Chimica e propedeutica biochimica

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
60
Ore totali
SSD
BIO/10
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni fondamentali di chimica che permettano di comprendere il comportamento dei composti che partecipano ai principali processi biologici e le nozioni necessarie a comprenderne gli aspetti quantitativi coinvolti, con particolare riferimento ad alcuni argomenti propedeutici ai corsi successivi, quali le strutture e le proprietà chimiche di carboidrati, lipidi, amminoacidi, proteine, nucleotidi e acidi nucleici.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente avrà acquisito la consapevolezza che gran parte dei fenomeni macroscopici biologici consistono in trasformazioni chimiche.
Conoscerà i principi che sono alla base del comportamento di elementi e composti che partecipano ai principali processi biologici o con essi interagiscono.
Saprà eseguire semplici calcoli che illustrano gli aspetti quantitativi di modelli dei principali processi chimici coinvolti nei fenomeni biologici.
Riconoscerà i principi chimici che regolano le metodologie idonee allo studio di sostanze di interesse biomedico.
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
Il programma di insegnamento prevede la trattazione dei seguenti argomenti:
CHIMICA GENERALE
Materia: sostanze pure (elementi e composti), miscele (omogenee ed eterogenee). Atomo, elettroni, protoni e neutroni. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Molecole e formule molecolari. Masse atomica e molecolare. Mole e massa molare.
Quantizzazione dell'energia. Principio di indeterminazione. Dualismo onde-particelle. Modelli atomici. Numeri quantici e orbitali atomici. Configurazioni elettroniche di stato fondamentale.
Tavola periodica degli elementi. Gruppi, periodi, blocchi. Proprietà periodiche degli elementi (energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività). Metalli, non metalli, gas nobili.
Legame ionico, composti ionici, energia reticolare. Legame covalente. Legami semplici e multipli. Rappresentazione di Lewis. Risonanza. Energia di legame e lunghezza di legame. Legame covalente polarizzato, dipolo molecolare. Orbitali molecolari σ e π. Orbitali ibridi. Legame metallico. Numero di ossidazione
Legami chimici deboli fra molecole (forze di Van der Waals), legami fra ioni e molecole, energia di solvatazione, legame a ponte di idrogeno.
Gas reali e ideali, legge generale dei gas ideali.
Liquidi. Tensione superficiale. Tensione di vapore. Solidi amorfi e cristallini. Classificazione dei solidi cristallini (ionici, covalenti, molecolari, metallici). Diagramma di stato dell'acqua. Punto triplo.
Soluzioni. Concentrazione delle soluzioni (molarità, molalità, frazione molare, percentuale, normalità). Solubilità. Influenza della temperatura sulla solubilità. Influenza della pressione sulla solubilità dei gas (legge di Henry).
Proprietà colligative delle soluzioni. Innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico. Pressione osmotica.
Reazioni chimiche e loro bilanciamento. Equilibrio chimico e costante di equilibrio. Fattori che influenzano la posizione dell'equilibrio. Principio di Le-Chatelier.
Elettrochimica: bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione. I potenziali elettrochimici. Elettrodo standard a idrogeno. Equazione di Nerst. Pile.
Acidi e basi. Definizioni di Arrhenius e di Brönsted. Coppie coniugate acido-base. Forza di acidi e basi. Effetto livellante del solvente. Equilibrio di autoionizzazione e prodotto ionico dell'acqua. Definizione di pH. Costanti acide e basiche (Ka e Kb). Relazioni fra Ka e Kb per coppie coniugate acido-base. Soluzioni tampone: definizione, proprietà, meccanismo con il quale agiscono.
Calcolo del pH di soluzioni acquose di acidi e basi (forti e deboli), di ioni a carattere acido o basico che compongono un sale. Calcolo del pH di soluzioni tampone. Determinazione sperimentale del pH mediante indicatori acido-base o mediante piaccametri.
Teoria acido-base di Lewis. Composti di coordinazione, nomenclatura e costante di instabilità.
Termodinamica chimica. Sistemi termodinamici. Condizioni standard. Funzioni di stato. Calore e lavoro. Primo principio della termodinamica. Entalpia. Entalpia molare standard di formazione. Variazione di entalpia nelle reazioni. Reazioni esotermiche ed endotermiche.
Fattori che favoriscono la spontaneità di una reazione. Entropia. Secondo e terzo principio della termodinamica. Entropia molare standard. Variazione di entropia nelle reazioni. Energia libera e energia libera molare standard di formazione. Variazione di energia libera ed equilibrio. Calcolo del G in condizioni non standard. Relazione fra G° e la costante di equilibrio. Reazioni accoppiate.
Cinetica chimica. Velocità di reazione, equazione cinetica e ordine di reazione. Equazioni cinetiche integrate per reazioni del primo ordine e per reazioni di ordine zero. Tempo di dimezzamento. Energia di attivazione ed equazione di Arrhenius. Teoria degli urti e teoria del complesso attivato. Catalizzatori. Cinetica enzimatica. Equazione di Michaelis-Menten.
CHIMICA ORGANICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
Introduzione alla chimica organica. Gruppi funzionali e classificazione dei composti organici. Reazioni ioniche e reazioni radicaliche. Nomenclatura IUPAC dei composti organici.
Nomenclatura, proprietà chimiche e reazioni caratteristiche delle seguenti classi di composti: idrocarburi saturi e insaturi (alcani, alcheni, alchini, ciclici, aromatici), alcoli, fenoli, eteri, analoghi solforati (tioalcoli, tiofenoli, tioeteri, disolfuri).
Aldeidi e chetoni, nomenclatura, proprietà, reattività, tautomeria.
Acidi carbossilici e acidi grassi, nomenclatura, proprietà, reattività, saponi e loro proprietà anfifiliche. Derivati degli acidi carbossilici (alogenuri, anidridi, esteri, ammidi), proprietà, reazioni di idrolisi acida e idrolisi basica (saponificazione).
Ammine, nomenclatura, proprietà, sali di tetraalchilammonio. Semplici composti bifunzionalizzati, classificazione, nomenclatura.
Isomeria. Classificazione dei vari tipi di isomeria: costituzionale (di catena, di posizione, di funzione) e stereoisomeria (conformazionale, configurazionale, isomeria geometrica).
Chiralità delle molecole (nomenclatura D ed L o R ed S per identificare centri stereogenici). Attività ottica degli stereoisomeri. Racemi e forme meso.
Lipidi. Lipidi semplici (acilgliceroli e cere) e lipidi complessi (glicerofosfolipidi e sfingolipidi). Reazioni di idrolisi acida e basica dei lipidi.
Carboidrati. Monosaccaridi, forme cicliche, epimeri e anomeri. Glicosidi, disaccaridi riducenti e non riducenti (maltosio, lattosio, cellobiosio, saccarosio), omopolisaccaridi (amido, glicogeno, cellulosa, chitina).
Aminoacidi. Definizione e classificazione, punto isoionico, punto isoelettrico. Forme prevalenti a pH fisiologico.
Peptidi e proteine, classificazione, legame peptidico e sue caratteristiche. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Denaturazione.
Nucleosidi e nucleotidi. Struttura di acidi nucleici (DNA e RNA).
Polimeri. Classificazione, domini amorfi e domini cristallini, temperatura di transizione vetrosa e temperatura di fusione. Polimeri termoplastici, termoindurenti e elastomeri Polimerizzazione per addizione (radicalica, ionica) e polimerizzazione per condensazione. Polimeri di interesse odontoiatrico (polisolfuri, gomme siliconiche, polieteri, resine acriliche, compositi).
Prerequisiti
Non sono richieste particolari conoscenze preliminari, in quanto l'insegnamento è strutturato in modo da essere fruibile a studenti che non hanno precedentemente mai appreso argomenti di chimica
Metodi didattici
L'insegnamento verrà erogato tramite lezioni frontali con l'uso di diapositive che verranno rese disponibili sul sito Ariel di unimi
Materiale di riferimento
Testo di riferimento consigliato: Chimica di base per le scienze della vita, 2° Edizione. Autori Mario Anastasia e Luigi Anastasia, editore Antonio Delfino
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La modalità di verifica consiste in una prova scritta della durata di 90 minuti e costituita da 10 domande a risposta aperta, cinque riguardanti argomenti di chimica generale e cinque argomenti di chimica organica e propedeutica biochimica.
Nella valutazione, ad ogni singola risposta è dato un punteggio da 0 a 3 e la somma dei punti assegnati alle risposte rappresenta il voto in trentesimi.
La parte orale è essenzialmente la discussione con lo studente della valutazione data alla risposta ad ogni singola domanda della prova scritta.
Sul sito Ariel di unimi, con le diapositive utilizzate nell'insegnamento, sarà disponibile un esempio di prova scritta
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 6
Lezioni: 60 ore
Docente: Allevi Pietro
Docente/i
Ricevimento:
previo appuntamento telefonico o e-mail
via Saldini 50