Unità didattica: Le ProteineUnità didattica: Le Proteine

Classe scolastica

II liceo Classico (equivalente IV superiore) - BresciaCorso 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 durataMomento didattico e durataMomento del percorso formativo

A. Citologia – genetica – evoluzioneCITOLOGIA

fondamenti di chimicamacromolecole biologicheteoria cellulare e codici molecolaricellula: 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

Prerequisiti e obiettiviPrerequisiti e obiettiviPrerequisiti• 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

Contenuti e modalitàContenuti e modalità1 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 modalitàContenuti e modalitàcampione 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

acqua - 0.000

RelazioneMateriali 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______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Tabella di laboratorio1 ora di laboratorio sulleproteine negli alimenti

Contenuti e modalitàContenuti e modalità1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica

Aminoacidi essenziali: LA CELLULA NON E’ CAPACE DI SINTETIZZARLI

citoplasma

aminoacidi

Endocitosi diproteine

proteina

digestione

Proteina del citoplasmadestinata alla degradazione

Contenuti e modalitàContenuti e modalità1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica

Aminoacidi non essenziali: LA CELLULA E’ CAPACE DI SINTETIZZARLI

Aminoacidi essenziali

digestione

Precursori chimicidi un aminoacido Proteina preposta alla

sintesi dell’aminoacidoAttività di sintesi dell’aminoacido

Aminoacidi non essenziali

Sintesi di nuove proteine

Contenuti e modalitàContenuti e modalità1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi

proteica

Sintesi delle proteine: LA TRADUZIONE DELL’RNA messaggero

RNA transfer aminoacil-RNAtransfer

Aminoacidiliberi nelcitoplasma

RNA messaggero

1 ora frontale frontale su aminoacidi essenziali e non-essenziali e sui fondamenti della sintesi proteica

Sintesi delle proteine: LA TRADUZIONE DELL’RNA messaggero

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

aminoacil-RNAtransfer

Proteinanascente

ribosoma

Aminoacidiliberi nelcitoplasma

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 modalitàContenuti e modalità

1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 1)

Il “folding” delle proteine: UNA STRUTTURA = UNA FUNZIONE

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

Proteinacorrettamente avvoltaFUNZIONANTE

Proteinasvolta

Proteinaavvolta scorrettamenteNON FUNZIONANTEIn acqua la tensione

di “folding” è paragonabilealla tensione di una molla.

1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 1)

La struttura delle proteine: 4 LIVELLI DIVERSI DI OSSERVAZIONE

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

1° LIVELLO(struttura primaria)

2° LIVELLO(struttura secondaria)

3° LIVELLO(struttura terziaria)Ruolo dei ponti S-H

4° LIVELLO(struttura quaternaria)Ruolo dei ponti S-H

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

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

emoglobina

1 ora di laboratorio informatico sui livelli strutturali delle proteine (parte 2)

La struttura delle proteine: strutture secondarie e concetto di struttura-funzione

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

DNA polimerasi beta Lisozima

1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula

Le funzioni delle proteine: CATALITICA – STRUTTURALE – DI RICONOSCIMENTO

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

Enzimi catalizzatori

Non catalizzatacatalizzata

H

tempo- In una cellula possono lavorarecontemporaneamente migliaia di enzimi.- Un enzima può arrivare ad eseguire anche1 milione di trasformazioni al secondo

1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

Trasportatori e recettori di membrana

Proteine strutturali

Le funzioni delle proteine: CATALITICA – STRUTTURALE – DI RICONOSCIMENTO

1 ora su localizzazione e funzione delle proteine nella cellula

Contenuti e modalitàContenuti e modalità

Altre funzioni extracellulari: ORMONI – ANTICORPI – TRASPORTATORI

Anticorpi

emoglobina

Strumenti didattici e verificheStrumenti didattici e verificheStrumenti 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?