Obiettivi formativi
L'insegnamento di Chimica e Propedeutica Biochimica ha l'obiettivo di consentire allo Studente di conoscere e comprendere la correlazione tra la struttura elettronica dell’atomo e delle molecole, sia inorganiche che organiche, e le loro proprietà chimiche. Particolare attenzione viene dedicata alle macromolecole di interesse biologico.
Lo Studente dovrà comprendere:
1) la struttura delle molecole;
2) come reagiscono le molecole ed il ruolo fondamentale dell'acqua nel definirne la reattività;
3) le funzioni svolte dalle molecole che compongono la cellula, vista come unità elementare della materia vivente.
Lo Studente dovrà acquisire le conoscenze e le capacità di comprensione che consentano di collegare la nomenclatura chimica alla corrispondente formula dei composti e di descrivere le macromolecole di interesse biologico, nonché il loro ruolo funzionale nella cellula. Lo Studente dovrà inoltre acquisire una visione d'insieme dei meccanismi che regolano le trasformazioni delle molecole e del collegamento tra la loro trasformazione e l'associato consumo e/o produzione di energia.
Prerequisiti
I prerequisiti consistono nelle conoscenze di chimica che sono necessarie per superare i test di ingresso al Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia.
Contenuti dell'insegnamento
Prima parte: struttura e proprietà dell'atomo; struttura tridimensionale e reattività delle molecole; cinetica chimica; reazioni chimiche.
Seconda parte: proprietà chimiche e strutturali dei composti organici.
Terza parte: struttura e funzione delle principali macromolecole presenti in una cellula (carboidrati, proteine, lipidi ed acidi nucleici).
Programma esteso
CHIMICA GENERALE ED INORGANICA
Introduzione e struttura dell'atomo.
Materia e sue proprietà. Elementi e composti. Particelle atomiche. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Struttura dell'atomo, orbitali atomici e numeri quantici. Struttura elettronica degli elementi.
Periodicità delle proprietà degli elementi.
Tavola periodica degli elementi. Proprietà periodiche degli elementi: dimensioni atomiche, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività.
Il legame chimico.
Legame ionico, legame covalente (puro, polare, dativo) e legame metallico. Interazioni intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, legame a idrogeno, forze di van der Waals.
Sistematica chimica.
Idruri, idracidi, ossidi basici e ossidi acidi, perossidi, idrossidi, ossiacidi, sali neutri e sali acidi: reazioni di formazione, bilanciamento, nomenclatura.
Cinetica chimica.
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.
Equilibrio chimico.
Concetto di equilibrio dinamico. Legge di azione delle masse e costante di equilibrio. Fattori che influenzano l'equilibrio: variazioni di concentrazione, temperatura, pressione. Principio di azione e reazione (principio di Le Chatelier).
Termodinamica chimica.
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.
Soluzioni.
La concentrazione di una soluzione. Proprietà colligative delle soluzioni. Acidi e basi: teoria di Arrhenius, teoria di Bronsted e Lowry, teoria di Lewis. Equilibri acido-base. La forza degli acidi e delle basi. Dissociazione ionica dell'acqua. Concetto di pH e soluzioni tampone. Esercizi sui modi di esprimere la concentrazione di una soluzione. Esercizi sulle proprietà colligative e sul calcolo del pH di soluzioni acquose.
STECHIOMETRIA
La chimica attraverso gli esercizi. Calcoli stechiometrici. Rapporti ponderali nelle reazioni chimiche. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.
CHIMICA ORGANICA
Orbitali ibridi del carbonio. Formule di struttura. Concetto di risonanza.
Introduzione alla Chimica Organica: concetti generali. Gruppi funzionali: definizione e classificazione dei gruppi funzionali. Gruppi funzionali in biochimica. Rappresentazione delle molecole organiche. Nozioni di nomenclatura delle molecole organiche. Interazioni intermolecolari e proprietà fisiche delle molecole organiche. Isomeria. Isomeria strutturale e stereoisomeria. Isomeri geometrici. Concetti di simmetria e asimmetria molecolare. La chiralità: enantiomeri. Reattività: nucleofili ed elettrofili, meccanismi di reazione, tipi di reazioni in chimica organica, reazioni di ossido-riduzione di molecole organiche. Intermedi: ioni organici e la loro stabilità.
Idrocarburi. 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. Benzene: aromaticità e risonanza, proprietà. Reattività del benzene e principali reazioni. Effetto orientante dei sostituenti nelle reazioni di sostituzione: effetto induttivo e mesomerico.
Alcoli e fenoli, Eteri. Struttura, classificazione. Proprietà fisiche di alcoli ed eteri. Acidità di alcoli e fenoli. Reazioni caratteristiche. Meccanismo della sostituzione nucleofila e la eliminazione di acqua negli alcoli. Cenni alla chimica dei tioli.
Ammine. Struttura, classificazione. Proprietà fisiche. Ammine alifatiche ed aromatiche. Basicità delle ammine in funzione dei sostituenti. Ammine come nucleofili.
Aldeidi e chetoni. Struttura del gruppo carbonile. Proprietà fisiche. Reazioni caratteristiche. Addizione nucleofila: meccanismi di reazioni con l'acqua (formazione d'idrati), gli alcoli (emiacetali ed acetali), le ammine (immine o basi di Schiff) e gli idruri (riduzione); condensazione aldolica.
Acidi carbossilici. Caratteristiche del gruppo carbossilico. Proprietà fisiche. Proprietà acide e variazione dell'acidità in funzione dei sostituenti. Reazioni caratteristiche. Meccanismo della sostituzione nucleofila (addizione-eliminazione): formazione dei derivati degli acidi carbossilici. Reattività. Esteri: proprietà e reazioni tipiche. Meccanismo della esterificazione di Fisher. Idrolisi in ambiente acido e in ambiente basico (saponificazione). Ammidi: struttura e stabilità chimica.
PROPEDEUTICA BIOCHIMICA
Carboidrati
Nomenclatura e classificazione. Isomeria ottica dei carboidrati. Struttura, proprietà e funzioni dei principali carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Lipidi
Acidi grassi, trigliceridi, saponificazione. Fosfolipidi e cerebrosidi: struttura e proprietà. Membrane lipidiche: micelle, bilayers. Membrane biologiche: cenni sulla struttura e loro principali funzioni.
Amminoacidi e proteine
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.
Basi azotate ed acidi nucleici
Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Acidi nucleici (RNA e DNA) e loro struttura.
Bibliografia
"Chimica medica e propedeutica biochimica" di T. Bellini. Editore Zanichelli.
“Chimica e Propedeutica Biochimica” di F.A. Bettelheim. Editore Edises.
“Chimica Generale, Chimica Organica, Propedeutica Biochimica” di K.J. Denniston, J. J. Topping, D. R. Quirk Dorr, R. L. Caret. Editore Mc Graw Hill.
Metodi didattici
Le lezioni si svolgeranno in presenza. Il materiale didattico sarà depositato sulla specifica piattaforma ad accesso riservato agli studenti (Elly).
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell'apprendimento dei contenuti del corso viene effettuata mediante prova scritta (con domande a risposta multipla e aperte). Gli esiti delle prove scritte sono comunicati tramite Esse3.
Gli Studenti con DSA/BSE possono preventivamente contattare il Centro di Accoglienza e Inclusione dell'Ateneo (cai@unipr.it).
