Ateneo - UPO

Il corso sarà strutturato in due parti:
chimica generale
chimica organica e propedeutica biochimica
Nella parte di chimica generale saranno affrontati la struttura e gli stati della
materia. Saranno approfonditi gli aspetti che riguardano: i) la struttura
dell’atomo e le proprietà periodiche; ii) i legami chimici e le interazioni
intermolecolari; iii) le proprietà dei gas, con specifici approfondimenti
riguardanti la fisiologia della respirazione; iv) le proprietà dello stato
liquido e delle soluzioni, con una particolare attenzione posta alle
proprietà colligative ed alla misura ed il calcolo delle concentrazioni; v) i
composti e le reazioni chimiche; vi) gli equilibri chimici, la cinetica
chimica ed il ruolo svolto dai catalizzatori; vii) gli equilibri acido base e le
soluzioni tampone, con approfondimenti riguardanti il mantenimento
dell’equilibrio acido-base nell’organismo umano; viii) il potenziale
elettrochimico e le reazioni di ossido-riduzione.
Nella parte di chimica organica saranno descritti: i) la struttura e le
caratteristiche chimico-fisiche dei gruppi funzionali organici; ii) i legami
del carbonio ed i suoi diversi stati di ossidazione; iii) la struttura e le
caratteristiche chimico-fisiche delle principali molecole organiche e le
principali reazioni alle quali possono partecipare; iv) struttura,
classificazione e definizione delle caratteristiche chimico-fisiche delle
principali classi di molecole e macromolecole di interesse biologico
(glicidi, lipidi, aminoacidi e polipeptidi e acidi nucleici)

- Bettelheim, Chimica e Propedeutica Biochimica. EdiSES
- Bellini, Chimica medica e propedeutica biochimica. Zanichelli
- Dennison, Chimica generale, chimica organica e propedeutica biochimica. McGraw-Hill

Il corso si propone di fornire una solida base per la comprensione dei principi che regolano i processi chimici e chimico-fisici della materia, con particolare attenzione alla loro applicazione nella fisiologia umana, sia in condizioni di salute che di malattia.

Nello specifico, il corso mira a:
i) Analizzare il ruolo dei diversi tipi di legame chimico e delle interazioni intermolecolari nella determinazione della struttura della materia;
ii) Identificare le caratteristiche chimico-fisiche degli elementi e dei composti, comprendendone le modalità di interazione e reazione;
iii) Comprendere e applicare le leggi che descrivono il comportamento dei gas e le proprietà delle soluzioni (liquido-gassose, liquido-liquide e liquido-solide);
iv) Sviluppare competenze pratiche per il calcolo delle concentrazioni e la risoluzione di problemi relativi a reazioni chimiche ed equilibri, con particolare attenzione agli equilibri acido-base e al calcolo del pH;
v) Riconoscere i gruppi funzionali e classificare le principali classi di composti organici, descrivendone le caratteristiche chimico-fisiche e le reazioni principali;
vi) Identificare la struttura e i gruppi funzionali delle macromolecole biologiche, comprendendone le proprietà chimico-fisiche e il ruolo nei processi vitali.

Risultati attesi
Al termine del corso, le studentesse e gli studenti saranno in grado di applicare le conoscenze acquisite per analizzare i processi che regolano il funzionamento dell’organismo umano, con particolare riferimento a:
Processi redox metabolici;
Fisiologia della respirazione;
Mantenimento dell’equilibrio idro-salino e acido-base;
Potenziale di membrana.
Inoltre, le studentesse e gli studenti avranno acquisito una conoscenza sufficiente della struttura delle molecole organiche e biologiche per correlare la loro struttura alle proprietà chimico-fisiche, affrontando con maggiore consapevolezza lo studio dei processi metabolici e le loro implicazioni cliniche.

Conoscenze di base di fisica, matematica e biologia

Lezione frontale mediante la proiezione di diapositive, e proiezione di
filmati. Esecuzione in aula di problemi, quiz ed esposizione di casi per
guidare lo studente alla loro risoluzione in maniera autonoma.
Possibilità di eseguire a casa problemi, quiz e risoluzione di casi tramite la
piattaforma moodle DIR.
Alcuni approfondimenti riguardanti la chimica applicata alla salute ed alla
fisiologia dell’organismo umano saranno disponibili agli studenti come
dispense.
Per la preparazione dell’esame le studentesse e gli studenti potranno inoltre utilizzare il materiale fornito dall’insegnante ed i libri di testo consigliati per approfondire gli argomenti discussi in aula

La copia pdf delle diapositive proiettate, il materiale di approfondimento
e tutte le informazioni riguardanti il corso e le modalità di esame saranno
rese disponibili sul DIR
Il programma dettagliato del corso e il dettaglio delle modalità di esame
saranno rese disponibili su DIR

Durante il corso saranno disponibili prove in itinere sotto forma di quiz e simulazioni d’esame. Tali prove NON saranno utilizzate ai fini della valutazione finale, ma consentiranno agli studenti di valutare il proprio livello di comprensione dei diversi argomenti e di esercitarsi per il superamento della prova d’esame.
L’obiettivo della prova d’esame è verificare il livello di conoscenza e padronanza degli argomenti trattati durante il corso, nonché la capacità di ragionamento sviluppata dalle studentesse e dagli studenti. L'esame consisterà in una prova scritta articolata in due sezioni: una dedicata alla chimica generale e una alla chimica organica. La valutazione di ciascuna parte sarà effettuata in maniera indipendente e il voto finale sarà calcolato come media dei voti ottenuti nelle due sezioni.
Prova scritta di chimica generale
La prova comprenderà:
i) Una serie di domande a scelta multipla (alcune delle quali potranno richiedere semplici calcoli);
ii) Il bilanciamento di reazioni chimiche (normali e redox);
iii) Lo svolgimento di esercizi relativi ai seguenti argomenti:
Le relazioni ponderali tra reagenti e prodotti;
I sistemi gassosi, le leggi dei gas e la teoria cinetica;
Le soluzioni, il calcolo delle concentrazioni e delle diluizioni;
Le proprietà colligative;
Gli equilibri di dissociazione in soluzioni di acidi e basi;
Gli equilibri di idrolisi e il pH nelle soluzioni saline;
Le soluzioni tampone;
Gli equilibri redox e l’elettrochimica.

Durante la prova scritta sarà consentito consultare la tavola periodica e utilizzare una calcolatrice.
Prova scritta di chimica organica
La prova comprenderà:
i) Una serie di domande a scelta multipla o a risposta vero/falso che spazieranno su tutti gli argomenti trattati;
ii) Una serie di domande aperte sulle principali reazioni chimiche dei seguenti composti: alcani, alcheni, composti aromatici, aldeidi e chetoni, ammine, alcoli, acidi carbossilici e derivati;
iii) Domande aperte riguardanti la struttura e le caratteristiche fondamentali di zuccheri, lipidi, acidi nucleici e proteine.
Informazioni aggiuntive
Il dettaglio completo delle modalità di esame sarà reso disponibile sulla piattaforma DIR.

Parte 1: Chimica Generale e Inorganica
Proprietà fisiche e chimiche della materia: Sospensioni, soluzioni e colloidi, e le loro caratteristiche fondamentali. Meccanismi di separazione come dialisi ed elettroforesi.
Atomi, molecole e ioni: Definizione, rappresentazione, caratteristiche dei composti ionici e molecolari.
Struttura atomica e configurazione elettronica. Analisi della struttura atomica, della configurazione elettronica, e dell'importanza della tavola periodica e delle sue proprietà periodiche.
Il legame chimico. Studio dei legami ionici, covalenti e metallici. Rappresentazione delle molecole e dei composti inorganici.
Classificazione e nomenclatura dei composti organici.
Le interazioni deboli. Discussione sulle forze intermolecolari e le loro implicazioni nei vari stati della materia.
Cenni di termodinamica. Le funzioni di stato; Lavoro e energia di un sistema, entalpia, entropia, energia libera di Gibbs.
Equilibrio chimico. Rappresentazione delle reazioni chimiche, calcoli stechiometrici, e il principio di Le Chatelier. Equilibri in soluzione acquosa.
Stati di aggregazione della materia. Proprietà e cambiamenti di stato tra gas, liquidi e solidi. Caratteristiche fondamentali dello stato liquido e solido.
I gas. Studio delle proprietà fisiche dei gas, come la pressione, il volume e la temperatura. Verrà introdotta la teoria cinetica dei gas, analizzando la relazione tra temperatura e energia cinetica media. Leggi di Dalton riguardanti le pressioni parziali e di Graham relative alla diffusione dei gas. Saranno trattate le leggi fondamentali dei gas (Boyle, Charles, Gay-Lussac e Avogadro), e l'equazione dei gas ideali PV=nRT, esplorando il comportamento sia dei gas ideali che reali, con un focus sull'equazione di Van der Waals. Infine, verranno esplorate le applicazioni dei gas in soluzioni gassose, reazioni chimiche e calcoli stechiometrici
Le soluzioni. Solubilità, modi di esprimere la concentrazione di una soluzione. La dissociazione non elettrolitica ed elettrolitica. Proprietà colligative e applicazione della legge di van’t Hoff.
Acidi e basi: Definizioni secondo Arrhenius, Brønsted-Lowry e Lewis, e la forza di acidi e basi. Calcolo del pH e concetti di idrolisi e soluzioni tampone (equazione di Henderson-Hasselbalch). Ruolo dei sistemi tampone nell'organismo.
Cinetica chimica: Studio delle velocità di reazione, ordini di reazione, e fattori che influenzano la velocità. Meccanismi di reazione e catalisi.
Elettrochimica: Reazioni redox, potenziali di ossidazione, e applicazioni pratiche come le pile e l'equazione di Nernst.
Biochimica degli elementi: Focus sugli elementi come il ferro e il fosforo nelle biomolecole e l'importanza degli oligoelementi.
Parte 2: Chimica Organica e Propedeutica Biochimica
Chimica del carbonio: struttura atomica del carbonio e dei suoi stati di ibridazione nei legami.
Gruppi funzionali e composti organici: Definizione, formula generale, e nomenclatura dei composti organici secondo le regole IUPAC e “d'uso”. Interazioni dei gruppi funzionali con solventi acquosi.
Idrocarburi: Comportamento e proprietà degli idrocarburi alifatici, lineari e ciclici.
Isomeria e chiralità: Isomeria geometrica (cis-trans), chiralità e stereochimica. Proprietà ottiche e classificazione dei composti chirali.
Aromaticità e benzene: Studio delle caratteristiche strutturali del benzene, risonanza e reazioni di sostituzione elettrofila. Analisi dei derivati del benzene e degli idrocarburi policiclici.
Gruppi funzionali organici: Reazioni di alogenuri alchilici, alcoli, aldeidi, chetoni, ammine e acidi carbossilici, e i relativi derivati (esteri, ammidi, anidridi). Tautomeria e reazioni con i derivati dell'ammoniaca.
Acidi carbossilici: Studio della risonanza dell’anione carbossilato, comportamento all’idrolisi e reazioni con derivati degli acidi carbossilici.
Carboidrati: Struttura, classificazione e proprietà generali dei monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. Studio del legame glicosidico e delle implicazioni biochimiche.
Lipidi: Analisi di acidi grassi, trigliceridi, fosfolipidi, micelle e liposomi. Approfondimento su terpeni e colesterolo.
Amminoacidi, peptidi e proteine: Classificazione degli amminoacidi, proprietà steriche e acido-base, punto isoelettrico e isoionico. Legame peptidico e struttura delle proteine.
Cenni sulla chimica dell’ossigeno e lo stress ossidativo. La formazione di specie reattive dell’ossigeno, meccanismi di stress ossidativo, antiossidanti esogeni ed endogeni

Il programma dettagliato del corso sarà reso disponibile su DIR

Alla fine del corso gli studenti avranno acquisito le conoscenze necessarie
per riconoscere in maniera oggettiva le diverse caratteristiche della
materia e possiederanno gli strumenti necessari per comprendere al
meglio la biochimica e la chimica di laboratorio.
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:
-Riconoscere le proprietà degli elementi chimici e delle molecole
inorganiche per prevedere gli effetti della loro interazione con
l’organismo umano
- Riconoscere le proprietà delle molecole biologiche in relazione alla
presenza di specifici gruppi funzionali
- Conoscere gli effetti ed il ruolo delle reazioni di ossidoriduzione
nell’organismo umano
- Comprendere il significato dei potenziali di membrana ed il loro ruolo
nella fisiologia della cellula
- Calcolare la concentrazione di soluzioni saline, acidi e basi e calcolare il
pH
- Applicare i principi di cinetica chimica e termodinamica alle reazioni
biochimiche
- Possedere gli strumenti necessari per comprendere la fisiologia della
respirazione, dell’equilibrio acido-base ed idrosalino