00088 - CHIMICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede una preparazione che gli permetta di conoscere: a) le nozioni di base di chimica generale b) i rapporti che intercorrono tra struttura molecolare e ruolo biologico dei principali composti presenti nel corpo umano e dei comuni fattori nutrizionali c) i principi mediante i quali questi composti possono interagire tra loro e modificarsi per consentire alle cellule di svolgere le funzioni di base e specializzate. In particolare lo studente è in grado di: • conoscere le proprietà' dell'acqua, delle soluzioni, degli acidi, delle basi e dei sali, con particolare riferimento alle strutture inorganiche e cristalline presenti nei tessuti dentali; • identificare le proprietà’ chimiche, le caratteristiche strutturali, l’organizzazione molecolare e l’orientamento spaziale, dei carboidrati, dei lipidi, delle proteine e degli acidi nucleici, riferendole alle principali funzioni biologiche che essi svolgono nel corpo umano e, in particolare, nei tessuti dentali; • interpretare i processi di produzione energetica cellulare riferendoli alle leggi della termodinamica; • conoscere i principi che regolano i meccanismi della catalisi enzimatica; • utilizzare le conoscenze acquisite per definire e interpretare le basi biochimiche e molecolari di alcuni importanti processi fisiologici e fisiopatologici che riguardano l’apparato stomatognatico;

Contenuti

Chimica

Struttura e proprietà dell'atomo - Struttura del nucleo e delle particelle fondamentali dell'atomo. Decadimento nucleare. Nomenclatura per atomi e molecole. Struttura dell'atomo secondo la meccanica classica e ondulatoria. Orbitali e numeri quantici. Principi di aufbau, Pauli, Hund. Tavola periodica degli elementi e sue proprietà. Carica nucleare efficace. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e carattere metallico.

Legami chimici - Legame ionico. Legge di Coulomb. Valenza ionica. Proprietà dei composti ionici. Legame covalente. Notazione di Lewis. Regola dell’ottetto. Teoria del legame di valenza. Legami sigma e pi-greco. Stato fondamentale e di valenza. Teoria VSEPR. Ibridazione degli orbitali del carbonio e risonanza. Legame covalente puro, dativo e di coordinazione. Teoria degli orbitali molecolari. Orbitali di legame e di antilegame. Il legame metallico. Formule minime, molecolari e di struttura. I legami deboli ed intermolecolari. Dipoli e forze di van der Waals, di dispersione e di repulsione. Forza ionica. Molecole polari, apolari, idrofiliche, idrofobiche e anfipatiche. Legame a idrogeno.

Struttura e nomenclatura dei principali composti inorganici.

Principi di termodinamica (diapositive docente) – 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.

Stati della materia (diapositive docente; cap. 5 Chimica e Propedeutica Biochimica) - Stati di aggregazione. Equazione di stato dei gas. Tensione di vapore, tensione superficiale, viscosità. Proprietà dell’acqua. Stato solido amorfo e cristallino. Grado di cristallinità. Il reticolo cristallino e le celle unitarie. I reticoli di Bravais. Difetti nelle strutture dei cristalli.

Reazioni, cinetica ed equilibrio chimico (diapositive docente; cap. 4, 7 Chimica e Propedeutica Biochimica) - Equazione stechiometrica. Cinetica delle reazioni chimiche. Equazione canonica. 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.

Soluzioni (diapositive docente; cap. 6 Chimica e Propedeutica Biochimica) – 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 (diapositive docente; cap. 8 Chimica e Propedeutica Biochimica) - 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 (diapositive docente; cap. 9 Chimica e Propedeutica Biochimica) - 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.

Composti organici (diapositive docente; cap. 11, 12, 13, 14 Chimica e Propedeutica Biochimica) - Idrocarburi alifatici, alcani e cicloalcani. Idrocarburi insaturi, alcheni, alchini e composti aromatici.

Struttura e proprietà delle principali classi di composti monofunzionali: alogenuri, alcoli, enoli e fenoli, tioalcoli, eteri e tioeteri, ammine, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati.

Isomeri costituzionali. Stereoisomeri. Chiralità, enantiomeria e stereoisomeria. Isomeri geometrici (cis-trans) e conformazionali. Monosaccaridi aldosi e chetosi. Derivati dei monosaccaridi: esteri, acidi, aminozuccheri. Strutture lineari e cicliche dei monosaccaridi. Gli anomeri. Il legame glicosidico. Disaccaridi e polisaccaridi. Glicosaminoglicani. Acidi grassi saturi, insaturi e essenziali. Trigliceridi. Glicerofosfolipidi, sfingolipidi, glicolipidi. Colesterolo.

Struttura, classificazione e proprietà degli aminoacidi proteici. Il legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Proteine globulari e fibrose. Glicoproteine e proteoglicani.

Biochimica

Enzimologia (diapositive docente; cap. 7 Biochimica Medica) – Struttura generale e classificazione degli enzimi. Cofattori e coenzimi. Interazioni enzima-substrato. Cinetica enzimatica. Energia di attivazione, stato di transizione e stati intermedi. Equazione di Michaelis-Menten. Stato stazionario. Significato di Km, Vmax e kcat. Grafici lineari di cinetica enzimatica. Unità di misura dell'attività enzimatica. Meccanismi di regolazione enzimatica. Enzimi allosterici e loro cinetica. Effetto cooperativo. Inibizione enzimatica reversibile e irreversibile.

Introduzione al metabolismo (diapositive docente; pagg. 258-259 Biochimica Medica) - Anabolismo e catabolismo. Idrolisi dell’ATP e potenziale di trasferimento del fosfato. Fattori che contribuiscono ad aumentare il valore assoluto di energia libera di idrolisi di particolari legami fosforici.

Metabolismo glucidico (diapositive docente; cap. 12 Biochimica Medica) - Digestione e assorbimento dei carboidrati. Glicolisi aerobica e anaerobica. Reazioni glicolitiche reversibili e irreversibili. Fosforilazioni a livello del substrato. Enzimi di regolazione del flusso glicolitico. Fosfofruttochinasi 1 e 2. Resa energetica della glicolisi. Destini alternativi degli intermedi glicolitici. Utilizzo del mannosio, fruttosio e galattosio. La via dei pentoso-fosfati. Metabolismo del glutatione, glutatione reduttasi e perossidasi. Gluconeogenesi. Ciclo di Cori. Glicogenolisi e glicogenosintesi. Regolazione ormonale del metabolismo glucidico.

Metabolismo lipidico (diapositive docente; cap. 13, 22 Biochimica Medica) - Digestione e assorbimento dei lipidi. Lipoproteine plasmatiche. Lipolisi e sua regolazione ormonale. Beta-ossidazione degli acidi grassi. Ruolo della carnitina. Ossidazione nei perossisomi e nei microsomi. Chetogenesi. Biosintesi di acidi grassi e trigliceridi. Biosintesi del colesterolo. Regolazione dell'HMG-CoA reduttasi. Sintesi delle prostaglandine e dei leucotrieni. Derivati di DHA e EPA. Effetto dei glucocorticoidi sulla sintesi delle prostaglandine.

Metabolismo aminoacidico e proteico (diapositive docente; cap. 14 Biochimica Medica) - Digestione e assorbimento delle proteine. Degradazione intracellulare delle proteine. Proteasoma. Transaminazione e desaminazione. Metabolismo dello ione ammonio/ammoniaca e trasporto al fegato. Ruolo della glutamina e dell'asparagina. Ciclo glucosio-alanina. Aminoacidi essenziali, glucogenetici e chetogenetici. Ciclo dell'urea e sua regolazione.

Metabolismo nucleotidico (diapositive docente; cap. 16 Biochimica Medica) - Digestione degli acidi nucleici. Degradazione e vie di recupero delle nucleobasi. Vie di formazione dell’acido urico.

Metabolismo energetico mitocondriale (diapositive docente; cap. 10, 12 Biochimica Medica) - Piruvato deidrogenasi. Ciclo dell'acido citrico e sue interrelazioni metaboliche. Reazioni anaplerotiche. Teoria chemio-osmotica di Mitchell. Complessi della catena respiratoria mitocondriale. Ciclo del coenzima Q. Elettrochimica della catena respiratoria. ATP sintasi. Accoppiamento respirazione/fosforilazione ossidativa. Il controllo respiratorio. Trasporto di equivalenti riducenti nei mitocondri.

 

Testi/Bibliografia

I principi di biochimica di Lehninger di David L Nelson, Michael M Cox.

Metodi didattici

Lezioni frontali

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto con domande aperte

Strumenti a supporto della didattica

Diapositive ppt del docente

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Vitaliano Tugnoli

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