ITALIANO

L’insegnamento 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

Testi di base:
- Nelson, David L., e Michael M. Cox. 2022. Principi di biochimica di Lehninger. Ottava edizione. Bologna: Zanichelli.1200 pagine.
- Devlin, Thomas M. 2023. La biochimica. VI edizione. Napoli: EdiSES. 1220 pagine.
- Voet, Donald, Judith G. Voet, e Charlotte W. Pratt. 2017. Principi di biochimica. Bologna: Zanichelli. 912 pagine.

D1 – Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente acquisirà le conoscenze di base della biochimica necessarie alla comprensione delle principali classi di molecole e macromolecole biologiche, dei processi metabolici e del metabolismo energetico, nonché dei meccanismi molecolari e cellulari che regolano l’omeostasi biochimica in condizioni fisiologiche e patologiche. Lo studente comprenderà inoltre le correlazioni biochimiche tra organi e tessuti e i principi di interferenza farmacologica con le principali vie metaboliche.
D2 – Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite all’interpretazione dei cambiamenti biochimici associati a condizioni patologiche e all’analisi di processi metabolici a livello molecolare e cellulare, anche in relazione ai meccanismi alla base della medicina molecolare di precisione.
D3 – Autonomia di giudizio
Lo studente svilupperà la capacità di analizzare criticamente dati e informazioni di natura biochimica, formulando valutazioni autonome e coerenti riguardo ai meccanismi molecolari studiati e al loro significato fisiologico e patologico.
D4 – Abilità comunicative
Lo studente sarà in grado di comunicare in modo chiaro e appropriato i contenuti biochimici appresi, utilizzando un linguaggio scientifico corretto e adeguato al contesto accademico, sia in forma scritta sia orale, nell’ambito delle attività formative dell’insegnamento.
D5 – Capacità di apprendimento
Lo studente acquisirà le basi metodologiche e concettuali necessarie per affrontare in modo autonomo lo studio di discipline biologiche e mediche correlate, quali fisiologia, patologia, immunologia, farmacologia e clinica medica a livello molecolare, e per aggiornare le proprie conoscenze nell’ambito della biochimica e della medicina molecolare

Per frequentare con competenza l’insegnamento 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 mediante lezioni frontali per un totale di 100 ore, supportate da presentazioni in formato PowerPoint e da altro materiale informatico messo a disposizione degli studenti. Durante le lezioni sarà stimolata la partecipazione attiva degli studenti attraverso momenti di discussione, finalizzati al chiarimento dei contenuti e all’approfondimento degli argomenti trattati.
I docenti saranno disponibili durante l’intero svolgimento dell’insegnamento e successivamente per fornire chiarimenti sugli argomenti affrontati a lezione e per supportare gli studenti nel loro percorso formativo, incoraggiando lo sviluppo di autonomia di studio, capacità di analisi critica e abilità comunicative nell’ambito della biochimica.
La valutazione dell’apprendimento prevede prove intercorso e esame finale scritto + orale. Le prove intercorso consistono in quiz a risposta multipla finalizzati a monitorare l’acquisizione delle conoscenze durante il corso e a fornire un feedback formativo agli studenti. Inoltre, la prova orale consente di valutare competenze trasversali, quali la capacità di collegare tra loro differenti argomenti, l’abilità di analisi critica dei processi biochimici, la chiarezza espositiva e la proprietà di linguaggio scientifico, elementi fondamentali per la comunicazione e la comprensione dei concetti nella pratica scientifica e medica.

La valutazione dell’apprendimento prevede prove intercorso e esame finale:
• Prove intercorso: quiz a risposta multipla somministrati in aula, finalizzati a monitorare l’apprendimento degli studenti durante il corso. Tali prove costituiscono una verifica formativa e non concorrono al voto finale.
• Esame finale: L’esame finale include una prova scritta seguita da un colloquio orale. 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 dell’insegnamneto; 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 l’insegnamento 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.
Lo studente dovrà dimostrare inoltre:
o capacità di analizzare e collegare i differenti argomenti affrontati durante il corso;
o comprensione dei pathway biochimici e del collegamento tra metabolismo cellulare e regolazioni ormonali, secondo lo schema dinamico Digiuno/Buona Alimentazione;
o conoscenze di base sulle patologie di origine genetica correlate a disfunzioni biochimiche.
L’esame si svolge senza l’ausilio di strumenti o materiali di consultazione (PC, tablet, manuali, calcolatrici, ecc.). Il voto finale sarà espresso in trentesimi, dove 18 rappresenta il punteggio minimo per la sufficienza e 30 il massimo.

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

I semestre
• 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; glicosamminoglicani; proteoglicani; 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; aterosclerosi
• 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. VIP, lipomi, tumori neuroendocrini. Gastrina, colecistochinina, somatostatina, ormone della crescita. Ammine biogene.
• Nanotecnologie; terapia genica.
•
• 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 into two semesters, provides both a general overview and an in-depth analysis of biochemistry, covering structural aspects and, in particular, metabolic processes. This knowledge is essential for understanding the molecular basis of human diseases and is therefore fundamental to the training of a well-rounded physician. Special emphasis is placed on the molecular mechanisms underlying human physiology, pathology, and pharmacology, with particular attention to Precision Medicine.

Core textbooks:

Nelson, David L., and Michael M. Cox. 2022. Lehninger Principles of Biochemistry. Eighth edition. Bologna: Zanichelli. 1200 pages.

Devlin, Thomas M. 2023. Biochemistry. Sixth edition. Naples: EdiSES. 1220 pages.

Voet, Donald, Judith G. Voet, and Charlotte W. Pratt. 2017. Principles of Biochemistry. Bologna: Zanichelli. 912 pages.

D1 – Knowledge and understanding
Students will acquire the fundamental knowledge of biochemistry necessary to understand the main classes of biological molecules and macromolecules, metabolic processes and energy metabolism, as well as the molecular and cellular mechanisms that regulate biochemical homeostasis under physiological and pathological conditions. Students will also understand the biochemical correlations among organs and tissues and the principles of pharmacological interference with the major metabolic pathways.

D2 – Applying knowledge and understanding
Students will be able to apply the acquired knowledge to interpret biochemical changes associated with pathological conditions and to analyze metabolic processes at the molecular and cellular levels, also in relation to the mechanisms underlying molecular precision medicine.

D3 – Making judgements
Students will develop the ability to critically analyze biochemical data and information, formulating independent and coherent evaluations regarding the molecular mechanisms studied and their physiological and pathological significance.

D4 – Communication skills
Students will be able to clearly and appropriately communicate the biochemistry content learned, using correct scientific terminology suited to the academic context, both in written and oral form, within the educational activities of the course.

D5 – Learning skills
Students will acquire the methodological and conceptual foundations necessary to independently pursue the study of related biological and medical disciplines—such as physiology, pathology, immunology, pharmacology, and molecular-level clinical medicine—and to continuously update their knowledge in the fields of biochemistry and molecular medicine.

To competently attend the Biochemistry course, students must have acquired a solid background in Chemistry and Introductory Biochemistry, Biology and Molecular Biology, and Physics.
Access to the examination is regulated by prerequisite requirements as established by the Degree Programme Council.

The course will be delivered through traditional lectures for a total of 100 hours, supported by PowerPoint presentations and other digital materials made available to students. During the lectures, active student participation will be encouraged through discussion sessions aimed at clarifying course content and deepening understanding of the topics covered.

The instructors will be available throughout the duration of the course and thereafter to provide clarification on the topics addressed in class and to support students in their educational pathway, fostering the development of independent study skills, critical analytical abilities, and communication skills in the field of biochemistry.

Assessment of learning includes in-course assessments and a final written and oral examination. The in-course assessments consist of multiple-choice quizzes designed to monitor knowledge acquisition during the course and to provide formative feedback to students. In addition, the oral examination allows for the evaluation of transversal skills, such as the ability to integrate different topics, critically analyze biochemical processes, and demonstrate clarity of expression and proper use of scientific language—key elements for effective communication and understanding in scientific and medical practice.

Assessment of learning includes in-course assessments and a final examination:

In-course assessments: multiple-choice quizzes administered in class, aimed at monitoring students’ learning progress during the course. These assessments are formative in nature and do not contribute to the final grade.

Final examination: the final exam consists of a written test followed by an oral examination.

Written test: a multiple-choice test consisting of 30 questions covering all course topics. Each correct answer is worth 1 point, while incorrect answers receive 0 points.

Upon passing the written test (minimum score required for admission: 18/30), an oral examination will immediately follow, aimed at clearly assessing the student’s understanding of the topics covered in the Biochemistry course.

During the oral examination, students must demonstrate adequate knowledge of the structure of the main classes of biomolecules, the principal metabolic pathways and their regulation, with particular attention to the mechanisms underlying the most common diseases.

Students must also demonstrate:

the ability to analyze and integrate the different topics covered during the course;

understanding of biochemical pathways and the relationship between cellular metabolism and hormonal regulation, according to the dynamic Fasting/Fed State model;

basic knowledge of genetically based diseases related to biochemical dysfunctions.

The examination is conducted without the use of any aids or reference materials (PCs, tablets, textbooks, calculators, etc.). The final grade is expressed on a 30-point scale, where 18 represents the minimum passing score and 30 the maximum.

The materials used for lectures and practical sessions will be shared in electronic format.

First Semester

Amino acids: structure and classification based on the chemical nature of the side chain; other classifications (e.g., essential and non-essential amino acids; additional subclasses such as hydroxy amino acids, sulfur-containing amino acids, etc.). Acid–base properties; optical activity and chirality; proteins; peptide bond; amino acid side chains, their classification and properties; post-biosynthetic modifications.

Proteins: multiple biological functions of proteins. Overview of biologically active peptides. Levels of protein structural organization: primary, secondary, tertiary, and quaternary structure. Fibrous and globular proteins. Reasons for protein structural diversity; peptide bond and primary structure; secondary structure (alpha helix, beta turns); supersecondary structures. Fibrous and globular proteins: structural and functional differences; examples (keratin, elastin, collagen and its cross-links); globular proteins. Intrinsically disordered proteins (IDPs/IUPs).

Overview of diseases caused by structural alterations of proteins.

Oxygen-transport proteins: myoglobin (Mb) and hemoglobin (Hb); structural levels; heme; oxygen-binding curves of Mb and Hb; Hb quaternary structure; 2,3-bisphosphoglycerate; allosteric effects; hemoglobin ontogeny; Bohr effect; non-enzymatic glycosylation of Hb. Anemias: definition and classification. Major hemoglobinopathies.

Collagen: amino acid composition and triple-helix structure of tropocollagen; stages of collagen synthesis and maturation; major collagenopathies.

Enzymes: enzymatic catalysis; activation energy and the action of catalysts; active site and enzyme–substrate complex; induced-fit model; substrate stereospecificity; transition-state theory; energetic aspects; multienzyme complexes; enzyme classification; coenzymes and cofactors; effect of the environment on enzyme activity; enzymes in medicine; effects of pH and temperature on enzymatic catalysis; isoenzymes and their significance in systematic biochemistry and clinical biochemistry.

Enzyme kinetics: rate equations and rate constants; Michaelis–Menten equation; plots and parameters and their functional significance; determination of kinetic parameters; Lineweaver–Burk plots; reversible and irreversible enzyme inhibition; kinetic effects of inhibitors; competitive inhibition (kinetics, parameters, significance, and examples); uncompetitive and non-competitive inhibitors, their kinetics and interpretation of kinetic parameters.

Enzyme regulation: definition and functional significance; covalent regulation—reversible (phosphorylation, methylation, acetylation, adenylation) and irreversible (zymogens and limited proteolysis); metabolic pathways and feedback regulation; rate-limiting step and regulatory enzymes; allosterism (allosteric effectors and cooperativity); enzymes with cooperative and non-cooperative multiple sites; monomeric and multimeric allosteric enzyme models; homoallosterism and heteroallosterism; sequential and concerted (symmetry) models; examples; inducible and constitutively expressed proteins and enzymes; role of gene regulation in inducible enzyme expression.

Carbohydrates: classification and functional properties; simple and complex carbohydrates; Fischer projections; chiral centers; stereochemical series; enantiomers; major monosaccharides; intramolecular cyclization; cyclic carbohydrate structures; galactosemia; furanose and pyranose forms; oligosaccharides; glycosidic bond; lactase and lactase deficiency; polysaccharides (starch, glycogen, cellulose); glycosaminoglycans; proteoglycans; carbohydrate digestion; glycemic index; fructose absorption; mucopolysaccharides; glycoproteins.

Lipids: biological functions, structural organization, nomenclature, and classification; saturated, monounsaturated, and polyunsaturated fatty acids; importance of conjugated double bonds; flexibility; abundance in nature; physical state; essential fatty acids; lipid composition of foods; triacylglycerols; complex lipids; glycerolipids; glycerophospholipids; phospholipids; phospholipases; sphingolipids; waxes; terpenes; carotenoids; terpenes in vitamins; steroids; clinical aspects of lipids; lipids and membranes; atherosclerosis.

Vitamins: functional significance; fat-soluble and water-soluble vitamins; provitamins; requirements; hypovitaminosis and hypervitaminosis; synthetic vitamins; absorption pathways and mechanisms; individual water- and fat-soluble vitamins: structure, function, mechanism of action, and clinical relevance.

Hormones: overview of structure, classification, and biosynthesis; hormones and receptors; pancreatic and adrenal hormones and their effects on carbohydrate metabolism; mechanisms of action and regulation; physiological effects; intracellular second messengers; insulin, glucagon, adrenaline and their specific mechanisms; effects of insulin and glucose transport; vasoactive intestinal peptide (VIP); lipomas; neuroendocrine tumors; gastrin, cholecystokinin, somatostatin, growth hormone; biogenic amines.

Nanotechnologies; gene therapy.

Second Semester

Introduction to metabolism: metabolic pathways; principles of bioenergetics; laws of thermodynamics; free energy changes; phosphate group transfer and ATP; free energy of ATP hydrolysis.

Metabolism: definition; anabolism and catabolism; intermediary metabolism; metabolic pathways; ATP and thermodynamics.

Metabolic cycles: autotrophs and heterotrophs; metabolic schemes of catabolism and anabolism; aerobic respiration and anaerobic fermentation; glycolysis and the mitochondrion; linear and cyclic pathways and metabolic maps; oxidation, caloric value of foods, and NAD.

Glycolysis: reactions, energy balance, enzymatic mechanisms; fate of pyruvate; anaerobic glycolysis; regulation of glycolysis.

Glucose utilization and postprandial glycemic curve: hormonal regulation of blood glucose (insulin); glycogen—metabolism and functions; glycogen synthesis and breakdown, reactions, enzymes, and regulation.

Pentose phosphate pathway: phosphopentoses, their metabolism, reactions, enzymes, regulation, and importance in erythrocyte metabolism.

Oxidative effects in erythrocytes and defense systems: glutathione; methemoglobin reductase; G6PD deficiency and favism.

Reactive oxygen species: physiological roles; oxidation of membrane components and defense systems; glutathione and its function; antioxidant defenses of erythrocytes.

Regulation of carbohydrate metabolism and gluconeogenesis: aerobic and anaerobic glycolysis; energy balance; pyruvate and acetyl-CoA and their significance; blood glucose regulation; allosteric regulation of glycolysis and glucose transporters.

Monosaccharides and disaccharides: absorption; lactose and lactose intolerance; lactate dehydrogenase and its isoenzymes.

Pyruvate dehydrogenase complex: mitochondrial compartments; function; structure of the complex; mechanism of action; participating molecules; reaction sequence; functional significance of reactions and molecules involved; regulation of the complex.

Krebs cycle: site of occurrence; relationships with other metabolic pathways; energetic aspects; reactions and mechanisms; enzymes and metabolites involved; regulation and allosteric effectors; energy balance; mitochondrial carriers.

Mitochondria and redox reactions: electron transport chain; protein complexes of the respiratory chain; reactions, enzymes, regulation, and metabolic significance; chemical and electrochemical gradients across mitochondrial membranes; energy generation by electron flow.

Metabolic fate of lipids: dietary lipids; digestion; bile acids and lipases; degradation of triacylglycerols, cholesterol esters, and phospholipids; regulation of fat digestion; fate of absorbed lipids.

Lipid catabolism: control of fatty acid release into the bloodstream and transport; activation and mitochondrial entry; beta-oxidation of different fatty acids—reactions, cycles, enzymes, regulation, and energy balance; peroxisomes; oxidation of polyunsaturated fatty acids; ketone bodies and ketogenesis; plasma concentrations; relationship between acetyl-CoA and ketone bodies; regulation of lipolysis.

Cholesterol metabolism: sources and biochemical role; cholesterolemia and diet; intestinal absorption; pancreatic enzymes; bile; role of intestinal epithelium; lipoprotein biosynthesis; chylomicron export and metabolic fate; lipoproteins—structure, composition, classification, and clinical significance; cholesterol biosynthesis, regulation, and inhibitors; transmethyl-glutaconate shunt; hepatic and intracellular control of cholesterol and circadian rhythm effects; apolipoproteins and their functions; lipoprotein density and classes; cardiovascular risk factors and their biochemical significance; phytosterols and dietary fiber and their biochemical mechanisms.

Lipid biosynthesis: lipogenesis; acetyl-CoA and its metabolic significance; fatty acid biosynthesis—reactions, enzymes, and mechanisms; fatty acid synthase—structure and mechanism; regulation of fatty acid synthesis; chain elongation and desaturation; eicosanoids; metabolic balance of omega-3 and omega-6 PUFAs; arachidonic acid synthesis; classification and function of eicosanoids; mechanisms of action; cyclooxygenase and lipoxygenase pathways; metabolic effects; prostaglandin synthase and effects of anti-inflammatory drugs; bradykinin; overview of triacylglycerol synthesis.

Lipoprotein metabolism: hepatic cholesterol origins; metabolic fate of lipoproteins—chylomicrons, VLDL, LDL and modified LDL, HDL; lipoprotein(a).

Adipose tissue: function; adipocytes and their origin; activity and obesity; physiological role of adipose tissue; lipidome; adipose tissue metabolism and regulation; complexity and flexibility; adipokines; fatty acid synthesis.

Heme biosynthesis and catabolism: reactions, regulation, energy balance; bile pigments; jaundice.

Purine and pyrimidine nucleotide metabolism: biosynthesis and degradation, reactions, regulation, and energy balance.

One-carbon metabolism: role of folate and its derivatives; folate cycle and its inhibitors; transmethylation reactions; S-adenosylmethionine and S-adenosylhomocysteine.

Cell death: programmed cell death (apoptosis); activation and regulation; intrinsic (mitochondrial) and extrinsic (death receptor) pathways; role of p53; caspases—their activators and substrates; methods for studying apoptosis; apoptosis and disease (overview).

Protein metabolism: essential amino acids; relationships between amino acids and metabolic pathways; glucogenic and ketogenic amino acids; protein fate; digestion and digestive enzymes; absorption; amino acid transport into cells; cystinuria; lysosomal cathepsins; proteasome and ubiquitin system—mechanism, N-terminal rule, PEST sequences; amino acid catabolism; transamination—mechanism, AST and ALT, clinical significance; glutamate dehydrogenase; glutamine synthetase and metabolic role of glutamine; urea cycle—reactions, enzymes, mechanisms, regulation, and physiological significance; metabolic links between the Krebs cycle and urea cycle; liver–muscle metabolic relationships in nitrogen metabolism; genetic defects of the cycle; adrenaline, noradrenaline, and neurotransmitters; DOPA, GABA; nitric oxide and its biosynthesis; creatine phosphate and creatinine.

Signal transduction: second messengers; main second messengers (calcium, lipophilic molecules, redox signals, nitric oxide); cellular responses; major signaling pathways: MAP/ERK, cAMP/PKA, IP₃/DAG, PI3K/AKT.