Corso di laurea: Scienze biologiche Programmazione per l'A.A. 2010/2011

1 - STRUTTURA DELL'ATOMO Le particelle subatomiche: Elettrone, protone, neutrone - Numero atomico, numero di massa - Isotopi - Unità di massa atomica - Modello atomico di Bohr/Rutherford - Descrizione meccanico/ondulatoria dell'atomo - Orbitali atomici - Numeri quantici - Principio di esclusione del Pauli - Principio della massima molteplicità 2 - SISTEMA PERIODICO DEGLI ELEMENTIClassificazione periodica e configurazione elettronica degli elementi – Proprietà periodiche: raggi atomici e ionici, energia di ionizzazione, affinità elettronica. ed elettronegatività. 3 - LEGAME CHIMICO Legame ionico - Legame covalente - Teoria del legame di valenza - Elettronegatività degli atomi e polarità dei legami - Numero di ossidazione - Legame dativo - Teoria V.S.E.P.R. - Orbitali ibridi e geometria molecolare - Risonanza - Legame chimico e formule di struttura dei composti inorganici più comuni. 4 - FORZE INTERMOLECOLARI Forze di Van der Waals e di London- Legame ad idrogeno. 5 - STATO GASSOSOCaratteristiche generali dello stato gassoso – Gas ideali o perfetti – Leggi dei gas ideali - Equazione di stato dei gas - Legge delle pressioni e dei volumi parziali - Diffusione dei gas - I Gas reali. Applicazioni numeriche. 6 - STECHIOMETRIA Il concetto di mole - Leggi della stechiometria - Determinazione dellaformula di un composto – L'equazione chimica ed il suo bilanciamento - Reazioni di ossido-riduzione - Calcoli stechiometrici: rapporti quantitativi nelle reazioni chimiche – Reagente limitante Applicazioni numeriche 7 - STATI CONDENSATI E CAMBIAMENTI DI STATO Cenni sulle caratteristiche dello stato solido in funzione del legame chimico - Caratteristiche dello stato liquido – Cambiamenti di stato - Tensione di Vapore - Diagramma di stato dell'acqua e dell’anidride carbonica- Principio dell'equilibrio mobile -. 8 - SOLUZIONI ACQUOSE Tipi di soluzioni - Unità di concentrazione – Solubilità (con particolare riferimentoalla solubilità dei composti ionici) - Legge di Henry - Proprietà colligative delle soluzioni: Abbassamento della tensione di vapore e Legge di Raoult - Crioscopia ed ebullioscopia - Osmosi e pressione osmotica – Soluzioni elettrolitiche. Proprietà colligative di elettroliti – Grado dissociazione. Applicazioni numeriche 9 – ELEMENTI DI CINETICA Fattori che influenzano la velocità di reazione – Equazione cinetica ed ordine di reazione – Trattamento grafico delle reazioni di 1° ordine – Reazioni elementari: step limitante la velocità di reazione - Energia di attivazione - Catalizzatori 10 - L’ EQUILIBRIO CHIMICO L’equilibrio nei sistemi omogenei - Legge di azione di massa e costante di equilibrio - Fattori che influenzano l'equilibrio. - Equilibri ionici in soluzione acquosa - Dissociazione dell'acqua e pH –Teoria degli acidi e delle basi: Acidi e Basi di Arrhenius, Bronsted e Lewis - Anfoliti – pH di soluzioni saline (idrolisi) - Soluzioni tampone - Calcolo di pH in soluzione di acidi, basi, sali e tamponi – Indicatori di pH. Applicazioni numeriche. 11 - ELETTROCHIMICA Celle galvaniche - Equazione di Nernst - Serie dei potenziali standard e sua importanza - Celle di concentrazione - Elettrolisi - Leggi di Faraday. 12 – ELEMENTI DI TERMODINAMICA. Entalpia - Legge di Hess (da trattare prima del legame chimico) – Entropia (datrattare prima delle soluzioni acquose) - Energia Libera – Ruolo della temperatura nella spontaneità delle reazioni chimiche (da trattare prima dell’elettrochimica) 13 – CHIMICA INORGANICA Metalli e non metalli: generalità sulle proprietà chimiche e fisiche, stato naturale e rilevanza biologica. Caratteristiche generali di ciascun gruppo del sistema periodico.. Principali stati di ossidazione e composti di Idrogeno, Metalli alcalini e alcalino terrosi, Ossigeno, Carbonio, Azoto, Fosforo, Zolfo e Cloro. Elementi ditransizione: generalità. Composti di coordinazione di rilevanza biologica.

A) CITOLOGIA Caratteristiche biologiche della materia vivente. Aspetti biologici delle componentiinorganiche ed organiche della materia vivente: acqua, sali minerali, glucidi, lipidi, protidi, acidi nucleici.Cenni sui livelli di organizzazione della materia vivente. La cellula eucariotica animale. - La membrana plasmatica. Rivestimenti esterni. Le differenziazioni della membrana plasmatica: microvilli, ciglia e flagelli, sistemi di giunzione, membrana basale. - Il citoplasma: ialoplasma; ribosomi; reticolo endoplasmatico granulare e agranulare o liscio; apparato del Golgi; lisosomi; perossisomi; mitocondri; inclusioni citoplasmatiche; sostanze di riserva; pigmenti; il citoscheletro ed i suoi costituenti; l'apparato della sfera.Endocitosi ed esocitosi. - Il nucleo ed i suoi costituenti: la parete nucleare; il nucleoplasma;organizzazione e funzioni della cromatina; i cromosomi; il nucleolo. Attività funzionale del nucleo: fase G1, S, G2 (cenni su: trascrizione, sintesi proteica, duplicazione del DNA). La divisione cellulare: mitosi, meiosi e gametogenesi (generalità). B) METODI E STRUMENTI DI INDAGINE - Osservazione diretta di cellule e tessuti viventi. - Allestimento di preparati permanenti. - Le principali colorazioni istologiche. - Principigenerali di citochimica ed istochimica. Microscopi ottici ed elettronici: principi di funzionamento e loro impiego in biologia. C) ISTOLOGIA I tessuti animali: classificazione e riconoscimento. - I tessuti epitelialidi rivestimento: caratteristiche generali e classificazione. - Epiteli ghiandolari: origine e classificazione delle ghiandole; caratteristiche delle cellule secernenti e vari tipi di secrezione. I tessuti connettivi: le caratteristiche della sostanza intercellulare: parte amorfa o sostanza fondamentale e fibre connettivali; le cellule dei connettivi. Tessuti connettivi propriamente detti. Connettivi di sostegno: cartilagine e tessuto osseo; processi di ossificazione. Tessuto adiposo. - Sangue: plasma ed elementi figurati. Endotelio e vasi sanguigni. - Il tessuto muscolare: liscio, striato scheletrico e cardiaco. Il tessuto nervoso: vari tipi di neurone;struttura della cellula e delle fibre nervose; sinapsi interneuroniche e neuromotorie. La nevroglia.

Organizzazione generale del corpo umano e la terminologia anatomica. Concetto di organo, apparato e sistema. Metodi di indagine: l'esame macroscopico, microscopico ed ultramicroscopico. APPARATO LOCOMOTORE: lo scheletro e l'organizzazione strutturale delle ossa; classificazione ed organizzazione delle articolazioni; classificazione e funzione dei muscoli scheletrici. APPARATO CARDIOVASCOLARE: Apparato circolatorio sanguifero: il cuore, le sue cavità, le valvole e la struttura della sua parete; pericardio; i vasi sanguigni e la loro struttura; principali vasi della circolazione arteriosa e venosa. Apparato circolatorio linfatico: vasi linfatici e linfonodi, cenni di sistematica dell’apparato circolatorio linfatico. SISTEMA IMMUNITARIO: midollo osseo; timo; milza; linfonodi. APPARATO DIGERENTE: struttura e funzione degli organi del canale alimentare; struttura e funzione delle ghiandole annesse all'apparato digerente: struttura e funzione delle ghiandole salivari, del fegato e del pancreas; peritoneo. APPARATO RESPIRATORIO: struttura e funzione delle vie aeree e dei polmoni; pleura. APPARATO URINARIO: struttura macroscopica e microscopica del rene; le vie di escrezione dell'urina. APPARATO GENITALE MASCHILE: struttura ed organizzazione del testicolo; le vie spermatiche; le ghiandole annesse all’apparato genitale maschile; i genitali esterni. APPARATO GENITALE FEMMINILE: struttura ed organizzazione dell’ovaio e delle vie genitali femminili; i genitali esterni. SISTEMA ENDOCRINO: struttura e funzione dell’ipofisi, dell’epifisi, della tiroide, delle paratiroidi, del surrene, del pancreas endocrino, delle ghiandole surrenali e della porzione endocrina delle gonadi. SISTEMA NERVOSO CENTRALE: struttura macroscopica e microscopica del midollo spinale, il tronco encefalico, il cervelletto, il diencefalo e il telencefalo; organizzazione delle meningi; la circolazione del liquido cefalo-rachidiano; vascolarizzazione del sistema nervoso centrale. SISTEMA NERVOSO PERIFERICO: i nervi spinali ed i nervi encefalici;organizzazione e funzione del sistema nervoso simpatico. RECETTORI , ORGANI E APPARATI DI SENSO: struttura e funzione dei recettori di senso: esterocettori, propriocettori, enterocettori; struttura e funzione degli organi di senso: organo del gusto, organo dell’olfatto, occhio, apparato uditivo e vestibolare.APPARATO TEGUMENTARIO: struttura e organizzazione della cute, del follicolo pilosebaceo, delle unghie e delle ghiandole sudoripare

I VEGETALI - Introduzione alla Botanica e cenni di sistematica. Importanza delle piante per l’uomo e gli altri esseri viventi. Definizione e suddivisione. Ruolo dei vegetali nella biosfera. Cenni sulla fotosintesi clorofilliana. Autotrofia ed eterotrofia (organismi parassiti, saprofiti e simbionti). La speciazione. Tassonomia e filogenesi. Omologia e analogia.I PROCARIOTI AUTOTROFI - I Cianobatteri: citologia, riproduzione, le eterocisti. GLI EUCARIOTI – Caratteristiche peculiari della cellula vegetale. La divisione cellulare e la citodieresi. Origine della cellula eucariotica. RIPRODUZIONE NEI VEGETALI - Riproduzione vegetativa, per sporogonia, riproduzionesessuale. Modalità e significato dei diversi tipi di riproduzione. Cicli metagenetici e loro significato evolutivo. FUNGHI - Morfologia del tallo e principali cicli biologici dei Funghi (Zigomiceti,Glomeromiceti, Ascomiceti, Basidiomiceti). I licheni: caratteri generali, riproduzione, sistematica. I licheni come bioindicatori. Le micorrize e loro importanza. ALGHE: diversi tipi di organizzazione, riproduzione e cicli biologici dei principali taxa algali: Rhodophyta; Chlorophyta; Charophyta; Bacillariophyta; Phaeophyta; Oomycota.LA CONQUISTA DELL’AMBIENTE TERRESTRE - Caratteri generali, biologia, tendenzemorfologiche ed evolutive delle Embryophyta BRIOFITE - Riproduzione e ciclo biologico. Muschi; Epatiche; Antocerote. PIANTE VASCOLARI – Organizzazione del cormo. Riproduzione e cicli biologici.Piante vascolari senza seme: sporofito e gametofito; isosporia ed eterosporia. Riniofite; Licofite; Psilofite; Artrofite; Pterofite.Piante vascolari con seme: Spermatofite. Gimnosperme: caratteri generali e apparati riproduttori.Angiosperme: fiore e infiorescenze, evoluzione delle parti fiorali, impollinazione e fecondazione. Il frutto: formazione e sviluppo del frutto. Tipi di frutto. Il seme e le sue riserve. Caratteri generali delle principali famiglie di Eu-dicotiledoni e Monocotiledoni. Piante di interesse economico.

I - Caratteristiche degli animali Funzioni e organizzazione: metabolismo, respirazione e scambi gassosi, alimentazione, trasporto, escrezione, movimento, comportamento. Omeostasi. Organi e apparati della vita vegetativa e della vita di relazione. Simmetria e movimento. Modelli architettonici. Organizzazione coloniale. Organizzazione simbiotica. Organizzazione sociale. La riproduzione: funzione e significato. La riproduzione asessuale e sessuale nei Protozoi e nei Metazoi. La meiosi e la sua posizione nel ciclo vitaledegli organismi. Anfigonia e partenogenesi. Le condizioni di sessualità: gonocorismo ed ermafroditismo. Caratteri sessuali secondari e dimorfismo sessuale. Inseminazione e fecondazione. Strategie riproduttive. Sviluppo embrionale e post-embrionale. Tipi di uovo. Segmentazione, gastrulazione. Foglietti embrionali.II – Principi di classificazione Evoluzione e diversità animale. Le categorie tassonomiche. La specie. Regole di nomenclatura. Concetto di omologia. Filogenesi e alberi filogenetici. Metodi di classificazione.III – Evoluzione del piano organizzativo nei principali taxa animali Protozoi: caratteristiche generali; cenni sulla classificazione; principali taxa. Principali Protozoi parassiti dell’uomo. Metazoi: Origine della pluricellularità e principali vie evolutive. Protostomi e Deuterostomi. Morfologia e radiazione adattativa dei principali Phyla dei Metazoi: Poriferi. Cnidari (Idrozoi, Scifozoi, Cubozoi, Antozoi). Platelminti (Turbellari, Trematodi, Cestodi). Nematodi. Molluschi (Gasteropodi, Bivalvi, Cefalopodi). Anellidi (Policheti, Oligocheti, Irudinei). Artropodi: Chelicerati (Merostomi, Aracnidi), Crostacei (Decapodi, Isopodi, Anfipodi, Stomatopodi, Cirripedi), Unirami (Chilopodi, Diplopodi, Insetti). Lofoforati (Foronidei, Briozoi, Brachiopodi). Echinodermi (Asteroidei, Ofiuroidei, Echinoidei, Oloturoidei, Crinoidei, Concentricicloidei).Cordati: Tunicati, Leptocardi e Vertebrati. Principali tappe dell’evoluzione dei Vertebrati: Agnati, Condroitti, Osteitti, Anfibi, Rettili, Uccelli e Mammiferi.

1 - Introduzione Stato di un sistema fisico e grandezze fisicamente significative - La misura delle grandezze fisiche e gli errori di misura - Unità di misura - Equazioni dimensionali - Grandezze scalari e vettoriali - Elementi di algebra vettoriale - Rappresentazione grafica delle leggi fisiche. 2 - Meccanica Descrizione del moto di un corpo - Sistemi di riferimento - Principio d'inerzia - Seconda legge della dinamica - Terza leggedella dinamica - Conservazione della quantità di moto - Cenni di relatività ristretta - Campi di forza - Lavorodi una forza - Teorema dell'energia cinetica - Campi conservativi - Potenziale - Conservazione dell'energiameccanica - Momento delle forze - Conservazione del momento angolare - Campo gravitazionale edelettrostatico - Teorema di Gauss e sue applicazioni. 3 - Meccanica dei fluidi Proprietà dei fluidi - Statica deifluidi: leggi di Pascal, Stevin e Archimede - Fluidi ideali e teorema di Bernoulli - Moto laminare di un fluidoviscoso: legge di Poiseuille - Circolazione del sangue e lavoro del cuore - Flusso turbolento -Sedimentazione - Fenomeni di superficie: legge di Laplace e fenomeni di capillarità. 4 - TermodinamicaTermometria e calorimetria - Calore specifico delle sostanze - Elementi di teoria cinetica dei gas - Stato di unsistema termodinamico - Esperienza di Joule - Equivalenza fra calore e lavoro - Energia interna e primoprincipio della termodinamica - Generalità delle trasformazioni termodinamiche - Processi reversibili edirreversibili - Entropia e secondo principio della termodinamica - Osmosi. 5 - Fenomeni elettromagneticiCarica elettrica - Campo elettrostatico - Condensatori - Dielettrico - Polarizzazione del dielettrico - Correnteelettrica - Correnti elettriche nei conduttori e negli elettroliti - Leggi di Faraday - Potenziale di azione econduzione degli impulsi nel sistema nervoso - Induzione magnetica - Legge di Ampere - Campo magneticonella materia - Forza elettromotrice indotta - Legge di Lenz - Equazioni di Maxwell - Ondeelettromagnetiche. 6 - Fenomeni ondulatori Equazione delle onde - Onde longitudinali e trasversali - Ondepiane ed onde sferiche - Onde monocromatiche - Analisi di Fourier - Effetto Doppler - Principio di Huygens- Il suono e le sue caratteristiche - Fisica dell'orecchio - Ultrasuoni. 7 - Elementi di ottica Riflessione erifrazione - Legge di Snell - Approssimazione dell’ottica geometrica - Diottro sferico - Lenti sottili -Costruzione geometrica delle immagini - Microscopio - Ottica fisica - Sorgenti coerenti - Interferenza -Diffrazione - Reticolo di diffrazione - Potere risolutivo di uno strumento ottico - Polarizzazione. 8 - Elementidi fisica moderna Dualità onda-corpuscolo - Effetto fotoelettrico - Effetto Compton - Diffrazione degli elettroni - Relazioni di indeterminazione di Heisenberg - Onde di De Broglie - Equazione d'onda diSchroedinger - Dimensioni e struttura degli atomi - Orbitali e livelli energetici degli elettroni atomici -Assorbimento ed emissione della luce da atomi - Effetto laser - Spettri atomici - Raggi X - Semiconduttori. 9- Fisica delle radiazioni Struttura del nucleo atomico - Radioattività e legge del decadimento radioattivo -Datazioni - Dosimetria ed effetti biologici delle radiazioni - Problemi di radioprotezione.

Legame covalente e forma delle molecole: Struttura atomica. Modello di legame di Lewis. Angoli di legamee forma delle molecole. Struttura e proprietà fisiche. Risonanza. Legame covalente secondo il modello dellegame di valenza. Acidi e basi: Acidi e basi di Brønsted-Lowry. Misura della forza di acidi e basi.Elettronegatività. Effetto di risonanza. Effetto induttivo. Posizione dell’equilibrio nelle reazioni acido-base.Acidi e basi di Lewis. Alcani e cicloalcani: Struttura. Isomeria costituzionale negli alcani. Nomenclatura esistema IUPAC. Conformazioni. Isomeria cis-trans nei cicloalcani. Proprietà fisiche. Ossidazione ecombustione degli alcani. Alogenazione radicalica degli alcani. Fonti di alcani. Alcheni e alchini: Struttura.Nomenclatura. Proprietà fisiche. Alcheni diffusi in natura: terpeni. Reazioni: meccanismi. Addizionielettrofile. Ossidazione degli alcheni a glicoli. Riduzione degli alcheni ad alcani. Benzene e suoi derivati:Struttura del benzene. Concetto di aromaticità ed eterociclici aromatici. Nomenclatura. Fenoli: nomenclatura,acidità, reazioni acido-base. Ossidazione in posizione benzilica. Sostituzione elettrofila aromatica.Meccanismo della sostituzione elettrofila aromatica. Disostituzione. Chiralità: Stereoisomeria: enantiomeri ediastereomeri. Designazione degli stereocentri: il sistema R,S. Molecole acicliche e cicliche con due o piùstereocentri. Proprietà degli stereoisomeri. Attività ottica e chiralità. Separazione di enantiomeri: risoluzione.Significato della chiralità nel mondo biologico. Farmaci chirali. Alogenuri alchilici: Nomenclatura.Sostituzione nucleofila alifatica. Meccanismi SN1 e SN2. Fattori che influenzano la velocità delle reazioniSN1 e SN2. Analisi di varie reazioni di sostituzione nucleofila alifatica. β-eliminazione. Meccanismi della β-eliminazione. Clorofluorocarburi. Alcoli, eteri e tioli: Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Reazionidegli alcoli: acidità e basicità, reazione con metalli attivi, conversione in alogenuri alchilici, disidratazioneacido-catalizzata, ossidazione di alcoli primari e secondari. Reazioni degli eteri. Epossidi. Aperturadell’anello degli epossidi catalizzata da acidi. Reazioni dei tioli. Ammine: Struttura e classificazione.Nomenclatura. Proprietà fisiche. Basicità. Reazioni con gli acidi forti. Aldeidi e chetoni: Struttura e legami.Nomenclatura. Proprietà fisiche. Reazioni. Addizione di nucleofili al carbonio. Addizione di nucleofiliall’ossigeno. Addizione di nucleofili all’azoto. Tautomeria cheto-enolica. Anioni enolato. Condensazionealdolica. Reazione aldolica inversa nella glicolisi. Ossidazione. Riduzione. Acidi carbossilici e loro derivati:Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Acidità. Riduzione. Esterificazione. Sostituzione nucleofilaacilica. Esteri. Alogenuri acilici. Anidridi. Lattoni. Fosfati. Tioesteri. Ammidi. Decarbossilazione dei β-chetoacidi e degli acidi β-dicarbossilici. Il destino del piruvato nelle cellule. Derivati funzionali degli acidicarbossilici: reazioni con l’acqua, con gli alcoli, con l’ammoniaca, con le ammine, riduzione. Condensazionedi Claisen. β-ossidazione degli acidi grassi: retro-Claisen. Lipidi: Trigliceridi: acidi grassi, proprietà fisiche,idrogenazione. Saponi e detergenti. Steroidi: struttura del colesterolo e degli ormoni steroidei. Fosfolipidi.Carboidrati: Monosaccaridi. Struttura ciclica dei monosaccaridi. Proprietà fisiche. Reazioni deimonosaccaridi. Saggio del glucosio. Disaccaridi: maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio. Polisaccaridi:amido, glicogeno, cellulosa, fibre tessili derivate dalla cellulosa. Amminoacidi e proteine: Amminoacidi:struttura, chiralità, amminoacidi proteici ed altri amminoacidi più comuni. Proprietà acido-basiche degliamminoacidi: gruppi acidi e basici, titolazione degli amminoacidi, punto isoelettrico, elettroforesi.Polipeptidi e proteine. Struttura primaria: analisi degli amminoacidi, analisi della sequenza. Formetridimensionali di polipeptidi e proteine: geometria legame peptidico, vari livelli di struttura. Acidi nucleici:Nucleosidi e nucleotidi. Struttura primaria e secondaria del DNA.