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

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.
• 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.

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.

Stati della materia

• Stati di aggregazione.
• Equazione di stato dei gas.
• Tensione di vapore, tensione superficiale, viscosità.
• Proprietà dell’acqua.
• Stato solido amorfo e cristallino.

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.

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.

Composti organici

• Configurazione elettronica del carbonio e stereochimica.
• Idrocarburi alifatici, alcani e cicloalcani.
• Idrocarburi insaturi, alcheni, alchini e composti aromatici. Risonanza. Composti aromatici eterociclici.
• 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.
• Meccanismi cinetici organici. Reazioni di eliminazione. Reazioni di addizione. Reazioni di sostituzione.

  Macromolecole Biologiche

• 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.
• Aminoacidi: classificazione, struttura chimica e proprietà acido-base. Titolazione di aminoacidi
• Peptidi e proteine: caratteristiche generali; i 4 livelli di organizzazione delle proteine. Denaturazione e ripiegamento.
• Le proteine eme: struttura e funzionalità di emoglobina e mioglobine.
• Le immunoglobuline.

Enzimi e enzimologia

• Classificazione
• Effetti sulla velocità di reazione e sulla termodinamica
• Cinetica enzimatica ed equazione di Michaelis-Menten
• I meccanismi di inibizione
• Coenzimi e cofattori
• Allosteria

Bioenergetica

• La seconda legge della termodinamica e l’energia libera
• Classificazione delle reazioni biochimiche
• I composti fosfoesterei e l’ATP
• Le reazioni redox in biochimica

Nucleotidi e Acidi nucleici

• Struttura e nomenclatura dei nucleotidi
• Legami fosfodiestere
• Struttura tridimensionale del DNA (forme di DNA A, B e Z).
• Strutture dell'RNA.
• Denaturazione degli acidi nucleici.
• Organizzazione del DNA, superavvolgimento e topoisomerasi, nucleosomi e istoni.

Metabolismo del DNA - Replicazione

• Replicazione del DNA: regole e loro significati, meccanismo di reazione.
• Caratteristiche funzionali delle DNA polimerasi e altri enzimi e proteine coinvolti nella replicazione del DNA (elicasi, ligasi); meccanismo catalitico delle ligasi e fasi del processo replicativo.
• Riparazione del DNA.
• Ricombinazione del DNA.
• Telomeri e telomerasi.

Metabolismo dell'RNA - Trascrizione

• RNA polimerasi.
• Sintesi DNA-dipendente dell'RNA (trascrizione).
• Trascrizione nei procarioti e negli eucarioti.
• Promotori e regolatori di trascrizione.
• Modifiche post-trascrizionali: significato e meccanismi molecolari dello splicing e dell'inserimento di 5’-cap e polyA.

Sintesi proteica - Traduzione

• Il codice genetico.
• Struttura dei ribosomi e peculiarità del tRNA.
• Sintesi proteica: reazione aminoacil-tRNA sintasi; inizio, allungamento, terminazione, piegatura e 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

• D'Andrea
  BIOCHIMICA ESSENZIALE
  Ed. EdiSES ISBN 978887959953-5

• Bettelheim, Brown, Campbell, Farrell, Torres
  CHIMICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
  Ed. EdiSES ISBN 978887959841-5

• Devlin
  BIOCHIMICA CON ASEPTTI CLINICI
  Ed. EdiSES ISBN 978887959675-6

 Nelle prime lezioni del corso verranno fornite indicazioni sui capitoli dei vari libri a cui fare riferimento per lo studio.

 

 

Metodi didattici

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

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La valutazione dei contenuti del corso si basa solo su un esame finale; non sono previsti esami in itinere. La prova finale consiste in un unico esame scritto, della durata massima di due ore.

In caso di limitazioni imposte dalle autorità politiche e sanitarie, l'esame verrà svolto online sulla piattaforma EOL

Durante l'esame è consentito solo l'uso della normale cancelleria (es. matite, penne, gomma, righelli, ecc.), di una calcolatrice e della tavola periodica.Durante l'esame è severamente vietata la presenza di dispositivi elettronici, diversi da un semplice orologio e dalla suddetta calcolatrice.

Per sostenere l'esame gli studenti devono iscriversi tramite AlmaEsami entro i termini indicati. Durante l'esame gli studenti devono essere in possesso di un documento di identità e del badge universitario.

Il punteggio complessivo dell'esame è di 31,50 punti, equamente suddiviso in 14,00 punti per la parte “Chimica” e 17,50 punti per quella “Biochimica”. Ogni singola prova scritta comprenderà sia la parte “Chimica” che quella “Biochimica” e non è frazionabile.

Il voto finale viene calcolato sommando i punti ottenuti in entrambe le parti sopra citate e arrotondandoli alla cifra intera più vicina. Non esiste un punteggio minimo, poiché costituisce solo una parte del corso integrato di BIOCHIMICA
Se uno studente ottiene un punteggio complessivo di 30,5 punti o più, viene assegnato 30L.

I risultati degli esami verranno pubblicati online su AlmaEsami. In caso di superamento dell'esame, il voto associato sarà ufficialmente registrato solo dopo la conferma dello studente da inviare al Prof. Michele Di Foggia (michele.difoggia2@unibo.it), utilizzando la mail istituzionale dello studente (ad es. nome.cognome@studio.unibo.it) una volta terminati gli esami del corso integrato.

La validità di un esame positivo sarà di 2 anni dalla data dell'esame; trascorso tale termine il risultato raggiunto e non confermato decadrà.

Se uno studente decide di sostenere nuovamente l'esame, indipendentemente dall'esito associato, il risultato ottenuto nell'esame precedente verrà automaticamente annullato. L'esame può essere ripetuto in qualsiasi sessione d'esame.

Saranno resi disponibili alcune prove di esame degli anni precedenti.

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.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michele Di Foggia