Chimica e propedeutica biochimica
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni fondamentali di chimica che permettano di comprendere i comportamenti 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
Al termine dell'insegnamento lo studente saprà:
- descrivere e utilizzare in semplici calcoli le principali grandezze e le loro unità di misura usate in chimica (massa atomica e molecolare, mole e massa molare).
- riconoscere i vari tipi di reazioni chimiche e bilanciare i loro coefficienti stechiometrici in modo razionale.
- elencare le varie modalità con cui si può esprimere la concentrazione di una soluzione e descrivere la solubilità e i fattori che la influenzano.
- interpretare il concetto di equilibrio di una reazione e indicare come determinati parametri possono modificarlo.
- discutere il concetto di acidi e basi secondo la teoria di Broensted-Lowry.
- descrivere il concetto di pH di una soluzione acquosa e calcolarlo nel caso di acidi e basi sia forti che deboli.
- descrivere la composizione e le proprietà di una soluzione tampone.
- conoscere e discutere alcuni concetti base di elettrochimica, termodinamica e cinetica chimica.
- riconoscere i vari gruppi funzionali che caratterizzano i composti organici, con particolare riferimento a quelli che sono presenti nelle strutture dei composti di interesse biologico, quali gli amino acidi, le proteine, i carboidrati, i lipidi, i nucleotidi e gli acidi nucleici.
- descrivere e utilizzare in semplici calcoli le principali grandezze e le loro unità di misura usate in chimica (massa atomica e molecolare, mole e massa molare).
- riconoscere i vari tipi di reazioni chimiche e bilanciare i loro coefficienti stechiometrici in modo razionale.
- elencare le varie modalità con cui si può esprimere la concentrazione di una soluzione e descrivere la solubilità e i fattori che la influenzano.
- interpretare il concetto di equilibrio di una reazione e indicare come determinati parametri possono modificarlo.
- discutere il concetto di acidi e basi secondo la teoria di Broensted-Lowry.
- descrivere il concetto di pH di una soluzione acquosa e calcolarlo nel caso di acidi e basi sia forti che deboli.
- descrivere la composizione e le proprietà di una soluzione tampone.
- conoscere e discutere alcuni concetti base di elettrochimica, termodinamica e cinetica chimica.
- riconoscere i vari gruppi funzionali che caratterizzano i composti organici, con particolare riferimento a quelli che sono presenti nelle strutture dei composti di interesse biologico, quali gli amino acidi, le proteine, i carboidrati, i lipidi, i nucleotidi e gli acidi nucleici.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
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. Dualismo onde-particelle. Modelli atomici. Numeri quantici e orbitali atomici. Configurazioni elettroniche.
Tavola periodica degli elementi. Gruppi, periodi, blocchi. Proprietà periodiche degli elementi (energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, raggio atomico). Metalli, non metalli, gas nobili.
Legame ionico, composti ionici, energia reticolare. Legame covalente. Legami semplici e multipli. Risonanza. Energia di legame
e distanza di legame. Legame covalente polarizzato, dipolo molecolare. Orbitali molecolari e Orbitali ibridi. Legame metallico. Numero di ossidazione.
Legami chimici deboli: legami fra molecole (forze di Van der Waals), legame a ponte di idrogeno, legami fra ioni e molecole. Energia di solvatazione.
Gas reali e ideali, legge generale dei gas ideali.
Liquidi. Tensione superficiale. Tensione di vapore. Solidi cristallini: classificazione (ionici, covalenti, molecolari, metallici). Diagramma di stato dell'acqua. Punto triplo.
Soluzioni. Concentrazione delle soluzioni (molarità, molalità, frazione molare, percentuale). Solubilità. Influenza della temperatura sulla solubilità. Influenza della pressione sulla solubilità dei gas (legge di Henry).
Proprietà colligative delle soluzioni. Pressione osmotica.
Equilibrio chimico e costante di equilibrio. Fattori che influenzano la posizione dell'equilibrio. Principio di Le-Chatelier.
Elettrochimica: i potenziali elettrochimici. Elettrodo standard a idrogeno. Equazione di Nernst. Pile.
Acidi e basi. Definizioni di Arrhenius, di Brönsted-Lowry e di Lewis. Coppie coniugate acido-base. Forza di acidi e basi. 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.
Termodinamica chimica. Sistemi termodinamici. Condizioni standard. Funzioni di stato. Calore e lavoro. Entalpia. Reazioni esotermiche ed endotermiche.
Fattori che favoriscono la spontaneità di una reazione. Entropia. Entropia molare standard. Energia libera e energia libera molare standard di formazione. Calcolo del ΔG in condizioni non standard. Relazione fra ΔG° e la costante di equilibrio. Reazioni accoppiate. Cinetica chimica. Velocità di reazione, equazione cinetica e ordine di reazione. Energia di attivazione ed equazione di Arrhenius.
Teoria degli urti e teoria del complesso attivato. Catalizzatori.
CHIMICA ORGANICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
Introduzione alla chimica organica. Gruppi funzionali e classificazione dei composti organici. Reazioni ioniche e reazioni radicaliche. 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
Aldeidi e chetoni, nomenclatura, proprietà, reattività.
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 tetra alchilammonio. 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. Caratteristiche e funzioni di lipidi semplici (trigliceridi e lipidi complessi (glicerofosfolipidi e sfingolipidi):
Carboidrati. Caratteristiche e funzioni di monosaccaridi e polisaccaridi (omopolisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa, chitina e eteropolisaccaridi (peptidoglicani).
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.
Acidi nucleici. Nucleosidi e nucleotidi. Struttura, caratteristiche e funzioni di acidi nucleici (DNA e RNA).
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. Dualismo onde-particelle. Modelli atomici. Numeri quantici e orbitali atomici. Configurazioni elettroniche.
Tavola periodica degli elementi. Gruppi, periodi, blocchi. Proprietà periodiche degli elementi (energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, raggio atomico). Metalli, non metalli, gas nobili.
Legame ionico, composti ionici, energia reticolare. Legame covalente. Legami semplici e multipli. Risonanza. Energia di legame
e distanza di legame. Legame covalente polarizzato, dipolo molecolare. Orbitali molecolari e Orbitali ibridi. Legame metallico. Numero di ossidazione.
Legami chimici deboli: legami fra molecole (forze di Van der Waals), legame a ponte di idrogeno, legami fra ioni e molecole. Energia di solvatazione.
Gas reali e ideali, legge generale dei gas ideali.
Liquidi. Tensione superficiale. Tensione di vapore. Solidi cristallini: classificazione (ionici, covalenti, molecolari, metallici). Diagramma di stato dell'acqua. Punto triplo.
Soluzioni. Concentrazione delle soluzioni (molarità, molalità, frazione molare, percentuale). Solubilità. Influenza della temperatura sulla solubilità. Influenza della pressione sulla solubilità dei gas (legge di Henry).
Proprietà colligative delle soluzioni. Pressione osmotica.
Equilibrio chimico e costante di equilibrio. Fattori che influenzano la posizione dell'equilibrio. Principio di Le-Chatelier.
Elettrochimica: i potenziali elettrochimici. Elettrodo standard a idrogeno. Equazione di Nernst. Pile.
Acidi e basi. Definizioni di Arrhenius, di Brönsted-Lowry e di Lewis. Coppie coniugate acido-base. Forza di acidi e basi. 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.
Termodinamica chimica. Sistemi termodinamici. Condizioni standard. Funzioni di stato. Calore e lavoro. Entalpia. Reazioni esotermiche ed endotermiche.
Fattori che favoriscono la spontaneità di una reazione. Entropia. Entropia molare standard. Energia libera e energia libera molare standard di formazione. Calcolo del ΔG in condizioni non standard. Relazione fra ΔG° e la costante di equilibrio. Reazioni accoppiate. Cinetica chimica. Velocità di reazione, equazione cinetica e ordine di reazione. Energia di attivazione ed equazione di Arrhenius.
Teoria degli urti e teoria del complesso attivato. Catalizzatori.
CHIMICA ORGANICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
Introduzione alla chimica organica. Gruppi funzionali e classificazione dei composti organici. Reazioni ioniche e reazioni radicaliche. 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
Aldeidi e chetoni, nomenclatura, proprietà, reattività.
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 tetra alchilammonio. 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. Caratteristiche e funzioni di lipidi semplici (trigliceridi e lipidi complessi (glicerofosfolipidi e sfingolipidi):
Carboidrati. Caratteristiche e funzioni di monosaccaridi e polisaccaridi (omopolisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa, chitina e eteropolisaccaridi (peptidoglicani).
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.
Acidi nucleici. Nucleosidi e nucleotidi. Struttura, caratteristiche e funzioni di acidi nucleici (DNA e RNA).
Prerequisiti
Non sono richieste particolari conoscenze preliminari.
Metodi didattici
Le lezioni frontali saranno svolte in presenza con possibilità di utilizzo della Piattaforma Microsoft Teams in sincrono per comprovate esigenze degli studenti.
Materiale di riferimento
"Chimica medica e propedeutica biochimica", Bellini T., Zanichelli "Chimica e propedeutica biochimica", II ed., Bettelheim F.A. et al, EdiSES
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.
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento, da concordare via mail
Dip. Scienze della Salute, c/o Osp. San Paolo, Via A. di Rudinì 8, Laboratorio di Biochimica, 9 piano, Blocco C,