Ateneo - UPO

Il corso si compone di due moduli: Chimica-fisica e chimica bioinorganica. Il modulo di Chimica-fisica si propone di fornire informazioni sulle interazioni tra energia e materia dal livello microscopico a quello macroscopico proponendo i concetti fondamentali della spettroscopia molecolare (vibrazionale ed elettronica), della termodinamica, dell’elettrochimica e della cinetica chimica. Verranno presi in considerazione i principi della spettroscopia molecolare, della termodinamica classica con particolare attenzione alla termochimica, dell’elettrochimica negli scambi cellulari e della cinetica chimica. Il modulo di Chimica bioinorganica si propone di fornire conoscenze di base sul ruolo degli elementi inorganici nei sistemi biologici, incluso il loro uso terapeutico. Verranno introdotte le proprietà chimiche dei metalli che legano biomolecole, le loro funzioni biologiche, l’omeostasi di metalli essenziali e malattie loro connesse. Verranno descritti i principali complessi metallici usati in medicina, quali ad esempio farmaci antitumorali, radiofarmaci e agenti di contrasto.

Il materiale presentato a lezione verrà messo a disposizione sulla piattaforma DIR. Si consigliano i seguenti libri di testo:- “Chimica Fisica” di P. Atkins e J. De Paula (Zanichelli editore) ;- Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski, Axel Klein, "Bioinorganic Chemistry - Inorganic Elements in the Chemistry of Life: An Introduction and Guide", 2nd Edition, Wiley, 2013;- Ivano Bertini, Harry B. Gray, et al., "Biological Inorganic Chemistry", University Science Books, 2007;- Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry", University Science Books, 1994;- James C. Dabrowiak, “Metals in Medicine”, Wiley, 2009.

Il modulo di chimica fisica del corso mira a far acquisire solide conoscenze degli aspetti fondamentali delle proprietà chimico-fisiche alla base dei metodi di studio di sistemi di interesse biotecnologico, biologico e farmaceutico, acquisire la capacità di saper valutare, alla luce delle nozioni apprese durante il corso, quali siano i metodi chimico-fisici più idonei allo studio di determinati sistemi. Il modulo di chimica bioinorganica del corso mira a fornire conoscenze di base per la comprensione del ruolo dei metalli nei sistemi biologici e dei processi della vita in cui sono coinvolti. Saranno anche fornite conoscenze sulle proprietà dei complessi dei metalli di transizione e delle terre rare quali agenti chemioterapici, radiofarmaci, agenti di contrasto o altre categorie di farmaci. Il corso ha anche lo scopo di far sviluppare la capacità di acquisire ed utilizzare un lessico chimico appropriato in relazione agli argomenti del corso ed il senso critico che permette allo studente di trarre conclusioni su questioni attinenti agli argomenti trattati e attraverso l’approfondimento di un argomento in modo autonomo.

Nozioni acquisite con lo studio degli argomenti dei corsi di Chimica Generale ed Inorganica, Matematica e Fisica. 

Lezioni frontali in aula con proiezione di slide, filmati, esercizi svolti e discussione collegiale. Il materiale didattico (file pdf) utilizzato durante le lezioni sarà disponibile sulla piattaforma DIR.

L’apprendimento in itinere verrà verificato con discussione collegiale.Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studentidisabili-e-dsaLe studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

CHIMICA FISICA: L' esame viene svolto sottoforma di orale, in cui il docente pone alcune domande di carattere generale sugli argomenti proposti nel corso e verifica il grado di approfondimento dell'argomenti acquisiti.CHIMICA BIOINORGANICA: Verrà richiesto di approfondire autonomamente uno degli argomenti trattati nel corso attraverso articoli scientifici, esponendolo all’esame in forma orale con supporto di slides (max 4-5 slides). La prova orale proseguirà con la discussione di tale argomento e con 2 ulteriori domande, una sulla parte di “metalli nei sistemi biologici” ed una sulla parte di “metalli in medicina” del programma. Tali domande saranno scelte in modo da coprire tutto il programma a rotazione. Il livello di difficoltà corrisponde al programma svolto. La prova si ritiene superata con una conoscenza dei concetti base (min 18/30). Il massimo punteggio sarà raggiunto dimostrando l’acquisizione di tutte le conoscenze ed abilità/capacità indicate. Questa modalità d’esame permette di verificare le conoscenze teoriche di chimica bioinorganica, la capacità di applicarle, l’acquisizione di un corretto linguaggio scientifico e la capacità di apprendimento autonomo.La commissione d’esame formulerà il VOTO FINALE tenendo conto del risultato di entrambe le prove orali.

CHIMICA-FISICA: Introduzione alla chimica-fisica e sue applicazioni ai sistemi biologici e biotecnologici. Transizione dal mondo macroscopico al mondo micro e nanoscopico per la comprensione dei fenomeni chimici e biologici. Interazione energia-materia con attenzione ai meccanismi che riguardano l’assorbimento e l’emissione di radiazione elettromagnetica. Proprietà dello spettro elettromagnetico e il suo utilizzo come sorgente per le tecniche di spettroscopia molecolare. Verranno prese in considerazione le spettroscopie ottiche quali le spettroscopie vibrazionali (FTIR e Raman) e le spettroscopie elettroniche (UV-Vis e luminescenza) esaminando i principi teorici che regolano le transizioni tra livelli rotazionali, vibrazionali ed elettronici e le applicazioni per il riconoscimento di molecole e per lo studio della struttura di biomolecole e di sistemi complessi. Le spettroscopie elettroniche prese in considerazioni saranno la spettroscopia di assorbimento UV-Vis e di luminescenza (fluorescenza e fosforescenza) e i processi di decadimento dagli stati elettronici eccitati con emissione di radiazione elettromagnetica o con scambi di energia come il meccanismo FRET o meccanismi di fotodinamica. Termodinamica biochimica nello studio delle conversioni di energia. I tre principi della termodinamica e lo zeresimo principio. Spontaneità e reversibilità delle reazioni chimiche e reazioni all’equilibrio. Termodinamica ed elettrochimica del traporto di ioni e di elettroni: trasporto di ioni attraverso le membrane biologiche, le reazioni di ossidoriduzione e applicazioni del potenziale standard. Cinetica Chimica: relazione tra cinetica e termodinamica. Definizione di velocità ed ordine di reazione. Leggi cinetiche e integrazione. Determinazione dell’ordine di reazione e della costante cinetica. Stadio determinante la velocità di reazione e approssimazione dello stato stazionario. Velocità di reazione e temperatura: legge di Arrhenius. Relazione tra costante di equilibrio e costante cinetica. Meccanismi delle reazioni chimiche. Cinetica enzimatica. CHIMICA BIOINORGANICA: Il corso tratta i seguenti argomenti. 1) Metalli nei sistemi biologici: chimica di coordinazione; funzioni biologiche degli elementi inorganici; leganti biomolecolari di ioni metallici; omeostasi di metalli essenziali come ferro, rame, zinco e malattie a loro legate; metalli tossici e terapia chelante; biomineralizzazione. 2) Metalli in medicina: complessi di platino usati in clinica come agenti chemioterapici; concetti base di radiochimica ed esempi di radiofarmaci e radiodiagnostici; metallo-porfirine per terapia fotodinamica; concetti base di Risonanza magnetica per immagini e complessi di gadolinio usati come agenti di contrasto; complessi di Au(I) come anti-artritici; complessi del Bi(III) come anti-ulcera; sodio nitroprussiato come anti-ipertensivi nelle emergenze.

Conoscenza e comprensione: conoscenza degli aspetti fondamentali dei principali metodi chimico-fisici applicabili allo studio di sistemi di interessi biotecnologico e farmaceutico; conoscenza delle proprietà biologiche dei metalli e dei loro complessi e loro applicazioni nei sistemi viventi e in medicina. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di saper valutare, alla luce delle nozioni apprese durante il corso, quali siano i metodi chimico-fisici più idonei allo studio di determinati sistemi; abilità di applicare le conoscenze di chimica bioinorganica alla discussione di case studies. Autonomia di giudizio: capacità di valutare con senso critico le nozioni apprese; capacità di analizzare con senso critico gli elementi legati alla chimica-fisica e alla chimica bioinorganica in problemi complessi e realistici. Abilità comunicative: capacità di esporre argomenti relativi alla chimica-fisica e chimica bioinorganica con appropriato linguaggio in relazione alle tematiche ed alle tecniche trattate. Capacità di apprendimento: Capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato; capacità di approfondire autonomamente un argomento connesso a quelli del corso e di analizzare dati (anche non acquisiti personalmente), interpretandoli alla luce delle conoscenze acquisite.