Chimica e propedeutica biochimica

A.A. 2019/2020
7
Crediti massimi
88
Ore totali
SSD
BIO/10
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Gli obiettivi del corso sono quelli di fornire
- le conoscenze di base di chimica generale, di chimica organica, comprendendo la struttura e l'organizzazione della materia vivente (struttura e funzione delle molecole organiche di interesse biologico) per poterle poi applicare nel corso di Chimica Biologica e in altri insegnamenti del Corso di Studi.
Il modulo di Chimica si propone di fornire allo studente
- le conoscenze di base delle caratteristiche dei legami chimici, dei processi reversibili, degli equilibri chimici, delle reazioni redox e della termodinamica;
- i concetti chiave di soluzione e relative proprietà, di acido-base e di pH;
- i fondamenti di elettrochimica e termodinamica.
Il modulo di Propedeutica Biochimica si propone di fornire allo studente
- la conoscenza della nomenclatura, delle proprietà e della reattività delle principali classi di composti organici
- i concetti chiave per identificare i gruppi funzionali delle biomolecole partendo dai componenti più semplici (monosaccaridi, aminoacidi, nucleotidi) a quelli più complessi (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici);
- i concetti chiave di molecole ad alto contenuto energetico nel metabolismo e della bioenergetica.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso, lo studente dovrebbe essere in grado di
- spiegare i concetti chimici di base come il legame chimico, le proprietà delle soluzioni, i processi reversibili, gli equilibri chimici;
- conoscere i fondamenti dell'elettrochimica e della termodinamica;
- conoscere i concetti chiave della chimica organica, descrivere i gruppi funzionali più importanti, le loro proprietà e reattività e la nomenclatura organica di base, compresi gli stereo-descrittori;
- conoscere ed identificare le macromolecole biochimiche più comuni, descrivere la struttura di proteine, lipidi, acidi nucleici e carboidrati e spiegare la relazione tra struttura e funzione di queste molecole e come le loro proprietà chimiche influenzano le funzioni di queste molecole nei processi cellulari e metabolici;
-acquisire una panoramica dei meccanismi che regolano la trasformazione delle molecole e la loro correlazione con la produzione e il consumo di energia;
-comprendere le connessioni tra chimica e biologia;
- integrare e utilizzare le conoscenze teoriche dei concetti chimici e biochimici per spiegare i diversi fenomeni o processi biologici;
- collegare e integrare le conoscenze apprese ed applicarle nel successivo corso di chimica biologica o di altri insegnamenti del Corso di Studi;
- esporre e spiegare, in modo semplice ma rigoroso, i fenomeni e i processi chimici e biochimici che sono alla base della vita avendo la consapevolezza che gran parte dei processi vitali consistono in trasformazioni chimiche.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Programma
CHIMICA GENERALE
Costituzione della materia. Sostanze pure e miscele.
Atomi e particelle subatomiche. Rappresentazione di un atomo mediante il numero atomico e il numero di massa. Isotopi e ioni. Massa atomica e massa molecolare relativa. Definizione di mole come unità di misura della grandezza quantità di sostanza.
Modelli atomici. Numeri quantici e orbitali.
Tavola periodica degli elementi. Costruzione della tavola periodica degli elementi utilizzando la configurazione elettronica degli atomi. Suddivisione della tavola in gruppi e periodi. Proprietà periodiche degli elementi (raggio atomico, energia di ionizzazione, affinità elettronica).
Legame chimico. Legame ionico. Legame covalente (puro o polarizzato) come sovrapposizione di orbitali atomici a formare orbitali molecolari. Orbitali ibridi: sp3, sp2, sp. Parametri che caratterizzano il legame covalente (energia di legame, lunghezza del legame). Formazione delle molecole. Interazioni tra molecole (forze di Van der Waals) e tra ioni e molecole. Legame a ponte di idrogeno.
Stati di aggregazione della materia. Differenze tra stato solido, liquido e gassoso. Proprietà dei liquidi (tensione superficiale, tensione di vapore, punto di ebollizione).
Soluzioni e loro proprietà. Definizione di soluzione. Concentrazione del soluto di una soluzione e sue espressioni. Solubilità di un soluto in un solvente e fattori che la influenzano (pressione e temperatura). Importanza dell'acqua come solvente e la sua capacità di formare legami di idrogeno. Variazione della tensione di vapore e del punto di ebollizione del solvente in una soluzione. Osmosi, osmole, osmolarità e pressione osmotica.
Aspetti qualitativi e quantitativi delle reazioni chimiche. Rappresentazione con simboli dei processi chimici. Definizione del numero di ossidazione e distinzione delle reazioni che avvengono con o senza variazione del numero di ossidazione. Reazioni di formazione dei sali. Legge di conservazione delle masse nei processi chimici. Bilanciamento di reazioni di ossido-riduzione.
Equilibrio chimico. Reazioni di equilibrio e costante di equilibrio. Fattori che influenzano la posizione dell'equilibrio di una reazione o la costante di equilibrio. Catalizzatori.
Elettrochimica. Concetto di pila. Potenziali redox. Legge di Nernst. Pile a concentrazione.
Equilibri acido-base. Comportamento acido e basico secondo le teorie di Arrhenius, di Broensted e Lowry, e di Lewis. Concetto di acidi e basi coniugate. Forza degli acidi e delle basi. Acidi poliprotici. Equilibrio di autoionizzazione dell'acqua e valore del pH. Calcolo del valore di pH in soluzioni acquose di acidi e basi forti, di acidi e basi deboli e di ioni a carattere acido o basico che compongono un sale. Soluzioni tampone: composizione chimica, potere tampone e loro importanza biologica. Indicatori e loro uso per la determinazione sperimentale del valore del pH. Piaccametri e loro utilizzo per la misurazione del valore di pH.
Complessi di coordinazione. Loro definizione e struttura in relazione a composti di interesse biologico (emoglobina e vitamina B12).
Cinetica delle reazioni chimiche. Velocità di reazione e fattori che la influenzano (concentrazione e natura dei reagenti, temperatura, catalizzatori). Effetto della temperatura sulla velocità di reazione spiegata secondo Arrhenius ed Eyring. Energia di attivazione.
Termodinamica. Aspetti energetici nelle reazioni chimiche. Definizione di sistema termodinamico, variabili di stato e funzioni termodinamiche. Energia libera in relazione alla spontaneità delle reazioni chimiche.
CHIMICA ORGANICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
Gruppi funzionali.
Classi di composti organici. Struttura, proprietà chimico-fisiche, nomenclatura in base alle regole IUPAC e reattività chimica di:
·Idrocarburi (saturi, insaturi, ciclici, aromatici). Reazione di sostituzione radicalica a catena e di addizione elettrofila al doppio legame C-C. Concetto di aromaticità applicato al benzene e reazioni di sostituzione elettrofila.
·Alcoli. Comportamento anfotero (acido o basico), reazione di eliminazione, esterificazione, ossidazione. Tioalcoli e fenoli.
·Amine. Reazione di sostituzione nucleofila. Sali di alchilammonio.
·Aldeidi e chetoni. Risonanza del gruppo carbonilico, reazioni di addizione nucleofila, riduzione, ossidazione. Formazione di emiacetali, acetali ed imminoderivati. Tautomeria cheto-enolica.
·Acidi carbossilici e loro derivati. Esteri misti ed esteri organici, anidridi, amidi. Reazione di idrolisi in ambiente acido o basico. Importanza e risonanza del legame amidico. Idrossiacidi, chetoacidi e acidi policarbossilici. Acidi grassi saturi ed insaturi, loro nomenclatura e comportamento in acqua. Formazione di saponi.
·Isomeria. Classificazione dei diversi tipi di isomeria e di isomeri. Concetto di chiralità e di attività ottica. Stereodescrittori D,L e R,S. Forme meso. Miscela racema. Isomeri geometrici: regole di nomenclatura cis/trans e E/Z.
Molecole organiche di interesse biologico. Struttura e reattività chimica di:
·Carboidrati. Definizione e loro suddivisione in monosaccaridi (aldosi, chetosi), zuccheri (disaccaridi,oligosaccaridi) e polisaccaridi (omopolisaccaridi, eteropolisaccaridi). Struttura dei principali monosaccaridi (glucosio, fruttosio, ribosio, deossiribosio). Epimeri del glucosio. Forme cicliche dei monosaccaridi (piranosiche, furanosiche). Anomeri. Glicosidi (legame O-, N-, C-glicosidico). Fenomeno della mutarotazione. Formazione di disaccaridi e loro classificazione in riducenti e non riducenti. Caratteristiche strutturali e funzionali dell'amido, glicogeno e cellulosa.
·Lipidi. Definizione, differenza tra lipidi semplici e lipidi complessi. Differenze fisiche e strutturali tra olii e grassi. Reazione di idrolisi in ambiente acido o basico.
·Amminoacidi. Significato di L-α amminoacido e sua rappresentazione secondo la convenzione di Fischer. Classificazione degli amminoacidi in acidi, basici e neutri. Comportamento anfotero degli amminoacidi: equilibri tra forma cationica, anfiionica ed anionica. Significato e differenza tra punto isoionico e punto isoelettrico. Forme prevalenti a pH fisiologico.
·Proteine e peptidi. Definizione, nomenclatura e classificazione e importanza biologica. Legame peptidico: caratteristiche strutturali e biosintesi. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Denaturazione.
·Nucleotidi e nucleosidi. Definizione e caratteristiche strutturali. Struttura chimica ed importanza biologica dell'ATP. Coenzimi coinvolti nelle reazioni di ossidoriduzione biologiche.
·Acidi nucleici. Differenze strutturali e biologiche di DNA e RNA.
·Principi di bioenergetica. Bioenergetica e termodinamica. Il trasferimento di gruppi fosforici e ATP. Reazioni redox di interesse biologico.
Prerequisiti
Si presume che gli studenti abbiano una preparazione di chimica di base dalle scuole superiori e dovrebbero avere almeno le conoscenze di chimiche necessarie per superare il test di ammissione al CdS.
Metodi didattici
Il corso si articola in lezioni frontali ed esercitazioni. Ogni lezione è supportata da una presentazione PowerPoint, messa a disposizione allo studente sul sito ARIEL. Sono previsti 6 CFU di lezioni frontali (72 ore) in aula, ed 1 CFU (16 ore) di esercitazioni obbligatorie. Gli studenti per le esercitazioni verranno divisi in tre gruppi. I lavori di gruppo sono mirati a stimolare lo studio critico e alla partecipazione attiva in aula. La discussione e correzione degli esercizi in aula mira a motivare lo studente ad uno studio più sistematico e costante ed a rivolgersi al docente per richiedere supporto e approfondimenti. L'uso di esempi di molecole di interesse biologico e biochimico permetterà allo studente di correlare le proprietà chimiche dei gruppi funzionali alla realtà biologica e biochimica. Il programma delle esercitazioni, organizzate dal docente e svolte sia all'interno di gruppi che singolarmente in aula, è presentato all'inizio del Corso.
Materiale di riferimento
Materiale di riferimento:
M. Anastasia, L. Anastasia- Chimica di base per le Scienze della Vita-Vol. I e II. Seconda edizione. Antonio Delfino Editore -Prezzo: 30,00 € /volume
E. Santaniello, M. Coletta, F. Malatesta, G. Zanotti, S. Marini - Chimica propedeutica alle scienze bio-mediche. Volume: Unico - Editore: Piccin- Prezzo: 47,00 €
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dall'Insegnamento avviene attraverso la valutazione di una prova finale scritta sull'intero programma, seguita da un eventuale colloquio orale, da svolgersi singolarmente da ogni studente. Tale prova finale consisterà in una serie di domande aperte che tenderanno ad accertare la capacità di a) discutere i principi chimici che stanno alla base dei processi vitali e di applicarli per risolvere i quesiti posti; b) riconoscere i gruppi funzionali presenti in semplici molecole organiche nonché di molecole di interesse biochimico; c) discutere le proprietà strutturali e le relazioni struttura-reattività di semplici molecole organiche e di molecole di interesse biologico e biochimico.
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 7
Didattica non formale: 16 ore
Lezioni: 72 ore
Turni:
Gruppo 1
Docente: Ciuffreda Pierangela
Gruppo 2
Docente: Ciuffreda Pierangela
Gruppo 3
Docente: Ciuffreda Pierangela
Docente/i
Ricevimento:
previo appuntamento da concordare via e-mail
Palazzina LITA-Vialba IV piano