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?