Unità didattica: Le Proteine

1. Unità didattica: Le Proteine • Classe scolastica • II liceo Classico (equivalente IV superiore) - Brescia • Corso di Biologia (3 ore settimanali) • Libro di testo: Immagini della Biologia – Campbell Reece Taylor Simon - Zanichelli • Motivazioni della scelta • Io in passato mi sono occupato di biochimica: è una risorsa • E’ possibile giungere ad una idea più realistica di cosa sia un sistema • cellulare attraverso della propedeutica biochimica semplice.

2. Momento didattico e durata Momento del percorso formativo A. Citologia – genetica – evoluzione CITOLOGIA fondamenti di chimica macromolecole biologiche teoria cellulare e codici molecolari cellula: strutture e funzioni • Membrane lipidiche • Organuli • Nucleo, acidi nucleici e cromosomi • Cellula vegetale • Proteine B. Istologia – anatomia – ecologia Scansione temporale • 1 ora di laboratorio sulla quantificazione di proteine solubili negli alimenti • 1 ora in aula informatica di rielaborazione dei dati sperimentali • 1 ora frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica • 1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine • 1 ora frontale su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula

3. Prerequisiti e obiettivi Prerequisiti • Chimica: Basi di termodinamica, catalisi, legami covalenti, acqua e ponti-idrogeno • Macromolecole: struttura generica degli aminoacidi, legame peptidico e classi chimiche (idrofobici – idrofilici / acidi – basici / -SH), acidi nucleici • Cellula: membrana lipidica e reticolo endoplasmatico, nucleo, cromosoma, concetto generico di gene e di codone Obiettivi (didattici) • conoscere la differenza tra aminoacidi essenziali e non-essenziali • acquisire il concetto “UN GENE – UNA PROTEINA – UNA FUNZIONE” • conoscere nelle sue linee essenziali il significato di “folding” proteico • conoscere le differenze tra i 4 livelli strutturali delle proteine • conoscere la funzione proteica enzimatica in termini semplici di catalisi • conoscere la funzione proteica recettoriale in termini di riconoscimento specifico • saper riconoscere la funzione strutturale di alcune proteine cellulari • Sapere che vi sono proteine destinate a comparti extracellulari con funzione ormonale o di trasporto o immunitaria (formativi) • avere un’idea rappresentativa corretta della struttura di una proteina: da “corpicciolo misterioso” a “macromolecola” con funzione e struttura specifiche • cogliere gli effetti tridimensionali di interazioni deboli intramolecolari • avere consapevolezza degli effetti funzionali di strutture tridimensionali specifiche • saper mettere in relazione l’alimento con la macromolecola proteica • osservazione e interpretazione di dati sperimentali semplici

4. Contenuti e modalità 1 ora di laboratorio sulle proteine negli alimenti Partendo dai piatti preferiti di ciascuno si analizzano con sistema Bradford alcuni estratti (brodi) preparati in precedenza dal docente, facendo bollire per un’ora quantità in peso paragonabili di cibi diversi, nella stessa quantità di acqua (10g in 250ml di acqua): • brodo di carne • brodo di pasta • brodo di zucchina • brodo di fagiolo • brodo di patata • brodo di pomodoro quindi si prelevano 0,1 ml da ciascun estratto e li si dispongono affiancati ad un’uguale quantità di latte, di latte scremato (diluiti 10 volte) e di acqua si aggiungono 0,9 ml di reattivo Bradford e si osserva dopo circa 10 min. quindi si effettua una quantificazione di OD a 595nm

5. Contenuti e modalità 1 ora di laboratorio sulle proteine negli alimenti Tabella di laboratorio Relazione Materiali e metodi:______________________________________________________________ _campione di partenza (qualità – quantità)____________________________________________ _trattamento (modi e tempi)________________________________________________________ _metodo di osservazione e quantificazione del risultato__________________________________ Risultati:_______________________________________________________________________descrizione precisa dei risultati ottenuti (qualitativa e quantitativa)_________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Conclusioni:____________________________________________________________________conclusioni certe deducibili dall’esperimento__________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

6. Contenuti e modalità 1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica Aminoacidi essenziali: LA CELLULA NON E’ CAPACE DI SINTETIZZARLI proteina Proteina del citoplasma destinata alla degradazione citoplasma Endocitosi di proteine digestione aminoacidi

7. Contenuti e modalità 1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica Aminoacidi non essenziali: LA CELLULA E’ CAPACE DI SINTETIZZARLI Precursori chimici di un aminoacido Aminoacidi non essenziali Proteina preposta alla sintesi dell’aminoacido Attività di sintesi dell’aminoacido Aminoacidi essenziali digestione Sintesi di nuove proteine

8. Contenuti e modalità 1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica Sintesi delle proteine: LA TRADUZIONE DELL’RNA messaggero Aminoacidi liberi nel citoplasma RNA transfer aminoacil-RNAtransfer RNA messaggero

9. Contenuti e modalità 1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica Sintesi delle proteine: LA TRADUZIONE DELL’RNA messaggero Aminoacidi liberi nel citoplasma aminoacil-RNAtransfer Proteina nascente ribosoma

10. Contenuti e modalità 1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 1) Il “folding” delle proteine: LE INTERAZIONI CON L’ACQUA E I PONTI-H

11. Contenuti e modalità 1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 1) Il “folding” delle proteine: UNA STRUTTURA = UNA FUNZIONE Proteina correttamente avvolta FUNZIONANTE Proteina svolta Proteina avvolta scorrettamente NON FUNZIONANTE In acqua la tensione di “folding” è paragonabile alla tensione di una molla.

12. Contenuti e modalità 1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 1) La struttura delle proteine: 4 LIVELLI DIVERSI DI OSSERVAZIONE 2° LIVELLO (struttura secondaria) 1° LIVELLO (struttura primaria) 3° LIVELLO (struttura terziaria) Ruolo dei ponti S-H 4° LIVELLO (struttura quaternaria) Ruolo dei ponti S-H

13. Contenuti e modalità 1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 2) Scopo: imparare i comandi interattivi per visualizzare molecole al computer. Strumento interattivo CHIME: è un Plugin collegato a Explorer che può essere ottenuto gratuitamente che legge files pdb (protein data bank). Si parte dal sitoPDBs for Biochemistry Classical Proteins.htm La struttura delle proteine: struttura quaternaria e concetto di struttura-funzione emoglobina

14. Contenuti e modalità 1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 2) La struttura delle proteine: strutture secondarie e concetto di struttura-funzione DNA polimerasi beta Lisozima

15. Non catalizzata catalizzata DH tempo Contenuti e modalità 1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula Le funzioni delle proteine: CATALITICA – STRUTTURALE – DI RICONOSCIMENTO Enzimi catalizzatori • In una cellula possono lavorare • contemporaneamente migliaia di enzimi. • Un enzima può arrivare ad eseguire anche • 1 milione di trasformazioni al secondo

16. Contenuti e modalità 1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula Le funzioni delle proteine: CATALITICA – STRUTTURALE – DI RICONOSCIMENTO Trasportatori e recettori di membrana Proteine strutturali

17. Contenuti e modalità 1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula Altre funzioni extracellulari: ORMONI – ANTICORPI – TRASPORTATORI Anticorpi emoglobina

18. Strumenti didattici e verifiche Strumenti didattici • Libro di testo • lavagna • Power point • Fotocopie • Computer in rete web e con postazione docente imposta Verifiche • Domande inserite in una verifica generale sul modulo CELLULA • Nell’interrogazione settimanale verrà verificato anche il raggiungimento degli obiettivi formativi almeno fino alla fine del I° quadrimestre • Realizzazione e consegna della relazione di laboratorio Autovalutazione • Il livello di difficoltà era ben calibrato? • L’esercitazione di laboratorio è servita a incuriosire e stimolare? Ha trasmesso un concetto corretto di sperimentazione scientifica? • Il laboratorio informatico ha consolidato i concetti teorici?