Chimica e propedeutica biochimica

A.A. 2021/2022
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
In relazione alle modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria.
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.
Modello atomico. 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. Legge di Raoult. 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. 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 Nerst. Pile a concentrazione.
Equilibri acido-base. Comportamento acido e basico secondo le teorie di Arrehenius, 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. Energia di attivazione. Catalisi: enzimi.
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 al doppio legame C-C. Concetto di aromaticità applicato al benzene.
· 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
I prerequisiti consistono nelle conoscenze di chimica necessarie per superare i test di ingresso al CdL.
Metodi didattici
Lezioni frontali. Ogni lezione è supportata da una presentazione PowerPoint, messa a disposizione allo studente sul sito ARIEL. Il libro di testo è raccomandato come risorsa per aiutare a chiarire i concetti spiegati a lezione.
Materiale di riferimento
M. Anastasia, L. Anastasia- Chimica di base per le Scienze della Vita-Vol. I e II. Seconda edizione. Antonio Delfino Editore
E. Santaniello, M. Coletta, F. Malatesta, G. Zanotti, S. Marini - Chimica propedeutica alle scienze bio-mediche. Volume: Unico - Editore: Piccin
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova scritta comprendente 15 domande a risposta aperta di cui 7 di Chimica Generale e 8 di Chimica Organica e Propedeutica Biochimica.
E' previsto un colloquio orale.
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