37200 - CHIMICA E BIOCHIMICA GENERALE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce: le caratteristiche generali delle reazioni chimiche (stechiometria, cinetica e spontaneità); le proprietà dei costituenti chimici della materia vivente, la struttura e le proprietà di molecole semplici e complesse di natura glucidica e lipidica,; gli aspetti termodinamici dei processi biochimici ed i fondamenti della bioenergetica cellulare, le caratteristiche strutturali e funzionali delle macromolecole proteiche, il meccanismo d’azione degli enzimi, nozioni di cinetica enzimatica ed i meccanismi della regolazione della velocità dei processi biochimici; la struttura degli acidi nucleici e la descrizione dei processi coinvolti nella replicazione del DNA, nella trascrizione e nella traduzione risultante nella sintesi proteica.

Contenuti

CHIMICA GENERALE (MODULO 1)

Principi di termodinamica

• Sistemi termodinamici e ambiente esterno.
• Prima e seconda legge della termodinamica.
• Entalpia. Reazioni eso- e endotermiche.
• Entropia ed energia libera.
• Processi spontanei, irreversibili, all'equilibrio, esoergonici e endoergonici.

Reazioni, cinetica ed equilibrio chimico

• Equazione stechiometrica.
• Cinetica delle reazioni chimiche.
• Teoria delle collisioni ed effetto sterico.
• Energia di attivazione e teoria del complesso attivato.
• Costanti di velocità. Ordine di reazione.
• Equilibrio chimico omogeneo ed eterogeneo.
• Costante di equilibrio. Fattori che influenzano l'equilibrio chimico. Legge di azione di massa. Principio di Le Chatelier. Equazione di Arrhenius.
• Catalizzatori.
• Energia libera di reazione. Equazione isoterma di van’t Hoff.
• La seconda legge della termodinamica e l'energia libera
• Classificazione delle reazioni biochimiche
• I composti fosfoesterei e l'ATP
• Reazioni redox in biochimica
  

Soluzioni

• Concetto di solubilità.
• Soluzioni molecolari, ioniche, gassose, liquide e solide.
• Entalpia di soluzione.
• Influenza della pressione e della temperatura sulla solubilità. Legge di Henry.
• Misure della concentrazione.
• Fenomeno dell’osmosi, osmolarità e pressione osmotica.

Acidi, basi e Sali

• Dissociazione e prodotto ionico dell'acqua.
• Definizione e forza di acidi e basi. Costanti Ka e Kb.
• Concetto di pH e formule di calcolo.
• Equazione di Henderson-Hasselbalch. Acidi mono- e poliprotici.
• Soluzioni tampone. Tampone fosfato e bicarbonato.
• Neutralizzazione.
• Solubilità molare, prodotto ionico e di solubilità. Sali poco solubili. Fattori che modificano la solubilità dei sali. Ione comune.

Elettrochimica

• Soluzioni elettrolitiche e conducibilità elettrica.
• Potenziale elettrico, forza elettromotrice. Pile o celle galvaniche.
• Elettrodo a idrogeno. Potenziale standard di riduzione.
• Equazione di Nernst. Elettrolisi. Accumulatori.

 

CHIMICA ORGANICA (modulo 2)

Al termine del corso lo studente conosce: le premesse introduttive alla Propedeutica Biochimica (Chimica Organica) [polarità dei legami, concetto di idrofobicità e di idrofilicità, interazioni deboli, le caratteristiche elettroniche dei legami s e p, caratteristiche elettroniche e ibridizzazione del carbonio, chiralità e attività ottica]; le proprietà e la reattività chimica degli idrocarburi alifatici e aromatici; le proprietà e le caratteristiche reattività chimica dei composti monofunzionali (alcoli, aldeidi, chetoni, alcoli, tioalcoli, ammine, acidi carbossilici e i derivati ammidi, anidridi, esteri e tioesteri); le proprietà delle biomolecole glucidi e lipidi; i nucleosidi e i nucleotidi; l'importanza del legame estereo in Biochimica; le caratteristiche generali degli amminoacidi.

Elementi di Chimica organica

• Caratteristiche elettroniche e ibridazione del C.
  
• Molecole contenenti atomi di carbonio (chirale) e attività ottica.
  
• Struttura, proprietà e reattività di idrocarburi alifatici saturi e insaturi, alogenuri alchilici e idrocarburi aromatici.
  
• Struttura e reattività chimica dei composti monofunzionali: alcoli, eteri, tioalcoli, ammine, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati (ammidi, esteri, anidridi, anidridi miste inorganiche/organiche e tioesteri).

Le pricipali biomolecole

• Composizione, struttura, reattività e caratteristiche chimiche dei glucidi (monosaccaridi, oligosaccaridi, polisaccaridi);
  
• Composizione, struttura, reattività e caratteristiche chimiche dei lipidi (trigliceridi, fosfolipidi, sfingolipidi, glicolipidi e colesterolo);
  
• Aminoacidi ordinari e loro classificazione;
  
• Basi azotate puriniche e primidiniche (nucleosidi, nucleotidi);
• Anidridi miste inorganiche/organiche e tioesteri (legami a elevata energia di idrolisi).
  

 

BIOCHIMICA (modulo 3)

Peptidi e proteine

• Legame peptidico e struttura primaria delle proteine
• Struttura tridimensionale delle proteine; denaturazione e ripiegamento
• Funzione delle proteine: mioglobina ed emoglobina

Enzimi e enzimologia

• Introduzione (classificazione) e meccanismo d’azione
• Cinetica enzimatica ed equazione di Michaelis-Menten
• Coenzimi e cofattori; meccanismi di inibizione e allosteria
• Funzione delle proteine enzimatiche: complessi e supercomplessi della catena respiratoria mitocondriale
  

Acidi nucleici

• Struttura degli acidi nucleici (forme di DNA e RNA); DNA mitocondriale
• Cromosomi; il codice genetico e le sue variazioni naturali

Metabolismo del DNA

• Replicazione del DNA: regole fondamentali e fasi del processo replicativo, caratteristiche funzionali delle DNA polimerasi e altri enzimi e proteine coinvolti nella replicazione del DNA (elicasi, ligasi)
• Ricombinazione e riparazione del DNA
• Telomeri e telomerasi

Metabolismo dell'RNA

• Sintesi DNA-dipendente dell'RNA (trascrizione; promotori e regolatori); caratteristiche funzionali della RNA polimerasi; maturazione dell’RNA (splicing, inserimento di 5’-cap e polyA; ribozimi)
• Regolazione dell’espressione genica
• Trascrittasi inversa e virus RNA
• Degradazione del mRNA
• microRNA e altri RNA non codificanti (biogenesi, meccanismi di azione e cancro)
• DNA technologies (DNA sequencing, PCR, CRISPR, and forensic DNA analysis)
  

Sintesi proteica

• Struttura dei ribosomi e peculiarità del tRNA; aminoacil-tRNA sintasi
• Sintesi proteica: inizio, allungamento, terminazione, piegatura ed elaborazione post-traduzionale; targeting e degradazione delle proteine (ubiquitina, proteasi e proteasoma)

Testi/Bibliografia

Le presentazioni in PowerPoint integrate da appunti personali possono fornire un utile supporto allo studio della materia. Si suggerisce di affiancare al suddetto materiale libri di testo di chimica e biochimica (in quest'ultimo caso con la possibilità che lo stesso possa essere utilizzato per il corso di biochimica del secondo semestre).

I libri suggeriti sono i seguenti:

• Denniston, Topping, Quirk Dorr, Caret
  CHIMICA GENERALE, CHIMICA ORGANICA, PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
  Ed. Mc Graw Hill ISBN 978883869729-6
  

• Nelson, Cox
  PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER
  Ed. Zanichelli ISBN 9788808920690

Metodi didattici

Lezioni frontali e on-line basate su presentazioni Power-Point

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di esame sarà costituita da un esame scritto in presenza su gli argomenti dei moduli di chimica generale e chimica organica.

L'esame di chimica generale è scritto, prevede un'ora di tempo e consiste nella risoluzione di 3 esercizi. L'esame di Chimica Organica è scritto, prevede un'ora di tempo e consiste di 2 domande a risposta aperta.

La valutazione parziale dei moduli 1 e 2 (Chimica generale e chimica organica) concorrerà con un peso proporzionale ai CFU al voto del C.I. di Biochimica (totale: 20 CFU + 1 CFU di Laboratorio) che sarà espresso in 30esimi (con possibilità di lode). Il voto relativo al modulo rimarrà valido per 2 anni.

Strumenti a supporto della didattica

Tutte le lezioni saranno supportate da presentazioni Power-Point, rese disponibili prima delle lezioni.

In previsione dell'esame verranno organizzate delle lezioni aggiuntive su esercizi e domande per l'esame.

Per l'orario di ricevimento, consultare il sito web dei docenti Vitaliano Tugnoli e Michele Di Foggia

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michele Di Foggia

Consulta il sito web di Vitaliano Tugnoli

Consulta il sito web di Maria Luisa Genova