CHIMICA E BIOCHIMICA
cod. 07852

Anno accademico 2008/09
1° anno di corso - Secondo semestre
Docente responsabile dell'insegnamento
CASTI Amos
insegnamento integrato
5 crediti
sede:
insegnamento
in - - -

Insegnamento strutturato nei seguenti moduli:

Obiettivi formativi

<br />L’obiettivo generale del corso è quello di fornire allo studente:<br />- i concetti fondamentali di chimica per la comprensione delle proprietà macroscopiche della materia, partendo dalla struttura di atomi e molecole;<br />- conoscenze utili per la successiva comprensione, in chiave molecolare, dei complessi processi che sono alla base della vita delle cellule e degli esseri viventi.<br />In particolare si propone di portare lo studente a conoscere e comprendere:<br />- i principi che regolano la reattività dei composti, cioè la capacità di rompere e formare legami e gli scambi energetici che ne derivano;<br />- il trasferimento di elettroni;<br />- gli aspetti cinetici di una reazione chimica ed il concetto di equilibrio dinamico;<br />- la struttura e le proprietà dei composti inorganici, organici e di interesse biologico;<br />- le proprietà delle soluzioni e gli equilibri in soluzione acquosa;<br />- le proprietà di acidi, basi, sali e sistemi tamponanti.<br />Particolare attenzione viene rivolta alla chimica dei composti organici e delle macromolecole di interesse biologico con la descrizione delle principali reazioni che saranno in seguito utili per lo studio dei processi fisiologici e della biochimica.<br /> <br />Discutere i meccanismi di trasmissione e di espressione dell'informazione genetica a livello molecolare.<br />Descrivere le caratteristiche, la funzione ed il ruolo metabolico dei principali costituenti della cellula (proteine, acidi nucleici, enzimi e coenzimi, vitamine idrosolubili e liposolubili), e i meccanismi di produzione dell'energia metabolica. Conoscere ed interpretare le principali vie metaboliche, i meccanismi biochimici che le regolano e i principi dell'omeostasi energetica e della plasticità cellulare e saper risolvere problemi correlati con l'utilizzazione metabolica tissutale dei principali costituenti alimentari. Essere in grado di integrare il metabolismo dei glucidi, lipidi e proteine, in un individuo normale, in una visione globale ed olistica. Saper risolvere problematiche connesse con la regolazione endocrina delle funzioni metaboliche dell'organismo e con la coordinazione e le correlazioni biochimiche fra organi, e tessuti in condizioni normali e di loro stimolazione. Conoscere la biochimica del tessuto osseo

Prerequisiti

<br />Per essere ammessi a sostenere l'esame di Chimica e Biochimica gli studenti devono aver sostenuto l’esame di: Istologia.

Contenuti dell'insegnamento

<br />NELL’ AMBITO DEL C.I., IL DOCENTE SVOLGE UNA PARTE DEL SEGUENTE PROGRAMMA CORRISPONDENTE ALLA PROPRIA FRAZIONE DI CREDITO: <br />Introduzione e struttura dell’atomo<br />Materia e sue proprietà. Elementi e composti. Particelle atomiche. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Peso atomico, peso molecolare, grammo-atomo, grammo-molecola (mole). Struttura dell'atomo; orbitali atomici e numeri quantici. Struttura elettronica degli elementi.<br />Periodicità delle proprietà degli elementi<br />Tavola periodica degli elementi. Proprietà periodiche degli elementi: dimensioni atomiche, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività. Struttura elettronica e proprietà chimiche.<br />Il legame chimico<br />Legame ionico; legame covalente (puro, polare, dativo) e orbitali molecolari; orbitali ibridi; legame metallico. Interazioni intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, legame a idrogeno, forze di van der Waals.<br />Sistematica chimica<br />Idruri, idracidi, ossidi basici e ossidi acidi (anidridi), perossidi, idrossidi, ossiacidi, sali neutri e sali acidi: reazioni di formazione, bilanciamento, nomenclatura, formule di struttura.<br />Cinetica chimica<br />Velocità di una reazione chimica e fattori che la influenzano: natura chimica dei reagenti, concentrazione (ordine di una reazione), temperatura e catalizzatori. Teoria delle collisioni molecolari e dello stato di transizione.<br />Equilibrio chimico<br />Concetto di equilibrio dinamico. Legge di azione delle masse e costante di equilibrio. Fattori che influenzano l’equilibrio: variazioni di concentrazione, volume, pressione, temperatura. Principio di azione e reazione (principio di Le Chatelier).<br />Termodinamica chimica<br />Primo principio della termodinamica, concetto di entalpia. Secondo principio della termodinamica, concetto di entropia. Terzo principio della termodinamica. Energia libera applicata ad una reazione chimica: energia libera e spontaneità di una reazione, energia libera e costante di equilibrio.<br />Soluzioni<br />Modi di esprimere la concentrazione di una soluzione: percentuale p/p e p/v, molarità, molalità, normalità.<br />Proprietà colligative delle soluzioni: innalzamento ebullioscopio, abbassamento crioscopico; osmosi, pressione osmotica (coefficiente di Van’t Hoff e osmolarità).<br />Acidi e basi: teoria di Arrhenius, teoria di Brrnsted e Lowry, teoria di Lewis. Equilibri acido-base. La “forza” degli acidi e delle basi.<br />Dissociazione ionica dell'acqua. Concetto di pH. Calcolo del pH delle soluzioni acquose di acidi e basi (forti e deboli). Proprietà acido-base dei sali: idrolisi. Soluzioni tampone e loro funzionamento; calcolo del pH delle soluzioni tampone.<br />Titolazioni acido-base.<br />La chimica attraverso gli esercizi<br />Calcoli stechiometrici. Rapporti ponderali nelle reazioni chimiche.<br />Numero di ossidazione. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.<br />     Esercizi sui modi di esprimere la concentrazione di una soluzione.<br />     Esercizi sul calcolo del pH di varie soluzioni acquose.<br />     Esercizi sulla pressione osmotica.<br />Introduzione alla chimica organica<br />Orbitali ibridi del carbonio. Formule di struttura. Tipi di reazione: sostituzione, addizione, eliminazione. Reagenti elettrofili e nucleofili. Gruppi funzionali.<br />Idrocarburi<br />Classificazione. Alcani: nomenclatura, proprietà fisiche e reazioni caratteristiche. Isomeria conformazionale. Cicloalcani: struttura e nomenclatura. Alcheni e alchini: nomenclatura, proprietà fisiche e reazioni caratteristiche. Isomeria geometrica.<br />Benzene: concetto di risonanza, proprietà. Reattività del benzene e principali reazioni. Effetto orientante dei sostituenti nelle reazioni di sostituzione: effetto induttivo e mesomero.<br />Alcoli e fenoli<br />Struttura, classificazione e nomenclatura. Proprietà fisiche; acidità e basicità. Reazioni caratteristiche. Formazione degli eteri.<br />Aldeidi e chetoni<br />Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Reazioni caratteristiche e meccanismi di reazione: reazioni con l’acqua, gli alcoli, le ammine; condensazione aldolica.<br />Acidi carbossilici e derivati<br />Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Proprietà acide e variazione dell’acidità in funzione dei sostituenti. Reazioni caratteristiche e meccanismo della reazione di formazione degli esteri. Esteri: nomenclatura e proprietà; meccanismo della reazione di idrolisi basica. Cenni ad altri derivati degli acidi: anidridi, ammidi, alogenuri acilici.<br />Ammine<br />Struttura, classificazione e nomenclatura. Proprietà fisiche. Basicità delle ammine in funzione dei sostituenti. Reazioni caratteristiche. Anilina: struttura e proprietà.<br />Stereoisomeria ed attività ottica<br />Concetti di simmetria e asimmetria molecolare. La chiralità: enantiomeri ed attività ottica; diastereoisomeri. Molecole contenenti più centri chirali: forme meso.<br />Carboidrati<br />Nomenclatura e classificazione. Isomeria ottica dei carboidrati. Struttura, proprietà e funzioni dei principali carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.<br />Lipidi<br />Acidi grassi, trigliceridi, saponificazione. Fosfolipidi e cerebrosidi: struttura e proprietà. Membrane lipidiche: micelle, bilayers. Membrane biologiche: cenni sulla struttura e loro principali funzioni. I terpeni. Gli steroidi: colesterolo e suoi derivati.<br />Amminoacidi e proteine<br />Gli amminoacidi naturali: struttura generale e classificazione. Proprietà acido-base degli amminoacidi; punto isoelettrico. Legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Principali funzioni delle proteine.<br />Basi azotate ed acidi nucleici<br />Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Acidi nucleici (RNA e DNA) e loro struttura.<br />Proteine: composizione e struttura. Proteine del tessuto connettivo, del plasma e proteine coniugate d'interesse biomedico. Emoglobina e trasporto dell'ossigeno.<br />Enzimi e cinetica enzimatica.  Coenzimi utilizzati nelle reazioni metaboliche. Vitamine: azione biochimica.<br />Basi molecolari dell'informazione ereditaria. Composizione e struttura degli acidi nucleici. Replicazione del DNA. Telomerasi. La riparazione del DNA e sue correlazioni con patologie umane, con l'invecchiamento cellulare e con il cancro. RNA: struttura, funzione, trascrizione, maturazione. Codice genetico e sue proprietà. Sintesi proteica, regolazione dell'espressione genica e destino post-sintetico delle proteine. La trasduzione del segnale. Apoptosi. Il differenziamento. Clonazione.        <br />Bioenergetica e ossidazioni biologiche. Ciclo di Krebs. Fosforilazione ossidativa.<br />La glicolisi e l'ossidazione del piruvato. Shunt dell'esosomonofosfato.<br />Ossidazione degli aminoacidi, degli acidi grassi e chetogenesi. <br />Metabolismo del glicogeno; gluconeogenesi; controllo del glucosio ematico. <br />Metabolismo del colesterolo: trasporto dei lipidi associati a lipoproteine plasmatiche <br />Metabolismo dei lipidi: lipolisi-lipogenesi. <br />Vie di formazione dell'ammoniaca, urea, acido urico e pigmenti biliari. <br />Biosintesi degli aminoacidi, dei nucleotidi e dell'eme. <br />Biochimica del sistema endocrino: ormoni proteici - ormoni non proteici. Ruolo degli ormoni nel metabolismo. <br />Tessuto osseo: struttura, mineralizzazione, riassorbimento, markers di formazione e riassorbimento. Metabolismo del calcio e del fosfato. Effetto di fattori di crescita e ormoni. Sistema immunitario e osso. Biochimica dei tessuti dentali.<br /> 

Programma esteso

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Bibliografia

<br />BIBLIOGRAFIA<br />Testi consigliati <br />Baynes JW, Dominiczak MH: Biochimica per le discipline biomediche, seconda edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2006.<br />Bhagavan NV: Medical Biochemistry, fourth edition, Harcourt/Academic Press, Burlington, 2002.<br />Caldarera CM: Biochimica Sistematica Umana, seconda edizione, CLUEB, Bologna, 2003.<br />Devlin TM: Textbook of Biochemistry with clinical correlations, fifth edition, Wiley-Liss, New York, 2002.<br />Garrett RH, Grisham CM: Principi di Biochimica, con messa a fuoco su quella umana, Piccin, Padova, 2004.<br />Mathews CK, van Holde KE, Ahern KG: Biochimica, terza edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2004.<br />Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW; Harper Biochimica, 25a edizione, McGraw-Hill Libri Italia srl, Milano, 2000.<br />Nelson DL, Cox MM: I principi di Biochimica di Lehninger, terza edizione, Zanichelli, Bologna, 2002.<br />Siliprandi N, Tettamanti G: Biochimica Medica: strutturale, metabolica e funzionale, Piccin. Padova, 2005.<br />Voet D, Voet JG: Biochemistry, 3rd edition, John Wiley & Sons, USA, 2004.<br />Mario Anastasia<br />Chimica di base per le scienze della vita <br />Antonio Delfino Editore (2 volumi)<br />A. Albertini, M. Avitabile, U. Benatti, V. Boido, F. Guerrieri, G. Liut, L. Masotti, A. Spisni<br />Chimica Generale<br />Monduzzi Editore<br /> <br />Harold Hart, Leslie E. Craine, David. J. Hart<br />Chimica Organica<br />Zanichelli Editore

Metodi didattici

<br />METODI DI INSEGNAMENTO E DI VALUTAZIONE<br />Attività didattiche: lezioni frontali, attività interattiva per piccoli gruppi, seminari di approfondimento, apprendimento per problemi<br /><br />Modalità di esame: prova scritta + orale <br />Docenti: <br />Prof. Amos Casti (Coordinatore)<br />Prof. Saverio Bettuzzi<br />Prof. Lorella Franzoni

Modalità verifica apprendimento

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Altre informazioni

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