Questo modulo ha lo scopo di fornire concetti di base circa le strutture molecolari e le proprietà chimiche di ioni e molecole di interesse per un medico. Iniziando dalle proprietà dei gas e delle soluzioni acquose, il corso analizza le caratteristiche degli acidi, delle base e dei tamponi, le cinetiche e gli equilibri di diversi processi chimichi, i principali parametri termodinamici, la struttura e la reattività chimica delle molecole. Alla fine del corso saranno state fornite le conoscenze fondamentali per comprendere i rapporti tra le strutture delle molecole e le loro funzioni nell’organismo umano attraverso l'acquisizione delle conoscenze di base sulle trasformazioni chimiche e le interazioni molecolari fondamentali. Il corso quindi contribuirà alla formazione di professionisti che abbiano conoscenze non superficiali delle strutture molecolari e del loro chimismo al fine di meglio comprendere i processi biologici e fisiologici dell’organismo umano e delle alterazioni di tali processi.
In riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:
Conoscenza e capacità di comprensione:
Capacità di applicare conoscenza:
Autonomia di giudizio:
Abilità comunicative:
Il corso intende fornire le basi della chimica organica e descrivere la struttura e le funzioni delle molecole nelle cellule viventi
Questo modulo ha lo scopo di fornire sia una preparazione di Biologia applicata adeguata alla comprensione delle nozioni basilari della moderna Biologia generale (Cellulare e Molecolare) con cenni di Genetica e Genetica molecolare, che l’apprendimento e l’uso di un linguaggio scientifico corretto e rigoroso.
Al termine del modulo lo studente avrà acquisito le nozioni di base sulla morfologia e funzione di specifici apparati cellulari, nonché sui meccanismi alla base dell’ereditarietà dei caratteri e del flusso dell’informazione genetica contenuta in questi ultimi. Nel contempo avrà acquisito un metodo di studio che tenda a privilegiare la comprensione del rapporto struttura/funzione esistente per ciascun componente o compartimento cellulare, e il rapporto che questo ha nel contesto della cellula.
L’apprendimento di tali nozioni renderà dunque chiari allo studente i meccanismi di passaggio dal genotipo al fenotipo molecolare e cellulare, sia in condizioni fisiologiche che patologiche, preparazione necessaria per la comprensione delle tecniche utilizzate nel laboratorio biomedico per la valutazione di parametri biologici di soggetti umani.
In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:
D1- CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE Quando il corso sarà terminato, per il superamento dell’esame lo studente dovrà dimostrare di avere acquisito le capacità di ragionamento induttivo e deduttivo in ambito scientifico e le conoscenze riguardanti i concetti generali della materia vivente: il flusso e la regolazione dell’informazione genica, le modificazioni cellulari in seguito ad uno stimolo, le vie di comunicazione intra- ed extra- cellulari, l’applicazione della comunicazione cellulare in “vitro” ed in “vivo”, i fondamenti della genetica mendeliana.
D2-CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Lo studente dovrà dimostrare (1) la capacità di riconoscere i più comuni meccanismi alla base della comunicazione cellulare, nonché della funzione genica in relazione per poter affrontare nei corsi successivi, lo studio delle funzioni normali e patologiche del corpo umano; (2) Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni biologici intra- ed inter-cellulari, utilizzando con rigore il metodo scientifico.
D3-AUTONOMIA DI GIUDIZIO Lo studente dovrà avere acquisito la capacità di ragionamento critico, nonché conoscenze tali da privilegiare la comprensione del rapporto struttura/funzione esistente per ciascun componente o compartimento cellulare e la loro applicazione nei vari sistemi biologici.
D4-ABILITA' COMUNICATIVE Lo studente dovrà avere l’abilità di rapportarsi in modo professionale e competente con enti pubblici e privati. Lo studente dovrà avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile ed accessibili a persone non competenti. con proprietà di linguaggio e rigore terminologico.
D5-CAPACITA' DI APPRENDIMENTO Lo studente dovrà essere capace di esaminare e comprendere testi scientifici, illustrandone motivazioni e risultati, dimostrando di aver appreso ed un metodo di studio analitico e critico, un linguaggio scientifico caratterizzato da una terminologia corretta e rigorosa ed una modalità di descrizione organizzata e comprensibile, tali da impiegarli in contesti quotidiani per la professione e per la ricerca.
La frequenza e la partecipazione alle attività didattche previste (lezioni frontali ed esercitazioni) consentiranno allo studente di acquisire familiarità con la rappresentazione e le reattività chimiche di composti inorganici ed organici di interesse medico. L'insegnamento è tenuto mediante lezioni svolte in aula con il supporto di immagini proiettate. Gli studenti, inoltre, svolgono esercizi numerici e reazioni chimiche insieme al docente per autovalutare il proprio grado di conoscenza di base e di risoluzione pratica dei problemi posti. Questi esercizi mettono in grado lo studente di risolvere i problemi che troveranno nella prova scritta dell'esame finale.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Lezioni frontali ed esercitazioni in aula
ll corso è organizzato in lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Approfondimenti su argomenti specifici sono presentati come partecipazione a seminari & webinar, con la guida del docente e successivo confronto sugli argomenti trattati.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Matematica di base, fisica di base, chimica di base.
Conoscenze di base di Chimica generale ed inorganica
Lo studente deve avere acquisito le conoscenze di base nel campo della Biologia fornite dai normali programmi di studio delle scuole superiori relative ai principali processi cellulari necessari alla comprensione dei meccanismi molecolari biologici normali e patologici degli organismi viventi. E’ auspicabile una buona conoscenza della lingua inglese per consultare testi ed articoli scientifici, e per la fruizione di webinar in lingua.
La frequenza (anche in modalità a distanza, sulla base delle disposizioni COVID-19) è un requisito necessario per il superamento e dell’esame finale.
Obbligatoria, come previsto dal CdL
Obbligatoria
Chimica Organica
Biochimica
Il metabolismo: Introduzione al metabolismo: vie cataboliche ed anaboliche. Importanza dell' ATP nel collegamento fra catabolismo e anabolismo.
Il metabolismo glucidico. Digestione e assorbimento dei glucidi. Glicogenolisi, glicogenosintesi e loro regolazione. Glicolisi e sintesi di ATP “a livello del substrato”. Destino metabolico del piruvato: produzione di lattato e decarbossilazione ossidativa con liberazione di acetil-CoA. Il ciclo di Krebs. La via dei pentosi (cenni). La gluconeogenesi.
Il metabolismo lipidico. Digestione e assorbimento dei lipidi. Le lipoproteine plasmatiche (cenno). Il catabolismo dei trigliceridi e degli acidi grassi (la beta ossidazione). La biosintesi degli acidi grassi. I corpi chetonici, cenni. Biosintesi e ruoli del colesterolo (cenni).
La catena respiratoria mitocondriale, produzione di ATP.
Il metabolismo dei composti azotati. La digestione delle proteine e l'assorbimento degli aminoacidi. Il metabolismo degli aminoacidi. Aminoacidi gluconeogenetici e chetogenetici. L'eliminazione dell'ammoniaca. Ciclo dell'urea, cenni.
Le caratteristiche generali della materia vivente. Composizione chimica della materia vivente. Teoria cellulare.
LE BASI DELL’ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA - Classificazione degli organismi. Struttura e funzione della cellula procariotica: membrana plasmatica, parete cellulare, nucleoide. Struttura e funzione delle cellule eucariotiche: membrana plasmatica, nucleo, nucleolo , nucleoplasma, reticolo endoplasmatico, ribosomi, mitocondri, complesso di Golgi, lisosomi, perossisomi, citoscheletro (microfilamenti, microtubuli, filamenti intermedi). Virus (modalità di infezione, ciclo litico e lisogenico).
GLI ACIDI NUCLEICI - struttura e funzione del DNA e dell’RNA.
STRUTTURA E FUNZIONE DEL GENE - Struttura del gene nei procarioti: organizzazione degli operoni. Struttura del gene negli eucarioti: funzione di promotori, esoni ed introni.
DUPLICAZIONE DEL DNA - Modello della replicazione semiconservativa. Caratteristiche generali della duplicazione del DNA: le DNA polimerasi, le topoisomerasi, la bolla di replicazione, i frammenti di Okazaki, “correzione di bozze”. Replicazione nei batteri. La replicazione negli eucarioti: replicazione dei telomeri.
TRASCRIZIONE E MATURAZIONE DEGLI RNA - Dogma della biologia molecolare. Struttura e funzione degli RNA di prima, seconda e terza classe. Caratteristiche generali della trascrizione. Le RNA polimerasi. I fattori di trascrizione. La trascrizione nei procarioti: inizio e terminazione della trascrizione.
La trascrizione negli eucarioti: assemblaggio del complesso di preinizio, termine della trascrizione. Meccanismi di maturazione dell’mRNA: capping, coda di polyA, splicing.
SINTESI PROTEICA - Le proprietà del codice genetico. L’apparato di traduzione: struttura e funzione dei ribosomi e dei tRNA. Inizio della traduzione. Allungamento. Terminazione.
LA MITOSI E LA MEIOSI - Significato genetico della meiosi.
GENETICA MENDELIANA
Chimica per le Scienze Biomediche (George I. Sackheim, Dennis D. Lehman- EdiSES)
Chimica (Kotz -Treichel-Townsend (ed edizioni precedenti)- EdiSeS)
Chimica Un approccio molecolare (N. J. Tro - Zanichelli)
Chimica e Biochimica - M. Bertoldi, D. Colombo, F. Magni, O. Marin, P. Palestini - Edises Università
Principi di Biochimica di Lehninger - D.L. Nelson, M.M. Cox - Zanichelli Editore
Testi sufficienti per soddisfare il programma minimo
Testo più completo, con molti approfondimenti: sufficiente per chi ha interesse a continuare in una formazione scientifica e di ricerca attraverso un Master o un CdL Magistrale al completamento del presente corso di laurea:
3. Elementi di Biologia e Genetica - Sadava, Hillis, Heller, Hacker - Zanichelli, 2019
Testo molto completo, con molti approfondimenti anche di livello molecolare e collegamenti interdisciplinari: ottimale per chi ha interesse a continuare in una formazione scientifica e di ricerca attraverso un Master o un CdL Magistrale al completamento del presente corso di laurea:
4. Essenziale di Biologia molecolare della Cellula – Alberts, Bray, Hopkin et al. Zanichelli 2015
NOTA: E’ necessario, in ogni caso, utilizzare l’edizione più recente dei testi di riferimento, anche rispetto a quella indicata.
Slides e dispense disponibili su Studium
STUDIUM Unict: http://studium.unict.it
Verrà distribuito durante il corso in formato elettronico e su Studium
Il materiale didattico viene fornito dal docente ed è disponibile come dispensa su Studium (studium.unict.it). Sarà basato su dispense e articoli o monografie prese dalla letteratura scientifica nonchè le diapositive mostrate a lezione.
CHIMICA GENERALE E INORGANICA | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Teoria atomica | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
2 | Tavola periodica | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
3 | Formule chimiche e geometrie molecolari | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
4 | Legame chimico e interazioni intermolecolari | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
5 | Elementi di termodinamica | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
6 | Stato gassoso | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
7 | Stato liquido e proprietà colligative | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
8 | Cinetica Chimica | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
9 | Equilibrio Chimico | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
10 | Acidi e basi e equilibri ionici | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
11 | Elettrochimica e Elettrolisi | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
12 | Stechiometria | Tutti i testi suggeriti affrontano in maniera soddisfacente gli argomenti trattati. Il docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Per gli argomenti trattati consultare il materiale didattico |
CHIMICA ORGANICA E BIOCHIMICA | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Introduzione alla Chimica Organica | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises Università (Cap. 8) |
2 | Idrocarburi: Alcani, Alcheni, Alchini, Alogenuri alchilici, idrocarburi saturi ed insaturi, reazioni degli idrocarburi | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises (Cap. 9) |
3 | Alcoli, titoli ed eteri | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises (Cap 10) |
4 | Aldeidi, chetoni, Emiacetali ed emichetali, Acidi carbossilici ed esteri | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises (Cap 11) |
5 | Ammine, amminoacidi e ammidi | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises (Cap. 11) |
6 | Composti aromatici | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises (Cap 12) |
7 | Biochimica | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises Università |
8 | I Carboidrati | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises (Cap. 13) |
9 | I Lipidi | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises Università (Cap. 14) |
10 | Nucleotidi ed acidi Nucleici | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises Università (Cap. 15) |
11 | Le Proteine | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises Università (Cap. 16) |
12 | Enzimi | Chimica e Biochimica - M. Bertoldi et al. - Edises Università (Cap. 17) |
BIOLOGIA APPLICATA | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Le molecole della vita. Gli acidi nucleici | 1. (cap 5) 2. (cap 1, 2, 3, 4) 3. (cap 1, 2, 3, 4) 4. (cap 2, 3 , 4, 5 (171-179)) - fare riferimento a programma di chimica e biochimica |
2 | Organizzazione strutturale e funzionale delle cellule eucariotiche e procariotiche. I virus. | 1. (cap 3, 4 e 10) 2. (cap 5, 7) 3. (cap 5, 6 e 16.3) 4. (cap 1 (approfondimenti cap 15, 16 e 17) cap 17 (579-587 e 598-599)) |
3 | Membrane cellulari e la comunicazione cellulare | 1. (cap 4) 2. (cap 6) 3. (cap 6 e 7) 4. (cap 11, cap 12 (389-404) e cap 15 (497-506 e 508-515 e 522 e 525-531), cap 16 (537-540)) |
4 | Energia, enzimi e metabolismo | 1. (cap 6) 2. (cap 8.) 3. (cap 8 (8.1 - 8.4 e leggere 8.5)) e 4. (cap 8 (8.1 - 8.4 e leggere 8.5)) |
5 | Organizzazione strutturale del genoma eucariotico e di quello procariotico. Struttura dei geni eucariotici e procariotici | 1. (cap 5, 9 e 10 (195-199)) 3. (14.4 e 16.1) 4. (cap 5) |
6 | Duplicazione DNA procarioti ed eucarioti | 1. (cap.5 (84-100)) 2. (cap 10) 3. (cap 13) 4. (cap 6 (197-211)) |
7 | Trascrizione: sintesi e rielaborazione degli RNA. Il codice genetico. La sintesi proteica. | 1. (cap 9) 2. (cap 11 e 12) 3. (cap 14) 4. (cap 7 (223-254)) |
8 | Regolazione espressione genica | 1 (cap 10 (199-201)) 3. (cap 16) 4. (cap 8 (261-272)) |
9 | Ciclo cellulare. Cromosomi. Mitosi e Meiosi | 1. (cap.8 e cap 5 (75-84)) 2. (cap 13) 3. (cap 11) 4. (cap 5 (179-187), 18 (619-629 e leggere 629-637) cap 19 (Tavola 18.1 e leggere 637-653), 19 (663-677)) |
10 | Genetica Mendeliana | 1. (cap 8 e 12) 2. (cap 14) 3. (cap 12) 4.(cap 19 (677-687 e leggere 687-702)) |
11 | Mutazioni geniche | 1. ((cap 9 minimale)) 2. (cap 15) 3. (cap. 15 (15.1 e leggere 15.2 - 15.5)) 4. (cap 9 (289-294) (approf cap 19 pag 686 sgg)) |
La prova finale consiste in un esame scritto (il giorno dell’esame è quello indicato sul calandario ufficiale e sul portale studenti), basato su esercizi analoghi a quelli affrontati in aula durante il corso, ed in un colloquio orale (data e luogo saranno indicate dal docente).
In ciascun anno accademico gli studenti hanno la possibilità di sostenere sette sessioni d'esame finale scritto. L'esame è strutturato in modo da considerare le competenze acquisite per la parte di chimica generale. Specificamente, gli studenti devono risolvere alcuni problemi di chimica generale come il calcolo del pH, della Kps o del prodotto di solubilità di una data soluzione acquosa o della costante di equilibrio di una reazione chimica reversibile, rappresentare le strutture molecolari corrispondenti a specifici nomi tradizionali o scientifici attribuiti a composti chimici organici ed inorganici.Il valore massimo attribuito a ciascuno degli esercizi proposti viene dichiarato per permettere agli studenti di sapere se i problemi che hanno già svolto sono sufficienti per superare la prova d'esame.
Il superamento dell'esame scritto relativo a questo modulo è necessario per aver accesso all'esame orale.
La prova orale consisterà in domande relative alle varie parti del programma per accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato.
Criteri per l’attribuzione del voto finale:
Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.
La verifica dell'apprendimento sarà rilevata mediante test in itinere ed un esame orale finale.
La verifica dell'apprendimento avverrà sia con eventuali attraverso una valutazione alla fine del corso. Tale valutazione finale sarà fatta con un esame orale.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
E’ richiesta la prenotazione elettronica per poter sostenere gli esami mediante il portale di ateneo
Date e luoghi dell’esame potranno essere modificati anche con breve anticipo per improvvisi e improrogabili impegni del docente o degli altri componenti la commissione di esame, o indisponibilità delle aule. Gli studenti verranno avvertiti mediante avviso sul portale Studium al quale dovranno iscriversi all'inizio del corso
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Cosa è l'unità di massa atomica
Cosa è la mole
Esercizi sul reagente limitante
Come si definisce la geometria molecolare di una molecola
Tipologie di legame chimico
Cosa è un gas ideale
Quali sono le interazioni intermolecolari
Cosa è una soluzione
Cosa è l'osmosi
Cosa è l'energia di attivazione di una reazione
Cosa è la costante di equilibrio
Come si calcola il pH di una soluzione
Come si prepara una soluzione tampone
Come si bilancia una reazione redox
Saranno forniti durante il corso numerosi esempi ed i test in itinere resteranno agli studenti.