Principi generali • Definizione di Fisiologia. • Caratteristiche degli esseri viventi. • Composizione chimica della materia vivente. • Omeostasi e adattamento. Cellula • Membrana cellulare. Diffusione, osmosi. Trasporto di membrana. • Comunicazione cellulare. Molecole segnale, recettori. Vie di trasduzione del segnale. • Potenziali di equilibrio e di diffusione. Equilibrio di Donnan, modello pump and leak, RVD, RVI. • Correnti di membrana e misure EF. Potenziale di azione. • Segnali del calcio. Omeostasi del calcio. • Sinapsi. Sistemi • Sistema nervoso centrale. Cervello, mesencefalo, cervelletto. Sistemi effettori. • Sistema sensoriale, recettori cutanei. Occhio, retina recettoriale, retina neurale. Udito. Apparato vestibolare, gusto, olfatto. • Sistema endocrino, asse ipotalamo-ipofisi, epifisi, tiroide. Paratiroidi, bilancio calcio, surrenali. Metabolismo glicogeno. Gonadi endocrine. • Apparato muscolare, fibra muscolare striata, meccanica della contrazione. Tipi di contrazione, tipi di fibre muscolari. • Liquidi corporei, composizione sangue. Emostasi, sistema linfatico. Difesa immunitaria. • Sistema cardiovascolare, attività elettrica, contrazione. Ciclo cardiaco. Vasi, flusso, pressione, capillari. Vene, regolazione pressione. • Apparato respiratorio, dinamica respiratoria. Volumi polmonari, scambio gas, trasporto ossigeno. Controllo respirazione, trasporto CO2, rapporto ventilazione/perfusione. • Rene, filtrazione assorbimento. Concentrazione urine, bilancio idrico-salino. Regolazione acido/base, alcalosi, acidosi. • Apparato digerente, ghiandole salivari, stomaco. Fegato, pancreas. Motilità intestinale, assorbimento. • Apparato riproduttore maschile. Riproduttore femminile, ciclo. Fecondazione, gravidanza. • Bilancio energetico.

Le spettroscopie ottiche verranno affrontate da un punto di vista teorico e applicativo. Verranno approfondite le spettroscopie vibrazionali (IR e Raman), con particolare riferimento all’origine delle frequenze di gruppo, dei sovratoni, delle bande di combinazione e dei fenomeni di risonanza di Fermi. Verranno fornite le basi per la comprensione degli spettri vibrazionali di molecole poliatomiche, anche con una certa complessità strutturale. Verrà trattato l’adsorbimento di molecole sonda di diversa natura per lo studio spettroscopico di siti di superficie e la caratterizzazione delle proprietà acide, basiche o redox. Verranno mostrati esempi di studi spettroscopici di adsorbimento di molecole sonda in situ e in operando su sistemi microcristallini porosi e non porosi di interesse per la catalisi eterogenea. Nell'ambito del corso verranno inoltre illustrati i principi delle tecniche spettroscopiche elettroniche di assorbimento (UV-Vis NIR) e emissione (fluorescenza e fosforescenza). Particolare attenzione verrà data alle tecniche in riflettanza diffusa e allo studio dei tempi di vita degli stati eccitati. Verranno inoltre trattate diverse classi di sistemi luminescenti sia organici sia inorganici.

La Replicazione del DNA. Gli acidi nucleici. Le DNA polimerasi. La topologia del DNA. Struttura e meccanismo d'azione. Il replisoma e i suoi componenti. Il meccanismo di correzione delle bozze. La topoisomerasi I e suo meccanismo d'azione. Il danno del DNA. Restauro del DNA. Meccanismi di reversione, escissione, “mismatch-repair” e per ricombinazione. La trasposizione del DNA. La cromatina, il nucleosoma e gli istoni. La trascrizione del DNA. Le RNA polimerasi procariore ed eucariote. L'unita' trascrizionale procariote ed eucariote. Regolazione dell’inizio della trascrizione negli eucarioti. Fattori di trascrizione generali e complesso d’inizio. Modificazioni post-trascrizionali. Introni e “splicing”. Splicing differenziale. RNA catalitico. RNA “editing”. Controllo genico negli eucarioti. Attivatori e repressori della trascrizione e meccanismi molecolari del controllo trascrizionale. RNA interference. I meccanismi della traduzione. Il DNA ribosomiale. Struttura del ribosoma. Il codice genetico. tRNA e sua struttura. AAtRNA sintetasi e suo meccanismo d'azione. Il riconoscimento codone-anticodone "Vacillamento". Formazione del complesso di inizio della traduzione. IF e loro regolazione. Allungamento della catena ed EF. Terminazione della sintesi proteica. Principali modificazioni post-traduzionali delle proteine. Laboratorio di Biologia Molecolare (principi teorici). Clonaggio di DNA ricombinante ed enzimi di restrizione. Vettori di clonaggio e di espressione. Costruzione e screening di genoteche. Tecniche di analisi degli acidi nucleici. Sequenziamento del DNA e tecniche di PCR (end-point e quantitativa).

Programmazione dell’analisi. Strategie e metodologie di campionamento. Campionamento statistico. Metodi di pretrattamento del campione. Preconcentrazione. Inquinanti in acque, suoli, sedimenti. Loro origine, tossicità e impatto ambientale. Meccanismi di diffusione, trasformazione, degradazione e accumulo. Inquinanti a lunga persistenza nell’ambiente. Identificazione e determinazione di inquinanti in acque, suolo, sedimenti. Scelta della tecnica strumentale. Confronti tra tecniche. Trattamento dei dati. Metodi chemiometrici di analisi multivariata nell’analisi ambientale. Esempi di applicazione.

Il corso tratta i metodi che si possono utilizzare per estrarre informazione da dati complessi quali dati spettroscopici, dati ambientali, mappe elettroforetiche, dati industriali di processo, controllo qualità, ecc. I metodi studiati, che sono anche argomento di esercitazioni al computer su dataset reali riguardano: metodi di pretrattamento dei dati (scaling, trasformazioni non lineari delle variabili, trattamento dei dati mancanti, trattamento di dati spettroscopici), metodi di clustering (gerarchico, K-means, metody fuzzy), metodi di pattern recognition (PCA, MDS), metodi di regressione (teoria della calibrazione, MLR, PLS, PCR, Ridge e selezione delle variabili), metodi di classificazione (NMC, LDA, QDA, RDA, KNN, Ranking-PCA, PLS-DA e selezione delle variabili), reti neurali artificiali (Backward, auto associative di Kohonen, counter-propagation), algoritmo genetico. Esercitazioni al computer su software dedicati.

La selettività in sintesi organica: chemoselettività; regioselettività; stereoselettività. Gruppi protettori: gruppi protettori di alcoli (fenoli), ammine, tioli, acidi carbossilici, aldeidi e chetoni. Principi di chimica supramolecolare e chimica dei macrocicli. Agenti chelanti bifunzionali. Ammino acidi, peptidi, proteine. Sintesi peptidica in fase solida (SPPS): supporti polimerici e linkers. Peptidi sintetici: usi e applicazioni. Tecniche di Bioconiugazione. Reazioni di “click chemistry”: Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition, Thiol-ene reaction, Staudinger Ligation. Acidi nucleici. Struttura dei polinucleotidi. Stabilità chimica di DNA e RNA all’idrolisi. La reattività chimica del DNA. Acidi peptido-nucleici (PNA) e loro proprietà di riconoscimento di DNA. Sintesi eterogenea di segmenti di DNA e RNA. Reazioni pericicliche: Reazioni di cicloaddizione di Diels-Alder, anche con induzione asimmetrica. Reazioni elettrocicliche. Riarrangiamenti sigmatropici. Composti eterociclici e loro derivati (nomenclatura, principali composti eterociclici con uno e con due eteroatomi, pirrolo, furano, tiofene, diazoli, piridina, diazine, chinolina e isochinolina, indolo, purina). Funzionalizzazione di piridine; sintesi di eterocicli all’azoto mediante cicloaddizioni e riarrangiamenti sigmatropici; sintesi e chimica degli azoli e altri eterocicli con due o più eteroatomi. Le reazioni di Cross-Coupling catalizzate da metalli di transizione. Studio delle principali reazioni di cross coupling: Kumada, Negischi, Stille, Suzuki, Sonogashira e loro applicazioni nella chimica organica.

Le spettroscopie ottiche verranno affrontate da un punto di vista teorico e applicativo. Verranno approfondite le spettroscopie vibrazionali (IR e Raman), con particolare riferimento all’origine delle frequenze di gruppo, dei sovratoni, delle bande di combinazione e dei fenomeni di risonanza di Fermi. Verranno fornite le basi per la comprensione degli spettri vibrazionali di molecole poliatomiche, anche con una certa complessità strutturale. Verrà trattato l’adsorbimento di molecole sonda di diversa natura per lo studio spettroscopico di siti di superficie e la caratterizzazione delle proprietà acide, basiche o redox. Verranno mostrati esempi di studi spettroscopici di adsorbimento di molecole sonda in situ e in operando su sistemi microcristallini porosi e non porosi di interesse per la catalisi eterogenea. Nell'ambito del corso verranno inoltre illustrati i principi delle tecniche spettroscopiche elettroniche di assorbimento (UV-Vis NIR) e emissione (fluorescenza e fosforescenza). Particolare attenzione verrà data alle tecniche in riflettanza diffusa e allo studio dei tempi di vita degli stati eccitati. Verranno inoltre trattate diverse classi di sistemi luminescenti sia organici sia inorganici.

Programmazione dell’analisi. Strategie e metodologie di campionamento. Campionamento statistico. Metodi di pretrattamento del campione. Preconcentrazione. Inquinanti in acque, suoli, sedimenti. Loro origine, tossicità e impatto ambientale. Meccanismi di diffusione, trasformazione, degradazione e accumulo. Inquinanti a lunga persistenza nell’ambiente. Identificazione e determinazione di inquinanti in acque, suolo, sedimenti. Scelta della tecnica strumentale. Confronti tra tecniche. Trattamento dei dati. Metodi chemiometrici di analisi multivariata nell’analisi ambientale. Esempi di applicazione.

Modulo A) Tecniche spettroscopiche impiegate nel settore dei beni culturali. I principali materiali d’interesse in campo artistico-archeologico. Applicazioni della chimica analitica per i beni culturali: autenticazione, datazione, conservazione e restauro, studi di provenienza, studi tecnologici. Casi studio. Esercitazioni di analisi SEM-EDX, Raman, FORS e XRF su campioni reali. Modulo B) Progettazione e messa in opera di un’esperienza pratica di chimica analitica. Gli argomenti sono i seguenti: Come risolvere un problema di chimica analitica. Analisi qualitativa e quantitativa. Schema di progetto. Inquadramento del problema. Le principali tecniche analitiche. Considerazioni preliminari sulla scelta della tecnica analitica. Tecniche cromatografiche, spettroscopiche ed elettrochimiche. Pretrattamento del campione. Ricerca bibliografica. Impostazione del progetto, esecuzione, discussione dei risultati.

Modulo Chimica Fisica. Nell’ambito del corso verranno trattati argomenti chimico-fisici utili alla descrizione del comportamento di specie chimiche di importanza ambientale. Particolare attenzione verrà data alla trattazione dei processi fotochimici e di adsorbimento gas-solido, oltre che alla trattazione di processi termodinamici di interesse ambientale. Verranno forniti agli studenti nozioni riguardanti i costituenti chimici e la struttura fisica dell'atmosfera. Inoltre verranno trattati argomenti riguardanti la chimica della stratosfera e il problema dell'ozono, il riscaldamento globale e la chimica della troposfera con particolare riferimento alle piogge acide, smog fotochimico e particolato atmosferico. Saranno inoltre introdotti i principi di funzionamento di dispositivi per la produzione di energia a basso impatto ambientale. Particolare attenzione sarà data all’introduzione dei principi di funzionamento di celle fotovoltaiche al silicio e di celle basate su coloranti naturali e fotosintesi. Verranno analizzati i processi che stanno alla base della produzione di energia elettrica sfruttando la luce solare e processi chimici. Sarà analizzato l’impatto dei grandi impianti per la produzione di energia sull’ambiente con particolare attenzione ai processi che portano alla formazione di inquinanti pericolosi (diossine) e loro inibizione. Saranno infine introdotti i concetti alla base della diffusione degli inquinanti nell’atmosfera e nell’idrosfera. Modulo Laboratorio. Nell’ambito del presente corso, che ha uno spiccato carattere applicativo, saranno approfondite le metodologie di indagine di base che possono essere utilizzate per lo studio di materiali solidi di interesse ambientale, come ad esempio catalizzatori eterogenei per reazioni a basso impatto ambientale. Dopo alcune lezioni frontali, che saranno dedicate principalmente all’introduzione dei sistemi solidi di interesse ambientale e alla verifica/introduzione della conoscenza dei principi di base delle tecniche sperimentali che possono essere utilizzate per lo studio degli stessi (diffrazione di raggi X, spettroscopia IR e DR-UV-Vis, fisisorbimento di gas, microscopia elettronica, analisi termica), verranno organizzate diverse esperienze pratiche in laboratorio che permetteranno di acquisire informazioni sulle proprietà chimico-fisiche dei sistemi solidi analizzati.

Il primo modulo del corso tratta i seguenti argomenti: introduzione alla chimica inorganica medica, richiami di biochimica (in particolare sul DNA), generalità sui tumori e sulla strategia chemioterapica. Si approfondiscono gli agenti alchilanti ed in particolare i complessi metallici quali agenti alchilanti (elettrofili): farmacocinetica, farmacodinamica, DNA come target, meccanismo di platinazione e deformazione del DNA, effetti su replicazione e trascrizione, “rescue” contro la nefrotossicità, cisplatino, carboplatino, oxaliplatino e derivati similari in clinica, regole SAR e progettazione di nuovi farmaci, test farmacologici in vitro su culture cellulari e sferoidi e test in vivo. Complessi organometallici: titanocene e rutenio-arene dicloruro (RAPTA). Chemio-resistenza naturale ed acquisita. Picoplatino. Cenni di farmacogenomica. I complessi attivabili per acidità e/o riduzione (pro-farmaci). I derivati di Pt(IV). Applicazione dei concetti di “drug targeting and delivery” a composti del Pt. Targeting attivo e passivo. Effetto EPR. Liposomi e lipoplatino. Complessi intercalanti del DNA. L’ossigeno tripletto/singoletto ed i ROS: complessi operanti per stress ossidativo al DNA (bleomicina attivata da cationi ferro) e complessi fotosensibilizzanti per terapia fotodinamica (metallo-porfirine). Pt(IV)-azide fotoattivabile. Complessi metallici per terapie diverse: complessi dell’Au(I) come anti-reumatici; complessi del Bi(III) come anti-ulcera, complessi a rapido rilascio di ossido di azoto (NO) p.e. sodionitroprussiato, quali anti-ipertensivi nelle emergenze H. Composti di Vanadile quale insulino-mimetici per il trattamento del diabete. Richiami di radiochimica. Medicina nucleare: radiofarmaci e radiodiagnostici. SPET e Tecnezio 99-m. Generazione, riduzione e speciazione del Tecnezio. Radioisotopi dello Iodio e tiroide. PET e fluoroglucosio. BNCT e borani. Radioimmunoassay(RIA). Il laboratorio di colture cellulari per indagini farmacologiche. Test di vitalità e mortalità cellulare. Tipi di morte cellulare. Test in vivo (animali). Indice terapeutico TI. Il secondo modulo illustra le principali tecniche NMR per lo studio della struttura molecolare e dei processi dinamici. Principi base della tecnica. Metodo NMR ad impulsi. Parametri NMR: chemical shift (contributi diamagnetico, paramagnetico e locale) e costanti di accoppiamento (geminali, vicinali, long-range, omo- ed eteronucleari). Aspetti teorici ed applicazioni nell’analisi strutturale. Equivalenza chimica e magnetica di nuclei. Ordine di uno spettro NMR. Tempi di rilassamento: definizione, misura e meccanismi. Tecniche moderne: 1) doppia risonanza: disaccoppiamenti broadband (gated e off-resonance); 2) NOE: principi ed applicazioni; 3) sequenze INEPT e DEPT. 2D NMR: generalità ed esperimenti omo- and. NMR dinamico. NMR e la tavola periodica: applicazioni in chimica inorganica. NMR allo stato solido: generalità. NMR dei sistemi paramagnetici: ioni metallici, complessi e loro coniugati a macromolecole. Le tecniche rilassometriche e il fast-field cycling. Principi di MRI e uso di sistemi metallici quali agenti di contrasto. La chimica di coordinazione degli elementi f.

Modulo Chimica Macromolecolare. Scienza e Tecnologia dei Polimeri. Elasticità delle gomme. Transizione vetrosa. Stato cristallino. Meccanica dei polimeri. Creep e stress relaxation. Viscoelasticità e modelli di rilassamento. Reologia. Degradazione e stabilizzazione. Stampaggio ad iniezione, estrusione e principali metodi di trasformazione. Simulazione di processo. Modulo Laboratorio. Policondensazioni, polimerizzazioni radicaliche, copolimerizzazioni e polimerizzazioni radicaliche controllate, cenni teorici. Esperienza: copolimerizzazione radicalica di stirene e metilacrilato, sintesi, caratterizzazione dei materiali ottenuti e determinazione dei rapporti di reattività. Esperienza: polimerizzazione radicalica controllata dello stirene mediante ATRP, sintesi, caratterizzazione dei materiali ottenuti e determinazione della cinetica di reazione. Esperienza: polimerizzazione in emulsione del butil acrilato e caratterizzazione dei materiali ottenuti. Pesi molecolari e determinazione dei pesi molecolari. Analisi termica di materiali polimerici mediante tecniche DSC e TGA. Determinazione della transizione vetrosa. Esperienza: determinazione del peso molecolare di campioni di polistirene. Esperienza: determinazione delle proprietà termiche di campioni di PET commerciali.

La Replicazione del DNA. Gli acidi nucleici. Le DNA polimerasi. La topologia del DNA. Struttura e meccanismo d'azione. Il replisoma e i suoi componenti. Il meccanismo di correzione delle bozze. La topoisomerasi I e suo meccanismo d'azione. Il danno del DNA. Restauro del DNA. Meccanismi di reversione, escissione, “mismatch-repair” e per ricombinazione. La trasposizione del DNA. La cromatina, il nucleosoma e gli istoni. La trascrizione del DNA. Le RNA polimerasi procariore ed eucariote. L'unita' trascrizionale procariote ed eucariote. Regolazione dell’inizio della trascrizione negli eucarioti. Fattori di trascrizione generali e complesso d’inizio. Modificazioni post-trascrizionali. Introni e “splicing”. Splicing differenziale. RNA catalitico. RNA “editing”. Controllo genico negli eucarioti. Attivatori e repressori della trascrizione e meccanismi molecolari del controllo trascrizionale. RNA interference. I meccanismi della traduzione. Il DNA ribosomiale. Struttura del ribosoma. Il codice genetico. tRNA e sua struttura. AAtRNA sintetasi e suo meccanismo d'azione. Il riconoscimento codone-anticodone "Vacillamento". Formazione del complesso di inizio della traduzione. IF e loro regolazione. Allungamento della catena ed EF. Terminazione della sintesi proteica. Principali modificazioni post-traduzionali delle proteine. Laboratorio di Biologia Molecolare (principi teorici). Clonaggio di DNA ricombinante ed enzimi di restrizione. Vettori di clonaggio e di espressione. Costruzione e screening di genoteche. Tecniche di analisi degli acidi nucleici. Sequenziamento del DNA e tecniche di PCR (end-point e quantitativa).

Il corso tratta i metodi che si possono utilizzare per estrarre informazione da dati complessi quali dati spettroscopici, dati ambientali, mappe elettroforetiche, dati industriali di processo, controllo qualità, ecc. I metodi studiati, che sono anche argomento di esercitazioni al computer su dataset reali riguardano: metodi di pretrattamento dei dati (scaling, trasformazioni non lineari delle variabili, trattamento dei dati mancanti, trattamento di dati spettroscopici), metodi di clustering (gerarchico, K-means, metody fuzzy), metodi di pattern recognition (PCA, MDS), metodi di regressione (teoria della calibrazione, MLR, PLS, PCR, Ridge e selezione delle variabili), metodi di classificazione (NMC, LDA, QDA, RDA, KNN, Ranking-PCA, PLS-DA e selezione delle variabili), reti neurali artificiali (Backward, auto associative di Kohonen, counter-propagation), algoritmo genetico. Esercitazioni al computer su software dedicati.

Principi generali • Definizione di Fisiologia. • Caratteristiche degli esseri viventi. • Composizione chimica della materia vivente. • Omeostasi e adattamento. Cellula • Membrana cellulare. Diffusione, osmosi. Trasporto di membrana. • Comunicazione cellulare. Molecole segnale, recettori. Vie di trasduzione del segnale. • Potenziali di equilibrio e di diffusione. Equilibrio di Donnan, modello pump and leak, RVD, RVI. • Correnti di membrana e misure EF. Potenziale di azione. • Segnali del calcio. Omeostasi del calcio. • Sinapsi. Sistemi • Sistema nervoso centrale. Cervello, mesencefalo, cervelletto. Sistemi effettori. • Sistema sensoriale, recettori cutanei. Occhio, retina recettoriale, retina neurale. Udito. Apparato vestibolare, gusto, olfatto. • Sistema endocrino, asse ipotalamo-ipofisi, epifisi, tiroide. Paratiroidi, bilancio calcio, surrenali. Metabolismo glicogeno. Gonadi endocrine. • Apparato muscolare, fibra muscolare striata, meccanica della contrazione. Tipi di contrazione, tipi di fibre muscolari. • Liquidi corporei, composizione sangue. Emostasi, sistema linfatico. Difesa immunitaria. • Sistema cardiovascolare, attività elettrica, contrazione. Ciclo cardiaco. Vasi, flusso, pressione, capillari. Vene, regolazione pressione. • Apparato respiratorio, dinamica respiratoria. Volumi polmonari, scambio gas, trasporto ossigeno. Controllo respirazione, trasporto CO2, rapporto ventilazione/perfusione. • Rene, filtrazione assorbimento. Concentrazione urine, bilancio idrico-salino. Regolazione acido/base, alcalosi, acidosi. • Apparato digerente, ghiandole salivari, stomaco. Fegato, pancreas. Motilità intestinale, assorbimento. • Apparato riproduttore maschile. Riproduttore femminile, ciclo. Fecondazione, gravidanza. • Bilancio energetico.