Obiettivi formativi
Il corso ha l’obiettivo di consentire allo studente di conoscere e comprendere la struttura delle più importanti molecole sia inorganiche che organiche, incluso le macromolecole di interesse biologico. Lo studente dovrà conoscere e comprendere:
1) come reagiscono le molecole;
2) il ruolo funzionale delle biomolecole che compongono la cellula, vista come unità elementare della materia vivente;
3) gli aspetti fondamentali del metabolismo cellulare.
Risultati dell'apprendimento:
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente al termine del corso dovrà dimostrare conoscenza e capacità di comprensione circa il nome e la corrispondente formula chimica delle sostanze di interesse biologico, nonché il loro ruolo funzionale nella cellula. Dovrà sapere riconoscere i gruppi funzionali delle molecole responsabili della loro reattività. Dovrà acquisire una visione di insieme dei processi metabolici cellulari e del loro collegamento con il consumo e la produzione di energia. Dovrà apprendere le interconnessioni tra la chimica e la biologia.
Contenuti dell'insegnamento
Chimica organica: gruppi funzionali e loro reattività.
Biomolecole: amminoacidi e proteine; carboidrati semplici e complessi; lipidi.
Enzimi.
Emoglobina e mioglobina.
Schema generale del metabolismo: vie cataboliche e anaboliche.
Ruolo dell’ATP. Respirazione cellulare e metabolismo dei carboidrati.
Conversione di energia chimica in altre forme di energia utili per l’organismo.
Programma esteso
Tavola periodica e configurazione elettronica degli elementi. Legame covalente puro e polare. Numero di ossidazione, calcolo nei composti inorganici e organici; reazioni di ossido-riduzione. Concetto di acido e base, nei composti inorganici e organici, acidi forti e deboli. Concetti fondamentali della cinetica chimica; velocità di una reazione chimica e sua dipendenza da: natura chimica dei reagenti, concentrazione, temperatura e catalizzatori.
Introduzione alla Chimica Organica: tipi di ibridizzazione del carbonio; sp3, sp2, sp; formule brute, formule di struttura e razionali; principali reazioni.
Classificazione degli Idrocarburi. Alcani, cicloalcani, alcheni, alchini: struttura, nomenclatura IUPAC e tradizionale. Alcani: reazioni di alogenazione e di combustione. Alcheni: reazioni di addizione con idrogeno, alogeni, acidi alogenidrici, acqua. Regola di Markovnikov. Benzene: struttura e proprietà, concetto di risonanza. Reazioni di sostituzione elettrofila al benzene.
Alcoli: struttura, classificazione, nomenclatura IUPAC e tradizionale, generalità sulle proprietà fisiche. Cenni ai glicoli. Reazione di ossidazione degli alcoli; reazione di disidratazione intermolecolare per formare eteri. Eteri: struttura, nomenclatura IUPAC e tradizionale.
Aldeidi e chetoni: struttura, nomenclatura IUPAC e tradizionale, generalità sulle proprietà fisiche e reattività. Reazione di addizione nucleofila fra un’aldeide e un’ammina primaria.
Acidi carbossilici: struttura, nomenclatura IUPAC e tradizionale, generalità sulle proprietà fisiche, formazione di sali. Reazione di formazione degli esteri.
Ammine: nomenclatura, proprietà basiche, cenni sulle principali reazioni.
Amminoacidi: struttura generale e proprietà acido-base. Struttura delle proteine: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Denaturazione, rottura dei legami con denaturanti fisici e chimici. Principali funzioni delle proteine.
Enzimi: classificazione, modelli “lock and key” e “induced fit”. Coenzimi (ATP, NAD+, NADP+, FAD, Coenzima A) e cofattori. Cinetica enzimatica, interazione enzima-substrato. Equazione di Michaelis-Menten (Km), concetto di specificità e affinità. Dipendenza della attività enzimatica da pH e temperatura. Inibizione competitiva e non competitiva.
Le proteine che trasportano ossigeno, emoglobina e mioglobina: struttura, caratteristiche e funzione. Emoglobina: dipendenza della affinità per l’ossigeno da pressione dell’ossigeno e dal pH a livello dei tessuti (effetto Bohr). Concetto di effetto cooperativo nel legame Hb-O2, stato teso (T) e stato rilassato (R) dell’emoglobina.
Carboidrati: principali monosaccaridi (ribosio, glucosio, fruttosio, galattosio), struttura e proprietà chirali. Legame glicosidico, cenni sui principali disaccaridi, maltosio, lattosio, saccarosio; unità monosaccaridiche che li compongono, legami (alfa e beta), proprietà. Principali polisaccaridi, amido, glicogeno, cellulosa: cenni strutturali e proprietà.
Lipidi, proprietà generali. Acidi grassi saturi e insaturi: struttura e nomenclatura. Struttura e proprietà dei trigliceridi; struttura e funzione dei fosfolipidi; struttura e funzione delle membrane biologiche; funzioni del colesterolo.
Concetti generali del metabolismo. Struttura e ruolo dei mitocondri. Principali composti della via catabolica comune. Ruolo del ciclo dell’acido citrico (ciclo di Krebs) nel metabolismo. Fosforilazione ossidativa: trasporto di elettroni e ioni H+, conseguente fosforilazione. Ruolo della pompa chemiosmotica nella produzione di ATP. Conversione di energia chimica in altre forme di energia utili per l’organismo.
Bibliografia
Il materiale di studio verrà fornito dal Docente: dispense, articoli, filmati.
Metodi didattici
Il corso sarà svolto tramite lezioni frontali sia in presenza (in aula) che in telepresenza (in sincrono-streaming) mediante il supporto della piattaforma Teams. In tal modo verrà preservata la possibilità di interagire in tempo reale con il Docente, sia in presenza che a distanza.
Le lezioni si svolgeranno con ausilio di materiale iconografico raccolto in presentazioni che saranno messe a disposizione degli studenti sulla piattaforma Elly (https://elly2020.medicina.unipr.it/).
Modalità verifica apprendimento
L’accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal corso prevede una prova scritta con domande aperte. La prova verterà su tutti gli argomenti trattati nel corso. Mediante domande riguardanti i contenuti del corso verrà accertato se lo studente ha raggiunto l’obiettivo della conoscenza e della comprensione dei contenuti stessi.
Qualora, a causa del perdurare dell'emergenza sanitaria fosse necessario adottare la modalità a distanza per gli esami di profitto, si procederà come segue:
prova scritta strutturata condotta a distanza (con Teams o Elly).
Gli Studenti con D.S.A./B.S.E. devono preventivamente contattare Le Eli-che: supporto per studenti con disabilità, D.S.A., B.E.S. (https://sea.unipr.it/it/servizi/le-eli-che-supporto-studenti-con-disabilita-dsa-bes)
