Obiettivi formativi
Conoscenze:
Il corso ha lo scopo di fornire i concetti fondamentali indispensabili per intraprendere lo studio dei meccanismi termodinamici e biochimici di funzionamento degli organismi viventi. In particolare evidenzierà le strategie sintetiche che producono combustibile metabolico negli organismi viventi. Sarà, inoltre, discusso il ruolo metabolico, fisiologico e farmaceutico che tali composti hanno negli organismi che li producono, oppure negli organismi che vengono in contatto con tali molecole. Tali concetti verranno, poi, utilizzati per comprendere come sia possibile progettare processi di fermentazione o digestione enzimatica che permettano di generare prodotti ad alto valore aggiunto.
Capacità di comprensione:
viene curata l'acquisizione di un linguaggio formalmente corretto, viene stimolata la capacità di esprimere i contenuti in modo chiaro e lineare, vengono sottolineati i collegamenti tra le diverse parti del corso e come queste contribuiscano alla comprensione globale del sistema.
Applicazione delle conoscenze:
il corso fornisce gli strumenti per interpretare in modo razionale le principali vie biologiche che portano alla produzione dei composti ad alto contenuto energetico fondamentali per le biogenesi secondarie. Permette di comprendere la base dei processi industriali di fermentazione e di digestione enzimatica.
Stimola, inoltre, nello studente la comprensione di eventi che precedentemente erano stati affrontati solo in maniera fenomenologica.
Prerequisiti
Conoscenze di Chimica Organica e Biochimica
Contenuti dell'insegnamento
Il corso ha lo scopo di fornire i concetti fondamentali indispensabili per intraprendere lo studio della bioenergetica degli organismi viventi e della chimica delle fermentazioni. A tale proposito, nella prima parte del corso vengono presi in considerazione i concetti di chimica prebiotica e di omochiralità biologica.
Al termine della prima parte si affronta l'argomento relativo alle possibili ipotesi di nascita della vita sulla terra. Successivamente sono approfonditi i meccanismi di produzione di energia degli organismi eterotrofi (sia di tipo procariotico che di tipo eukariotico) e di quelli autotrofi (fotofosforilazione ciclica e non ciclica). Particolari accenni sono dedicati alla termodinamica dei sistemi non all’equilibrio ed alla produzione di molecole ad alto contenuto energetico, o trasferitori di gruppo, che saranno utilizzati nella fase metabolica degli organismi viventi. Verrà successivamente preso in considerazione come sia possibile, conoscendo meccanismi che regolano i processi catabolici, progettare processi fermentativi o biotecnologici per la produzione di molecole ad alto valore aggiunto (produzione industriale di vitamine, di pigmenti e di sintoni naturali per biomateriali). Per meglio comprendere i processi descritti e per inserirli in un contesto applicativo, vengono trattati e discussi con gli studenti esempi pratici dove tali concetti sono applicati.
Programma esteso
Energia, lavoro, ordine; conservazione dell'energia e leggi della termodinamica; flussi di energia in natura e nei sistemi non all'equilibrio. Evoluzione nei sistemi biologici; chimica prebiotica, omochiralità biologica, prokarioti ed eukarioti, Cenni sulle origini della vita sulla terra. Catabolismo. Reazioni Redox nei processi di Glicolisi, ciclo di Krebs e Respirazione Mitocondriale e catene di trasporto di elettroni in discesa nei sistemi biologici. Fotofosforilazione ciclica e non ciclica e trasporto di elettroni in salita. Utilizzo delle molecole ad alto contenuto energetico nel ciclo di Calvin. Enzimi e coenzimi; ruolo di enzimi e coenzimi nella catalisi biologica; processi fermentativi o enzimatici per la produzione di molecole ad alto valore aggiunto (produzione industriale di vitamine, di pigmenti e di sintoni naturali per biomateriali).
Bibliografia
D.N. Nicholls, S.J.Ferguson, Bioenergetics 3,Academic Press, London
D.N. Nicholls, S.J.Ferguson, Bioenergetics 4, Academic Press, London
G. Fornari, M. T. Gando, V, Evangelisti, Microbiologia e chimica delle fermentazioni, Zanichelli
Metodi didattici
Il corso si svolge in 21 ore di lezioni in presenza o in modalità mista, nel caso di impossibilità ad erogare lezioni in presenza. Durante le lezioni, gli studenti sono guidati alla comprensione dei concetti di base della produzione di energia degli organismi viventi (Bioenergetica) e della possibilità di utilizzare tali conoscenze per progettare processi fermentativi e biotecnologici, con l'intento di comprendere il funzionamento degli organismi viventi. Durante ogni serie di argomenti, e alla fine, vengono discussi esempi pratici relativi agli argomenti trattati, che vengono poi discussi allo scopo di consentire allo studente di valutare il loro livello di comprensione della materia. La partecipazione degli studenti è stimolata a razionalizzare le logiche che gli organismi viventi usano per produrre combustibili metabolici che sono di loro interesse.
Modalità verifica apprendimento
Durante lo svolgimento del corso sono programmate sessioni di verifica del grado di comprensione dei concetti che vengono trattati e la loro capacità di assimilarli. In particolare viene valutato come e se sono in grado di percepire il concetto ponendo loro quesiti specifici che sollecitano la loro partecipazione alla definizione del l’argomento in trattazione (verifica della capacità di comprendere).
All’inizio od al termine di ogni specifico argomento, sono programmate sessioni tutoriali dove vengono affrontate situazioni reali e dove vengono testate le capacità degli studenti di discutere ed interpretare problemi concreti (capacità di applicare le conoscenze in un contesto diverso dalla parte teorica).
La prova finale consiste in una prova scritta dove è prevista una discussione su un argomento di bioenergetica e di chimica delle fermentazioni. Viene valutata la capacità dello studente di gestire gli argomenti ed il suo grado di comprensione dei concetti utilizzati. La votazione prenderà in considerazione tutti gli aspetti.
Altre informazioni
Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni è disponibile sulla piattaforma ELLY. Sulla piattaforma ELLY sono disponibili anche brevi lezioni per studenti che non riescono a frequentare. Il docente si intrattiene con gli studenti per chiarimenti e discussioni al termine della lezione ed è disponibile a fornire ulteriori chiarimenti, previo appuntamento.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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