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.
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
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Membrane lipidiche
Organuli
Nucleo, acidi nucleici e cromosomi
Cellula vegetale
Proteine
B. Istologia – anatomia – ecologia
Scansione temporale
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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
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
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(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
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
Contenuti e modalità
1 ora di laboratorio sulle
proteine negli alimenti
campione
Tabella di laboratorio
Peso di partenza (g)
OD (595nm)
Brodo 1
10
0.722
Brodo n
10
0.125
Albumina
1 mg
0.125
Albumina
2.5 mg
0.250
Albumina
10 mg
0.500
-
0.000
acqua
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__________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
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
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
Proteina preposta alla
sintesi dell’aminoacido
Attività di sintesi
dell’aminoacido
Aminoacidi non essenziali
Aminoacidi essenziali
digestione
Sintesi di nuove proteine
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
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
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
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
In acqua la tensione
di “folding” è paragonabile
alla tensione di una molla.
Proteina
avvolta scorrettamente
NON FUNZIONANTE
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
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 sito
PDBs for Biochemistry Classical Proteins.htm
La struttura delle proteine: struttura quaternaria e concetto di struttura-funzione
emoglobina
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
Contenuti e modalità
1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula
Le funzioni delle proteine: CATALITICA – STRUTTURALE – DI RICONOSCIMENTO
Enzimi catalizzatori
Non catalizzata
catalizzata
DH
tempo
- In una cellula possono lavorare
contemporaneamente migliaia di enzimi.
- Un enzima può arrivare ad eseguire anche
1 milione di trasformazioni al secondo
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
Contenuti e modalità
1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula
Altre funzioni extracellulari: ORMONI – ANTICORPI – TRASPORTATORI
Anticorpi
emoglobina
Strumenti didattici e verifiche
Strumenti didattici
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Libro di testo
lavagna
Power point
Fotocopie
Computer in rete web e con postazione docente imposta
Verifiche
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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
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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?