 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.
•Models of protein folding. Misfolding of proteins and related diseases.
• 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.
• Fibrillar proteins: structural and functional properties. Keratin, collagen, elastin. Proteoglycans and the extracellular matrix (ECM). Biosynthesis and post-biosynthetic processing. Globular proteins. Collagen: amino acid composition and triple helix structure of the tropocollagen. Synthesis and maturation stages of collagen. The main collagen diseases.
Globular proteins: myoglobin and hemoglobin. Muscle contractile proteins and their functions (also ref to Ca++ and Vit D metabolism). Actin ref to muscle and cytoskeleton. Hemoglobin (Hb) structure. 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).
3 - THE ENZYMES (4 lectures) Thermodynamics of chemical reaction. Free energy variation of enzyme-catalyzed reaction. Activation energy and mechanisms of enzymatic catalysis. Transition state theory. Active site and enzyme-substrate 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.
4- 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.
5- 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.
6 - VITAMINS AND MINERALS: REQUIREMENTS AND FUNCTION (3 lectures) 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 anticoagulantsD- 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, deficiencyFolate- 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) Mineral and water balance:Concept of Micro and macroelementsSerum, plasma and body fluids. Control and maintenance of the intracellular volume. Role of serum proteins (eg albumin)Principles of Ca++ and bone metabolism, see also refs to Vit. D and hormones (PTH and calcitonin)Intra and extracellular ion distribution. ATP-dependent Na+/K+-pump. Ca++-pump and the function of contractile muscle proteins. The erythrocyte anion exchanger (band 3; ref to bicarbonate/CO2 transport) .
7 - METABOLIC PATHWAYS AND THEIR CONTROL (Second semester course) For all metabolic pathways, 5 - METABOLIC PATHWAYS AND THEIR CONTROL (4 lectures)For all metabolic pathways, detailed under paragraphs no 4-10, the student will have to learn details of overall pathways, regulatory mechanisms, individual steps and relevant enzymes, physiological meaning, organs and tissues involved, substrates and products, energy balance, matabolic relationships with other metabolic pathways, relevance human disease mechisms and treatments whereas appropriate. Basic concepts. The regulation of metabolic pathways (see also: rate limiting enzymes, enzyme regulation under “Enzymology”). Digestion and absorption of basic nutritional constituents.Major metabolic pathways and their control: carbohydrates, lipids, amino acids (amino group and carbon skeleton). Fundamental aspects of purine and pirimidine biosynthesis (substrates, co-substrates, coenzymes, regulation, antagonists) and catabolism (uric acid formation and its inhibitors)Fundamentals of special pathways: heme catabolism and bilirubin disposal; porphyrin biosynthesis, catecholamine biosynthesis and degradation, histamine biosynthesis, tryptophan derivatives and serotonine biosynthesis. Fundamentals of glycoconjugates.6 - LIPIDS (4 lectures)Biosynthesis, storage, and utilization of fatty acids and triacylglycerols; beta-oxidation; odd carbon fatty acid degradation; carnitine shuttle system; fate of glycerol (ref. to gluconeogenesis) Fatty acid biosynthesis. Keton bodies: biosynthesis and utilization. The liver and keton bodies (also ref to ketogenic aminoacids)omega-3 and omega-6 FA. Sources and biomedical implications; arachidonic acid and eicosanoids; biosynthesis of thromboxanes and prostaglandins. Role of acetyl salicylic acid Cholesterol: structure, function and role as the steroid precursor, role in lipoprotein compositionLipoproteins: classification, biosynthesis and metabolismand their biomedical implications. The LDL receptors and scavenger receptors. Ref to type IV hypercholestrololemiaPathways of metabolism of complex lipids. Biological membranes: composition, structure, receptors (also ref to: a-signal transduction pathways; b-glycoproteins and proteoglycans) Classes membrane lipids. Glycerophospholipids and sphingolipids or glycosylceramides. Biosynthesis of membrane phospholipids7 - CARBOHYDRATES (3 lectures)Carbohydrate: structure and classification. Mono- and disaccharides. Glycosides. Polysaccharides (homo- and hetero-). Starch and Glycogen. Proteoglycans and Glycoproteins. Complex heteropolysaccharidesMajor metabolic pathways and their control; Glycolysis, Gluconeogenesis, Pentose phosphate pathway. Glycolysis: rate-limiting enzymes. Hexokinase and glucokinase. PFK1 and PFK2. Irreversible steps. Regulation mechanisms, Balance under aerobic and anaerobic conditions (see also ref to Cori cycle)Pentose phosphate pathway. Role in the production of NADPH and ribose. Role in glucose oxidation. The enzyme G6PD features and deficit (Favism, ref to the Hb paragraph)). Glycogen: structure, metabolism and regulation. Glycogen metabolism and relevant signal transduction pathways. Glycogen 6-P fate within muscle and liver tissues: differential expression of glucose 6 phosphatase. Gluconeogenesis: substrates for glucose resynthesis: pyruvate, glycerol, oxaloacetate (also ref to glucogenic amino acids). Energy requirement. Inverse regulation of pyruvate kinase and PEP-CK. Carbohydrate-related special pathways: Cori cycle and role of LDH. Glucose-Ala pathway role of GPT (ALT). Glycoconjugates. The extracellular matrix: composition and organization. 8 - INTERMEDIATE METABOLISM, BIOENERGETICS, MITOCHONDRIA, AND OXIDATIVE METABOLISM (2 lectures)Metabolic fate of pyruvate in mitochondria: the pyruvate dehydrogenase reactionKrebs tricarboxylic acid cycle (TCA). Reactions and intermediates, productsTCA anaplerotic reactionsThe relationships between TCA and urea cycle (Krebs bicycle)Shuttle systems; malate-aspartate shuttle (reversible); glycerophosphate shuttle (irreversible)Mitochondrial respiratory chain and oxidative phosphorylation. The H+ (proton) pump and the generation of the electrochemical proton gradient. Coupling of electron transport and ATP biosynthesis. The F-ATPase rotary motorsRespiratory chain inhinitors and modulators 9 - AMINO ACID METABOLISM (4 lectures)Amino groupsDisposal of amino acid nitrogen. The role of aminotransferases (ALT and AST) The glutamine synthetase/glutaminase system (organ distribution, functional meaning)Role of Glucose-Ala cycle in amino group transport in circulationUrea cycle. Carbon skeleton Ketogenic and glucogenic amino acids Correlations with gluconeogenesis. Metabolism of specific amino acidsBiogenic amines (indolamines, catecholamines, histamine) Methionine metabolism (general features; also ref to folate and B12) Amino acids as neurotransmitter or their precursors (GABA, glycine, Phe/Tyr, Trp) Nutritional features of aminoacidsEssential vs non-essential amino acids Dietary protein content and insulin release10 - OTHER PATHWAYS AND CORRELATIONS (2 lectures)Heme metabolism.Purine and pyrimidine nucleotide metabolism.Metabolic interrelationships. 11 - CELL-CELL COMMUNICATION Cytokines and hormones. Fundamentals of Signal Transduction. Fundamental notions on inflammatory cytokines. Biochemistry of hormones. Classification and mechanism of action (ref signal transduction mechanisms). Special focus on insulin: structure and biosynthesis; insulin receptor pathways; effects on carbohydrate tissue utilization; Peptide and protein hormones: classification, site of production, regulation of release and target tissues (also ref to carbohydrate metabolism and calcium 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 elements12 - THE BIOCHEMICAL BASES OF OTHER PHYSIOLOGICAL PROCESSESProgrammed Cell Death and Cancer. One carbon metabolism (ref to folate biochemistry) 13 - RECOMBINANT DNA AND ADVANCED BIOTECHNOLOGIES: BASIC CONCEPTS14 - THE “OMICS” REVOLUTION