Bachelor's degree in Cardiocirculatory Physiopathology and Cardiovascular Perfusion Techniques (national qualification)

Biological and biochemical sciences (2019/2020)

Course code
4S000166
Credits
4
Coordinator
Elisabetta Trabetti

Teaching is organised as follows:
Unit Credits Academic sector Period Academic staff
BIOCHIMICA 2 BIO/10-BIOCHEMISTRY Lezioni PERF 1 SEMESTRE Giovanni Gotte
BIOLOGIA APPLICATA 2 BIO/13-EXPERIMENTAL BIOLOGY Lezioni PERF 1 SEMESTRE Elisabetta Trabetti

Learning outcomes

L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze di base di biochimica, biologia cellulare e genetica umana, necessarie per l'apprendimento degli argomenti più avanzati che verranno trattati negli anni successivi del corso triennale. L'insegnamento prevede di fornire: - conoscenze di base di chimica generale e organica propedeutiche alla biochimica - conoscenze sulle relazioni struttura-funzione delle principali classi di macromolecole biologiche e regolazione metabolica a livello molecolare - conoscenze sulle interconnessioni esistenti tra i diversi processi biochimici e le trasformazioni energetiche ad essi connesse - conoscenze sulle caratteristiche strutturali, funzionali e molecolari degli organismi viventi, in una visione evoluzionistica - conoscenza dei concetti fondamentali della genetica e della trasmissione dei caratteri ereditari nell'uomo Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito le nozioni utili per una analisi critica dei processi biochimici vitali in modo da conseguire autonomia di valutazione critica e globale dei processi stessi. Inoltre dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze di base dei meccanismi che regolano le interazioni intra- e intercellulari, fra organismi e ambiente, che regolano la riproduzione cellulare e che sono alla base delle mutazioni. Dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito le conoscenze sui meccanismi di trasmissione dei caratteri ereditari con particolare riferimento ai caratteri patologici nell'uomo. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito la capacità di esporre le proprie argomentazioni in maniera critica, precisa e con linguaggio scientifico appropriato. MODULO BIOCHIMICA Obiettivi formativi: Il Corso si propone di fornire: -Conoscenze di base di chimica generale e organica propedeutiche alla biochimica. -Conoscenze sulle relazioni struttura-funzione delle principali classi di macromolecole biologiche e sulla regolazione metabolica a livello molecolare. -Conoscenze sulle interconnessioni esistenti tra i diversi processi biochimici e le trasformazioni energetiche ad essi connesse. Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovranno dimostrare di aver acquisito terminologie e nozioni utili per un’analisi critica dei processi biochimici vitali in modo da conseguire autonomia di valutazione critica e globale dei processi stessi. MODULO BIOLOGIA APPLICATA Obiettivi formativi: Il corso si propone di: - fornire le conoscenze di base sulle caratteristiche strutturali, funzionali e molecolari degli organismi viventi, in una visione evoluzionistica - descrivere i concetti fondamentali della genetica e della trasmissione dei caratteri ereditari nell'uomo, con esempi specifici di malattie genetiche. L'insegnamento mira quindi a far acquisire allo studente le conoscenze di base della biologia umana, in particolare dei meccanismi che regolano le interazioni intra- e intercellulari, fra organismi e ambiente, che regolano la riproduzione cellulare e che sono alla base delle mutazioni. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito le conoscenze sui meccanismi di trasmissione dei caratteri ereditari con particolare riferimento ai caratteri patologici nell'uomo. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito la capacità di esporre le proprie argomentazioni in maniera critica, precisa e con linguaggio scientifico appropriato.

Syllabus

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MM: BIOCHIMICA
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PREPARATORY CHEMISTRY (several notions are included in the basic knowledge required). 1. Atomic structure and periodic properties of the elements: matter composition, atom, atomic particles; atomic theory; quantum numbers, and orbitals; electronic configuration, periodic table and chemical reactivity of the elements; electronic affinity, electronegativity. 2. The chemical bond: molecules and ions; ionic and covalent bond; intermolecular forces; hydrogen bond. 3. Solutions and acid-base reactions: concentration of the solutions, acid-base theories of Arrhenius and Brőnsted-Lowry; hydracids, hydroxides, oxyacids; acid-base reactions; pH and buffer solutions. 4. Organic chemistry notions: carbon atom properties; hybrid orbitals; organic compounds classification: functional groups; hydrocarbons; alcohols, ethers, thiols, amines, aldehydes and ketones; carboxylic acids, esters, anhydrides. BIOCHEMISTRY 1. Constitutive elements of the living matter: polymeric structure of the biological macromolecules. 2. Protein structure and function: aminoacid classification, buffering power, peptide bond, levels of protein structure; fibrous and globular proteins; hemoglobin and myoglobin: structure, function, factors influencing the oxygen bond; hemoglobin variants; enzymes: classification, role in the chemical reactions, regulation of the enzymatic activity. 3. Vitamins: hydro- and lypo-soluble vitamins; co-enzymes. 4. Bio-energetics: metabolism; chemical transformations in the cell; spontaneous and non-spontaneous reactions of the metabolic reactions; ATP as “energy exchange coin”; biologically relevant redox reactions. 5. Carbohydrates structure and metabolism: mono- and disaccharides; polysaccharides; glycoconjugates; glycolysis and its regulation; gluconeogenesis; hints of the penthose phosphate pathway; synthesis of the glycogen. 6. Citric acid cycle and oxidative phosphorylation: mitochondria; acetyl-CoA synthesis; citric acid cycle control; respiratory chain and electron transport; ATP synthesis. 7. Lipids structure and metabolism: structural lipids and biological membranes; cholesterol; stock-reserve lipids; lipids digestion and fatty acid β-oxydation; keton bodies formation; hints of fatty acids biosynthesis. 8. Aminoacid metabolism: hints of gluco- and keto-forming aminoacids; transamination and oxidative deamination; the urea cycle. Frontal teaching is the exclusive method adopted in this Course.
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MM: BIOLOGIA APPLICATA
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• Characteristics of the living beings • Chemistry of living organisms and biological molecules • prokaryotic and eukaryotic cell: organization of the cell; internal membranes and compartmentalization; organelles, characteristics and functions: nucleus, ribosomes, RER, REL, Golgi, lysosomes, peroxisomes, cytoskeleton, cell wall, extracellular matrix. Animal and plant cells. Mitochondria and plastids (chloroplasts, amyloplasts, chromoplasts) and endosymbiont theory. • Biological membranes: structure and proposed models; passage of materials across cell membranes: passive transport (facilitated diffusion and simple), osmosis, directly and indirectly active transport, co-transport. Exocytosis and endocytosis. Anchoring, tight and gap cell junctions in animal and plant cells. • Cell communication: types of cellular communication: endocrine, paracrine, autocrine and iuxtacrine. Sending and receiving the signal. • Organization of DNA in chromosomes, mitosis and meiosis. DNA and proteins, nucleosomes, heterochromatin, euchromatin, chromosome condensation. The cell cycle and its regulation. Mitosis, meiosis and sexual reproduction • DNA and its role in heredity. DNA structure and replication. • Gene expression: transcription, genetic code and translation. Gene definition. • DNA mutations and mutagenesis • Hereditary character transmission and Mendel’s laws; definition of phenotype, genotype, locus, gene, dominant and recessive allele, homozygosity and heterozygosity. Segregation and independent assortment. Independence and association. Crossing-over and recombination. Genetic determination of sex. Gene interactions. Incomplete dominance, condominance, multiple alleles, epistasis and polygeny. • The human genome: karyotype analysis and pedigrees; autosomal recessive, autosomal dominant, X-linked diseases. DIDACTIC METHOD Attendance to lessons is mandatory. Teaching methods consist of frontal lessons. In addition to the suggested texts, additional didactic supports are offered on the e-learning platform of the course. Students can make an appointment directly with the teacher every time they need it throughout the academic year, by email.

Assessment methods and criteria

Goal of the exam for the Course of Biological and biochemical sciences: to verify students' advanced comprehension of the whole program topics and their capability to expose their reasoning in a critical and precise manner using appropriate scientific terms.

6 examination sessions are foreseen in the whole Academic Year: 2 in the Winter Session after the Course ending, 2 in the Summer Session, and 2 in the Autumn session.
Students will undertake both modules (written test made of multiple choice quizzes and open questions) if they have attended at least 75% of the frontal teaching activity of the entire Course; further information about exam organization is available in each module form.

The final mark (/out of 30) will derive from the evaluation of both modules. Students will pass the examination if the overall rating of both modules, based on the weighted average of credits, is greater than or equal to 18/30. Students can retire or refuse the proposed mark.
Students who do not pass both exam modules in the same session will have to take the missing/insufficient module in one of the subsequent sessions, if only within the extra winter session of the next Academic Year. From the next summer session, students will need to take both modules.

Reference books
Author Title Publisher Year ISBN Note
Stefani M, Taddei N Chimica Biochimica e Biologia Applicata. Zanichelli ed., Bologna  
M. Samaja, R. Paroni Chimica e Biochimica Piccin 2016
Solomon, Martin, Martin, Berg Elementi di Biologia (Edizione 7) EdiSES 2017 978-88-7959-938-2
Raven, Johnson, Mason, Losos, Singer Elementi di biologia e genetica (Edizione 2) Piccin 2019
Sadava, Hillis, Craig Heller, Hacker Elementi di Biologia e Genetica (Edizione 5) Zanichelli 2019
David L Nelson, Michael M Cox Introduzione alla Biochimica del Lehninger Zanichelli 2018
P.C. CHAMPE, R.A. HAEVEY, D.R. FERRIER Le basi della biochimica Zanichelli 2015
Bertoldi, Colombo, Magni, Marin, Palestini Chimica e Biochimica EdiSES 2015 978-88-7959-878-1
A. Fiecchi, M. Galli Kienle, A. Scala Chimica e propedeutica biochimica Edi-Ermes  
Luciano BINAGLIA, Bruno GIARDINA CHIMICA e PROPEDEUTICA BIOCHIMICA (con CD-ROM) Ediz. Mc Graw-Hill  
D. Voet, J. G. Voet, C.W. Pratt Fondamenti di Biochimica (Edizione 4) Zanichelli 2017 9788808420961
David L Nelson, Michael M Cox I principi di biochimica di Lehninger (Edizione 7) Zanichelli 2018 9788808920690




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