Obiettivi formativi
Consentire allo studente di conoscere e comprendere i principi fondamentali della chimica, le proprieta' chimiche delle principali molecole di interesse biologico, gli aspetti funzionali ed inter-relazionali delle biomolecole ed infine gli agenti eziologici presenti nell’ambiente che sono responsabili di manifestazioni patologiche e della insorgenza di tumori. Queste competenze, unitamente all’acquisizione di nozioni di terminologia medica risulteranno funzionali per la comprensione delle materie che verranno insegnate nei corsi più specializzati e per la futura attività professionale.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
FONDAMENTI DI CHIMICA
Il modulo può essere diviso in tre parti. Una prima parte riguarda argomenti di Chimica Generale su sostanze elementari e composti chimici, tavola periodica, simboli chimici degli elementi, definizione ed applicazione del numero di ossidazione, nomenclatura dei composti inorganici e regole per il bilanciamento delle reazioni redox e non redox. La seconda parte rigurda la struttura dell'atomo, il legame chimico e gli stati di aggregazione della materia. La terza ed ultima parte tratta le soluzioni, l'equilibrio chimico, le soluzioni tampone ed il pH.
BIOCHIMICA
Nella prima sezione del Corso, dopo una breve introduzione ai principi di base della Chimica Organica, nel contesto della Biochimica Strutturale sono presentate le principali molecole dei sistemi biologici: Carboidrati, Lipidi, Proteine ed Acidi Nucleici, ed ATP come trasportatore di energia.
Nella seconda sezione l’oggetto è la Biochimica Metabolica con particolare rilievo alla bioenergetica, alle ossido-riduzioni biologiche, ed al metabolismo cellulare.
PATOLOGIA E CANCEROGENESI AMBIENTALI
Vengono trattate le cause fisiche, chimiche e biologiche di malattia, la patologia ambientale e nutrizionale, l’oncologia cellulare e molecolare ed infine l’ eziologia dei tumori.
Programma esteso
FONDAMENTI DI CHIMICA
Sostanze elementari e composti chimici. Tavola Periodica. Simboli chimici degli elementi. Fenomeni chimici e fenomeni fisici. Sistemi chimicamente omogenei ed eterogeni. Le miscele. Teoria atomica di Dalton. L’atomo come unità fondamentale della materia, attraverso cui avvengono le trasformazioni chimiche. Legge di Lavoisier. La definizione di massa e di peso. Il principio di Avogadro. Massa e Peso atomico. La scala dei pesi atomici. Peso Molecolare. Formule chimiche: significato qualitativo e quantitativo. Unità di massa atomica. Simboli chimici e formule. Particelle subatomiche fondamentali: protone, neutrone ed elettrone. Numero atomico e numero di massa.
Definizione ed applicazione di numero di ossidazione. I numeri di ossidazione degli elementi. Nomenclatura dei composti inorganici: ossidi ed idrossidi. Preparazione degli idrossidi. I perossidi, gli ossidi basici e le anidridi. Nomenclatura IUPAC, di Stock e tradizionale per ossidi, anidridi ed idrossidi. Gli acidi: idracidi (nomenclatura IUPAC e tradizionale) e ossoacidi (nomenclatura tradizionale). I sali e le reazioni di salificazione: reazioni di semplice scambio e reazione di doppio scambio.
Regole per il bilanciamento delle Reazioni non Redox e Redox. Sostanze a carattere acido e sostanze a carattere basico. Equazioni molecolari ed equazioni ioniche.
Struttura dell’atomo: natura elettrica della materia, natura corpuscolare dell’elettricità. Modello atomico di Thomson e di Rutherford. Isotopi ed isobari. Radiazione elettromegnetica. Teoria quantica e relazione di Planck. Atomo di Bohr. Dualismo onda – particella (Relazione di De Broglie). Principio di indeterminazione di Heisenberg. Orbitali atomici e numeri quantici. Atomi Polielettronici. Aufbau: Regole di Hund e Principio di esclusione del Pauli. Tavola periodica. Proprietà periodiche: energia di prima ionizzazione, affinità elettronica ed elettronegatività. Metalli e non metalli.
Il legame chimico. Legame ionico e legame covalente. Teoria di Lewis. Regola dell’ottetto. Espansione della sfera di valenza. Legame covalente polare ed apolare. Legame covalente dativo. Calcolo della percentuale di carattere ionico di un legame. Geometria molecolare. Teoria VB o del legame di valenza. Ibridizzazione (esempio Carbonio: sp3, sp2, sp). Legami deboli. Forze di Van der Waals: Forze dipolo-dipolo; Forze dipolo – dipolo indotto; Forze dipolo istantaneo – dipolo istantaneo. Legame ad idrogeno. Molecole paramagnetiche e diamagnetiche.
Stati di aggregazione della materia. Stato gassoso. Equazione di stato dei gas perfetti. Leggi dei gas ideali: Legge di Boyle, di Gay-Lussac I°; di Gay- Lussac II°, Legge di Dalton sulle miscele di gas. Gas reali. Stato liquido: proprietà. Tensione superficiale; evaporazione, tensione di vapore, ebollizione, punto di ebollizione. Passaggi di stato. Le soluzioni: concentrate e diluite. Modi di esprimere la composizione di una soluzione (% peso/peso; %peso/volume; %volume/volume; molarità, molalità, ppm; ppb; frazione molare). Densità di una soluzione. Dissoluzione di un solido ionico in acqua. Solubilità. Fattori che influenzano la solubilità.
Soluzioni ideali. Legge di Raoult. Proprietà colligative delle soluzioni. Elettroliti forti ed elettroliti deboli. Pressione osmotica. Proprietà colligative di soluzioni elettrolitiche. Stato solido: solidi cristallini e solidi amorfi. Polimorfismo ed isomorfismo. Confronto tra diamante e grafite. Tipi di trasformazioni chimiche. Equilibrio chimico: costante di equilibrio. Principio dell’equilibrio mobile.
Effetto della variazione di temperatura sulla costante di equilibrio. Fattori che influenzano la posizione dell’equilibrio. Equilibri eterogenei ed equilibri di solubilità (costante del prodotto di solubilità). Acidi e basi: teoria di Arrhenius, teoria di Bronsred-Lowry, teoria di Lewis. La forza degli acidi e delle basi. Effetto livellante dell’acqua. Equazione di Henderson-Hasselbach. Il prodotto ionico dell’acqua. Il pH di una soluzione. Gli indicatori. La misura del pH.
Valori di pH per alcune soluzioni. Soluzioni tampone. Idrolisi. Coppia acido-base coniugata. Relazione tra Ka, Kb, Kw di una coppia acido base coniugata. Elettrochimica: elettrolisi e celle galvaniche. Forza elettromotrice totale: potenziale di elettrodo. Serie elettrochimica degli elementi. Cinetica. Velocità di reazione. Fattori che influenzano la velocità di una reazione. Teoria delle collisioni. Energia di attivazione. Effetto della temperatura sulla velocità di una reazione. Catalizzatori, catalisi enzimatica.
ESERCITAZIONI
Nomenclatura dei composti inorganici.
Reazioni di preparazione dei Sali, degli Acidi e degli Idrossidi.
Calcoli stechiometrici e reagente limitante.
Configurazioni elettroniche allo stato fondamentale degli atomi degli elementi.
Bilanciamento reazioni redox scritte in forma molecolare e ionica.
Concentrazioni delle soluzioni; densità delle soluzioni; Diluizioni delle soluzioni. Relazioni tra solubilià dei Sali e Kps.
pH e pOH di acidi forti e deboli.
BIOCHIMICA
A) PREMESSA: fondamenti di chimica organica.
B) BIOCHIMICA STRUTTURALE
Nucleotidi e acidi nucleici. Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Caratteristiche strutturali e ruolo biologico del DNA e delle diverse forme di RNA: RNA transfer, RNA messaggero, RNA ribosomiale.
Amminoacidi, peptidi e proteine. Amminoacidi: proprietà strutturali e classificazione. Peptidi e proteine: il legame peptidico e le sue caratteristiche. Struttura delle proteine: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. La conformazione e le funzioni delle proteine.
Emoglobina: struttura e funzione. Meccanismo molecolare del trasporto dell’O2. Fattori che modificano l’affinità per l’O2.
Catalisi enzimatica. Sito attivo. Specificità. Natura degli enzimi e loro classificazione.
Lipidi. Classificazione, struttura e funzione di acidi grassi, trigliceridi e colesterolo. Le membrane biologiche: il doppio strato lipidico e le proteine di membrana.
Carboidrati. Struttura e classificazione dei monosaccaridi. Il legame glicosidico, disaccaridi. Omopolisaccaridi: amido e glicogeno.
C) BIOCHIMICA METABOLICA
Energia libera e spontaneità delle reazioni. La termodinamica delle reazioni biologiche, ATP come trasportatore di energia.
PATOLOGIA E CANCEROGENESI AMBIENTALI
L’omeostasi biologica. Salute e malattia. I fattori patogeni. Basi biologiche propedeutiche al corso.
Le basi biologiche dei tumori. Terminologia. Tumori benigni e maligni.
Le cause chimiche, fisiche e biologiche dei tumori. Cancerogenesi Chimica. Inizianti e Promuoventi Tumorali.
I fattori patogeni estrinseci. Cause di malattia di natura fisica: trasferimenti di energia meccanica, termica, elettrica ed elettromagnetica.
Le radiazioni. Radioattività: emissioni accidentali e provocate. Danni biologici da radiazioni eccitanti e ionizzanti.
Cause di natura chimica. Inquinamenti dell’ambiente naturale: atmosfera, acque, suolo. Inquinamento industriale e rischi occupazionali. Sostanze inorganiche ed organiche.
Inquinamento alimentare. Cibi tossici. Contaminazioni accidentali e intenzionali.
Contaminazioni individuali da abitudini particolari. Fumo, alcol, tossico-dipendenze. Cause di natura biologica. Patologie da errata alimentazione.
Bibliografia
Franco Ugozzoli, LEZIONI DI CHIMICA, Edizioni Santa Croce.
Le basi della biochimica
di Champe Pamela C. - Harvey Richard - Ferrier Denise R.
Editore: Zanichelli
Materiale integrativo elaborato dal docente è reperibile sul sito del Corso.
Pontieri G.M. Patologia Generale per i corsi di Laurea in Professioni Sanitarie. PICCIN III Edizione.
Metodi didattici
Gli argomenti saranno trattati in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni in PowerPoint e lucidi per lavagna luminosa con illustrate figure, dati e commenti per facilitare la memorizzazione e la comprensione delle nozioni cercando di coinvolgere lo studente affinchè possa essere parte attiva della lezione. Il modulo “Fondamenti di Chimica sarà affiancato da esercitazioni di stechiometria chimica ed in particolare di calcolo delle concentrazioni delle soluzioni ed argomenti connessi. Le esercitazioni saranno svolte inizialmente alla lavagna dalla docente ed in seguito dagli stessi studenti. Compatibilmente con le disposizioni governative e di Ateneo riguardanti l'emergenza COVID-19, il corso viene articolato in lezioni frontali di carattere teorico secondo una modalità mista in presenza e a distanza. In particolare, il docente svolge la lezione in presenza (in aula) con l'ausilio di materiale informatico (slides Powerpoint) con il contemporaneo collegamento a distanza sincrono (via piattaforma Teams in streaming). Ogni lezione viene videoregistrata e caricata sul portale Elly del corso insieme alle slides ad essa pertinenti. Il docente è disponibile per chiarimenti sulle lezioni su appuntamento (concordato via e-mail) in ufficio o a distanza via Teams, oppure attraverso chat sul portale Elly del corso.
Modalità verifica apprendimento
L’accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal corso prevede un esame orale con esercitazione scritta. Mediante domande riguardanti i contenuti del corso verrà accertato se lo studente ha raggiunto l’obiettivo della conoscenza e della comprensione dei contenuti e se ha raggiunto l’obiettivo di applicare le conoscenze acquisite. Lo studente al termine del corso, utilizzando le conoscenze acquisite dovrà dimostrare conoscenze e capacità di comprensione delle nozioni acquisite su tutti gli argomenti trattati.
Qualora, a causa del perdurare dell’emergenza sanitaria, fosse necessario svolgere gli esami di profitto con la modalità a distanza, si procederà su piattaforma Teams. Per le modalità d'esame a distanza si rimanda alle linee guida dell'Ateneo all'indirizzo http://selma.unipr.it/.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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