Insegnamento CHIMICA E BIOCHIMICA

Corso
Produzioni animali
Codice insegnamento
GP004360
Curriculum
Comune a tutti i curricula
Docente
Luca Avellini
CFU
12
Regolamento
Coorte 2022
Erogato
2022/23
Tipo insegnamento
Obbligatorio (Required)
Tipo attività
Attività formativa integrata

BIOCHIMICA

Codice GP004369
CFU 6
Docente Luca Avellini
Docenti
  • Luca Avellini
Ore
  • 54 ore - Luca Avellini
Attività Caratterizzante
Ambito Discipline della sanità animale
Settore BIO/10
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento Italiano
Contenuti Struttura e reattività dei gruppi funzionali presenti in Glucidi, Lipidi, Proteine ed Acidi nucleici. Principi di enzimologia. Funzione e metabolismo delle principali biomolecole in relazione alle peculiarità dei singoli organi e delle diverse specie animali. Concetti generali del metabolismo della flora ruminale e sua interazione con l'ospite. Bioenergetica e interrelazioni tra i vari metabolismi, rispettivi processi di regolazione con particolare riferimento agli animali di interesse zootecnico.
Testi di riferimento F.A. Bettelheim, W.H. Brown, M.K. Campbell, S.O. Farrell, O.J. Torres. Chimica e propedeutica biochimica - II Edizione Edises, 2014; M.L. Nelson, M.M. Cox "Principi di Biochimica di Lehninger" Zanichelli.
Obiettivi formativi CONOSCENZE e CAPACITA’ DI COMPRENSIONE
Lo studente dovrà dimostrare una adeguata conoscenza
- delle caratteristiche chimico-fisiche e della reattività dei gruppi funzionali presenti nelle molecole di interesse biologico;
- della classificazione strutturale e delle caratteristiche metaboliche di glucidi, lipidi, amminoacidi e nucleotidi;
- delle vie metaboliche, delle loro integrazioni e regolazioni;
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Alla fine del corso, lo studente dovrà aver sviluppato le seguenti abilità:
- familiarità con i gruppi funzionali presenti nelle macromolecule biologiche in maniera da poterne predire la reattività chimica;
- capacità di comprendere la funzione biochimica di glucidi, lipidi e proteine, la cinetica enzimatica e la bioenergetica;
- capacità di discutere in maniera ragionata sulle singole reazioni delle vie metaboliche;
- comprendere le specificità d’organo e tessuto e le differenze tra specie;
- comprendere, riconoscere e prevedere i diversi adattamenti metabolici conseguenti ai mutamenti alimentari o ambientali, oltre i diversi bisogni fisiologici e legati in generale al benessere animale;
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Lo studente dovrà essere in grado di argomentare in modo critico e autonomo i collegamenti tra chimica e biologia e gli adattamenti omeostatici attesi in caso di mutamenti, sia normali che patologici, del metabolismo o dell’alimentazione.
ABILITA’ COMUNICATIVE
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di organizzare ed esporre le conoscenze acquisite supportandole con rigore argomentativo, completezza, proprietà di linguaggio, e capacità di collegamento con altri contesti sia in forma scritta che orale.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di:
- saper integrare e gestire in modo autonomo le conoscenze acquisite con informazioni derivate da testi scientifici o risorse bibliografiche e di impiegare quanto appreso anche in contesti diversi, compresa la ricerca;
- possedere una padronanza della materia tale da poter comprendere i contenuti degli insegnamenti successivi quali la biologia molecolare, la fisiologia e la nutrizione.
Prerequisiti
Metodi didattici Il corso si articolerà in
- Lezioni frontali (40 ore) in aula che tratteranno tutti gli argomenti previsti dal programma del corso
- Lezioni pratiche (per 14 ore totali) effettuate in aula a carattere seminariale, di esercitazione pratica e di ripasso scritto o orale sugli argomenti trattati nelle lezioni teoriche.
Modalità di verifica dell'apprendimento
Programma esteso Il corso è strutturato in due parti. La prima consiste nello studio propedeutico delle MOLECOLE di INTERESSE BIOLOGICO (2 CFU):
Glucidi - Monosaccaridi e serie steriche: aldosi, chetosi, epimeri. Strutture cicliche e reazioni di emiacetalizzazione, anomeri e mutarotazione, condensazione alcolica, tautomeria cheto-enolica e interconversione degli osi; formazioni di acetali e legame glicosidico, di- e poli-saccaridi.
Lipidi - Acidi grassi e reazioni di esterificazione, glicerolipidi, molecole anfipatiche, micelle e doppi strati. Steroidi. Modello di membrana biologica - mesomorfismo termotropico, concetto di fluidità di membrana.
Poteine - Amminoacidi e loro classificazioni; le reazioni degli amminoacidi: lo zwitterione, decarbossilazione, deaminazione, alfa-beta eliminazione, formazione di emiamminali e di basi di Shiff, ruolo del piridossalfosfato. Il legame peptidico, i 4 livelli di struttura delle proteine, modificazioni conformazionali, denaturazione e rinaturazione.
La seconda parte si occupa dello studio dei processi metabolici.

INTRODUZIONE al METABOLISMO (1 CFU):
Trasporti attraverso le membrane (diffusione semplice e facilitata, proteine vettrici e canale, trasporto attivo primario e secondario, affinità, specificità e velocità massima), la compartimentazione cellulare.
Gli enzimi - classificazione, il complesso enzima-substrato e l'adattamento indotto, meccanismi della catalisi enzimatica, coenzimi e gruppi prostetici, cinetica enzimatica, equazione di Michaelis-Menten, cinetica allo stato stazionario, effetto di pH e temperatura, meccanismi di regolazione dell'attività enzimatica, modulazione allosterica omotropica ed eterotropica, modello simmetrico e sequenziale, L'emoglobina e i suoi quattro ligandi come esempio di modulazione allosterica; regolazione covalente reversibile, concetto di secondo messaggero, amplificazione a cascata del segnale. La regolazione automatica: termodinamica e cinetica. Principi della regolazione a distanza: gli ormoni.
Organizzazione del metabolismo, legami ad alta energia libera di idrolisi, ciclo dell'ATP (4 modi di utilizzazione e 4 modi per la sintesi dell'ATP).
METABOLISMO GLUCIDICO (1 CFU):
Origine e destini del glucosio, ruolo dell'esochinasi e della glucochinasi; la glicolisi: le singole reazioni delle due fasi, utilizzazione di altri monosaccaridi, destini del piruvato (lattato deidrogenasi e complesso della decarbossilazione del piruvato); gluconeogenesi: origine dei precursori, reazioni specifiche; regolazione reciproca di glicolisi e gluconeogenesi, enzima bifunzionale e fruttosio 2-6 bisfosfato. Sintesi e degradazione del glicogeno, ruolo dell'UDP-glucosio, regolazione allosterica e covalente del metabolismo del glicogeno. Ciclo di Cori.
METABOLISMO TERMINALE (1CFU):
Origine dell'Acetil-CoA, Ciclo di Krebs: singole reazioni, ruolo anfibolico, ruolo dell'ossalacetato, reazioni anaplerotiche; regolazione reciproca di piruvato carbossilasi e piruvato deidrogenasi. Catena respiratoria: trasportatori e potenziale red-ox, ciclo dell'ubichinone, le pompe protoniche, la succinato deidrogenasi. L'accoppiamento chemio-osmotico e la FoF1-ATPasi. il gradiente protonico come forma di immagazzinamento di energia (traslocasi dei nucleotidi adenilici e termogenina); Fosforilazione ossidativa e regolazione da carico energetico. Resa energetica. I sistemi navetta (del malato-aspartato e del glicerolo-fosfato). Considerazioni energetiche su catabolismo lipidico e glucidico.
METABOLISMO LIPIDICO, PROTEICO, RUMINALE ed INTERRELAZIONI METABOLICHE (1CFU):
Trasporto dei lipidi nel sangue. AcilCoA sintetasi, ruolo della carnitina e regolazione del trasporto, beta-ossidazione degli acidi grassi saturi ed insaturi e a numero dispari di C: singole reazioni e resa energetica; sintesi e significato dei corpi chetonici. Sintesi del palmitato, origine dei precursori dell’ATP e del NADPH, reazioni di allungamento e desaturazione, trasporto del citrato e ruolo dell'enzima malico.
Metabolismo ruminale (glucidico, lipidico e protidico) e rapporti con l’organismo ospite. Le tre fasi del metabolismo glucidico, la via del pentosio-fosfato, i destini del piruvato, gli acidi grassi volatili. Bioidrogenazione e metanogenesi.
Amminoacidi glucogenici e lipogenici, transdeaminazioni, ruolo di alanina e glutammina. Ruolo ed importanza della glutammato DH. Trasporto ed eliminazione dell’azoto amminico. Ciclo dell’urea.
Interrelazioni metaboliche.
Lezioni Pratiche:
Discussione collegiale, esercitazioni pratiche con modelli molecolari e ripasso scritto o orale degli argomenti trattati nelle lezioni teoriche (14 ore)

CHIMICA

Codice GP004370
CFU 6
Docente Giovanni Bistoni
Docenti
  • Giovanni Bistoni
Ore
  • 54 ore - Giovanni Bistoni
Attività Base
Ambito Discipline chimiche
Settore CHIM/03
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento Italiano
Contenuti Basi di stechiometria. Struttura atomica e legame chimico. Termodinamica ed equilibrio chimico. Equilibri in soluzione. Cinetica chimica. Ossidoriduzioni. Fondamenti di chimica organica.
Testi di riferimento F.A. Bettelheim, W.H. Brown, M.K. Campbell, S.O. Farrell, O.J. Torres.
Chimica e propedeutica biochimica - II Edizione
Edises, 2014
Obiettivi formativi L’obiettivo principale del corso è quello di fornire agli studenti i concetti di base della chimica generale e della chimica organica. Nel raggiungere questo obiettivo gli studenti acquisiranno un adeguato linguaggio scientifico e la capacità di studiare gli argomenti trattati in maniera critica e ragionata.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
- Teoria atomica e struttura elettronica degli atomi.
- Legame chimico e geometrie molecolari.
- Forze intermolecolari.
- Reazioni chimiche.
- Equilibrio chimico in soluzione acquosa.
- Principi di chimica organica.
 
Le principali abilità (capacità di applicare le conoscenze acquisite):
- rappresentare molecole o ioni molecolari inorganici mettendo in evidenza l’orientazione degli atomi e i legami che intercorrono tra di essi;
- prevedere la geometria, la polarità e lo stato fisico delle molecole;
 - prevedere la reattività dei più comuni composti inorganici ed organici.
Prerequisiti Conoscenze di base di matematica e fisica acquisite nei precedenti cicli di studi.
Metodi didattici Lezioni frontali, esercitazioni. 
Lezioni frontali: Le lezioni verranno svolte mediante l’ausilio della lavagna e la proiezione di slides.
Esercitazioni numeriche in aula per la soluzione guidata di esercizi numerici mediante l’ausilio della lavagna.
Il materiale didattico (slides, esercizi proposti durante le esercitazioni numeriche, testi di precedenti prove scritte) sono resi disponibili agli studenti sulla piattaforma UNISTUDIUM.
Modalità di verifica dell'apprendimento Prova scritta della durata di 2 ore seguita da prova orale.
Programma esteso Introduzione e Basi di stechiometria:  Composti ed elementi chimici. Leggi fondamentali della chimica e teoria atomica di Dalton. Numero di massa, numero atomico, isotopo, ione. Il concetto di mole, massa atomica e molecolare. Formule chimiche. Reazioni: Reagente e prodotto, bilanciamento delle reazioni, reagenti limitanti, calcoli stechiometrici.
 
Atomi e molecole: Struttura atomica, numeri quantici e livelli energetici degli elettroni, orbitali atomici, il sistema periodico degli elementi, elettronegatività, valenza, numero di ossidazione, regola dell’ottetto, legame ionico, covalente e covalente polare. Nomenclatura e struttura dei composti binari e ternari: ossidi e anidridi, idrossidi e ossiacidi, idruri e idracidi, sali inorganici.
Ossidoriduzioni: bilanciamento di una reazione con il metodo ionico-elettronico.
 
Stati della materia: Gas: Equazione di stato dei gas ideali. Solidi e liquidi: tensione di vapore.
 
Le soluzioni e loro proprietà: Dissoluzione e dissociazione, solvente e soluto, soluzioni acquose. Unità di concentrazione. Tensione di vapore e legge di Raoult. Diluizioni. Proprietà colligative delle soluzioni: Pressione osmotica.
 
Termodinamica chimica: Lavoro e calore, convenzione, I° principio della termodinamica, entalpia, termochimica. Processi irreversibili e reversibili, II° principio della termodinamica, entropia ed energia libera di Gibbs. Spontaneità dei processi a temperatura e pressione costanti, costante di equilibrio.
 
Reazioni ed equilibri chimici in soluzione: Sali poco solubili e prodotto di solubilità, effetto dello ione a comune. Reazioni acido-base. Acidi e basi secondo Brønsted e Lowry, coppie coniugate, prodotto ionico dell’acqua, il pH, costante di dissociazione di acidi e basi deboli, calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi deboli e loro sali, Soluzioni tampone, Potere tampone, Indicatori acido-base. Acidi poliprotici.
 
Cinetica chimica: velocità di reazione, ordine di reazione. Meccanismi di reazione e processi elementari. Energia di attivazione, equazione di Arrhenius. Catalizzatori
 
Chimica del carbonio: ibridazione del carbonio, legami s e p, e carattere direzionale degli orbitali ibridi. Idrocarburi: gli alcani, alcheni e alchini. Benzene e composti aromatici, risonanza e legami coniugati. Gruppi funzionali e nomenclatura Alcoli, Tioalcoli, Eteri, Ammine; Aldeidi e chetoni; Acidi carbossilici, Ammidi, Esteri, Alogenuri, Composti eterociclici.
Isomeria strutturale e conformazioni, isomeri di posizione e stereoisomeri geometrici, chiralità, potere ottico rotatorio
 
Reazioni organiche: Sostituzione, somma ed eliminazione; agenti radicalici, nucleofili ed elettrofili; radicale del carbonio, carboanioni, carbocationi e loro stabilità. Reattività dei principali gruppi funzionali.
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