Corso di laurea: Biotecnologie Programmazione per l'A.A. 2021/2022

La materia e il sistema periodico degli elementi

Proprietà chimiche e fisiche degli elementi

Il legame chimico

Nomenclatura e reazioni chimiche

Numeri di ossidazione.

Bilanciamento

Classificazione dei composti inorganici

Reazioni acido-base, di scambio e di ossido-riduzione.

Stati di aggregazione

Termodinamica chimica.

Equilibrio chimico.

Elettrochimica.

Cinetica chimica.

Chimica Inorganica

Chimica Generale e Inorganica

1. A. M. Manotti Lanfredi & A. Tiripicchio, FONDAMENTI DI CHIMICA, CEA

2. Fusi et al., -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - Idelson-Gnocchi

3. Petrucci et al., -CHIMICA GENERALE- Piccin

4. Speranza et al. -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA- Edi-Ermes

5. M. Schiavello, L. Palmisano - FONDAMENTI DI CHIMICA - EdiSES

6. J.C. Kotz et al. - CHIMICA - EdiSES

7. P.W. Atkins, L. Jones - CHIMICA GENERALE - Zanichelli

8. R. Chang - FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE - Mc Graw Hill

9. Nivaldo J. Tro - CHIMICA – EdiSES Chimica Inorganica

10. D.H. Bandinelli - CHIMICA INORGANICA – Piccin

11. I. Bertini,C. Luchinat, F. Mani - CHIMICA INORGANICA - Ambrosiana, (distribuzione Zanichelli)

Stechiometria

12. P. M. Lausarot, G.A. Vaglio - STECHIOMETRIA PER LA CHIMICA GENERALE- Piccin

13. P. Giannoccaro, S. Doronzo -ELEMENTI DI STECHIOMETRIA- Edises



N.B.: Anche se le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, si fa presente che tutti i testi sopra elencati sono ugualmente validi e lo studente è libero di sciegliere quello che ritiene più adatto alla propria formazione. Eventuali testi non elencati, possono essere sottoposti al vaglio del docente.

La materia e il sistema periodico degli elementi

Proprietà chimiche e fisiche degli elementi

Il legame chimico

Nomenclatura e reazioni chimiche

Numeri di ossidazione.

Bilanciamento

Classificazione dei composti inorganici

Reazioni acido-base, di scambio e di ossido-riduzione.

Stati di aggregazione

Termodinamica chimica.

Equilibrio chimico.

Elettrochimica.

Cinetica chimica.

Chimica Inorganica

Chimica Generale e Inorganica

1. A. M. Manotti Lanfredi & A. Tiripicchio, FONDAMENTI DI CHIMICA, CEA

2. Fusi et al., -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - Idelson-Gnocchi

3. Petrucci et al., -CHIMICA GENERALE- Piccin

4. Speranza et al. -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA- Edi-Ermes

5. M. Schiavello, L. Palmisano - FONDAMENTI DI CHIMICA - EdiSES

6. J.C. Kotz et al. - CHIMICA - EdiSES

7. P.W. Atkins, L. Jones - CHIMICA GENERALE - Zanichelli

8. R. Chang - FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE - Mc Graw Hill

9. Nivaldo J. Tro - CHIMICA – EdiSES Chimica Inorganica

10. D.H. Bandinelli - CHIMICA INORGANICA – Piccin

11. I. Bertini,C. Luchinat, F. Mani - CHIMICA INORGANICA - Ambrosiana, (distribuzione Zanichelli)

Stechiometria

12. P. M. Lausarot, G.A. Vaglio - STECHIOMETRIA PER LA CHIMICA GENERALE- Piccin

13. P. Giannoccaro, S. Doronzo -ELEMENTI DI STECHIOMETRIA- Edises



N.B.: Anche se le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, si fa presente che tutti i testi sopra elencati sono ugualmente validi e lo studente è libero di sciegliere quello che ritiene più adatto alla propria formazione. Eventuali testi non elencati, possono essere sottoposti al vaglio del docente.

Sezione Matematica


Richiami sugli insiemi numerici e sul calcolo aritmetico, proprietà dei numeri reali e loro conseguenze.
Teoria elementare degli insiemi
Funzioni elementari: funzioni potenza e radici n-esime, funzioni esponenziali e funzioni logaritmo: definizioni, proprietà, grafici, applicazioni.
Uso di esponenziali e logaritmi nelle scienze della vita: modelli per l’evoluzione di una popolazione, come quella dei batteri di una coltura o delle cellule di un tessuto di un organismo.
Funzioni di una variabile reale: cenni su dominio di definizione, crescenza, decrescenza, massimo e minimo (assoluti), composizione di funzioni elementari e loro grafico.
Limiti: definizioni, proprieta’, regole di calcolo, ordine di infinito e di infinitesimo, aspetti grafici, asintoti obliqui.
Funzioni continue: definizione, proprietà, teorema degli zeri, approssimazione degli zeri di una funzione (ad esempio delle radici di un polinomio) col metodo di bisezione.
Funzioni continue: esistenza di massimo e minimo su un intervallo chiuso e limitato. Composizione di funzioni elementari e loro grafico, considerando dominio di definizione, limiti agli estremi del dominio di definizione, crescenza e decrescenza, massimi e minimi.
Derivate.
Integrali: definizione, proprietà, calcolo di aree, approssimazione col metodo dei trapezi.
Equazioni differenziali, cenni sui metodi numerici di risoluzione. Cinetica enzimatica e molecolare.


Sezione Informatica

Concetti fondamentali.

Concetti fondamentali della Teoria dell’informazione; Concetti generali: Hardware, Software; Tecnologia dell'Informazione; Tipi di computer; Componenti principali di un PC; Prestazioni di un computer. Hardware: Unità centrale di elaborazione; Memoria; Periferiche di Input; Periferiche di output ; Periferiche di Input/output; Dispositivi di memoria. Software: Tipi di software; Software di sistema; Software applicativo; Graphical User Interface; Sviluppo di sistemi.

Introduzione agli algoritmi.

Algoritmi; Proprietà degli Algoritmi; Descrizione; Costanti e Variabili; Proposizioni e Predicati; Diagrammi a blocchi

Introduzione alla biomedicina computazionale.

Bioinformatica e modellistica computazionale nella biomedicina.

Sezione Applicativa


Uso ed accesso dei maggiori database genomici, proteinomici e bibliografici
Esempi pratici di bioinformatica classica: assemblaggio di frammenti genomici, analisi e allineamento di biosequenze
Protege e le ontologie: cenni
COPASI: modellazione molecolare
Modelli ad agenti: netlogo e sistemi customs

Appunti del docente

1) Grandezze Fisiche

Le grandezze in fisica-Unità di misura e sistema internazionale-Dimensioni e calcolo dimensionale-Errori di misura

2) Calcolo vettoriale

Sistemi di riferimento e sistema di coordinate; I vettori come entità geometriche; I vettori in fisica e loro utilizzo nello spazio fisico bidimensionale e tridimensionale; Grandezze vettoriali e grandezze scalari; I vettori nel piano e loro scomposizione per componenti; Versori; Somma tra vettori; Prodotto scalare e prodotto vettoriale tra vettori; Moltiplicazione di uno scalare per un vettore; Applicazioni

3) Cinematica

Vettore spostamento, velocità istantanea e velocità media; Moto nello spazio fisico e moto rettilineo uniforme; Legge oraria del moto; Vettore accelerazione istantanea e media; Moto uniformemente accelerato e sua legge oraria; Moto di caduta del grave; Combinazione di moti: il moto parabolico; Moto circolare uniforme; Accelerazione Centripeta; Applicazioni

4) Dinamica

Il concetto di forza in fisica; leggi del moto e formulazione newtoniana della dinamica classica; Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; La Forza come vettore: statica del punto materiale; Forza peso; Forza d’attrito; Lavoro svolto da una forza; Forze conservative; Forze elastiche e legge di Hooke; Il pendolo semplice; Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica; Forza gravitazionale; Energia potenziale; Energia meccanica e principio di conservazione dell’energia meccanica; Il piano inclinato e la statica per un sistema meccanico in presenza ed in assenza di forze di attrito; Condizione di equilibrio meccanico; Quantità di moto e principio di conservazione della quantità di moto; Moto rotatorio e cinematica rotazionale; Energia cinetica di rotazione; il corpo rigido e condizione di equilibrio meccanico e dinamica del corpo rigido.

5) Dinamica dei fluidi ideali

Fluidi; Pressione e densità nei fluidi; Fluidostatica; Legge di Stevino; principio di Pascal; principio di Archimede; Applicazioni; Dinamica dei fluidi ideali; Linee di flusso e tubi di flusso; Portata volumica e conservazione della portata volumica; Fluidodinamica e derivazione dell’equazione di Bernoulli; Applicazioni

6) Termodinamica

Sistemi termodinamici e sistemi in contatto termico; Equilibrio termodinamico; Temperature e calore; Principio zero della termodinamica; Dilatazione lineare e volumica: applicazioni; Capacità termica e calore specifico; Temperatura di equilibrio; Calore latente; Trasformazioni termodinamiche; Lavoro, calore ed energia interna; Primo principio della termodinamica; Lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche; I gas perfetti; Trasformazioni isoterma e isobara; Calore specifico molare; Relazione di Mayer; Trasformazioni adiabatiche; Macchine termiche; Rendimento; Enunciati del secondo principio della termodinamica; La funzione di stato entropia

7) Elettromagnetismo

Cariche elettriche e legge di Coulomb; Campi elettrici e sorgenti del campo elettrico; Legge di Gauss; Potenziale Elettrico ed energia potenziale; Capacità e condensatori; Corrente e leggi di Ohm; Campi magnetici e sorgenti; CAmpi magnetici variabili nel tempo; Introduzione alle leggi di Maxwell; Onde elettromagnetiche e proprietà; Applicazioni

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica" (2015) Casa Ed. Ambrosiana;

Per altri testi consultare il docente.

1) Grandezze Fisiche

Le grandezze in fisica-Unità di misura e sistema internazionale-Dimensioni e calcolo dimensionale-Errori di misura

2) Calcolo vettoriale

Sistemi di riferimento e sistema di coordinate; I vettori come entità geometriche; I vettori in fisica e loro utilizzo nello spazio fisico bidimensionale e tridimensionale; Grandezze vettoriali e grandezze scalari; I vettori nel piano e loro scomposizione per componenti; Versori; Somma tra vettori; Prodotto scalare e prodotto vettoriale tra vettori; Moltiplicazione di uno scalare per un vettore; Applicazioni

3) Cinematica

Vettore spostamento, velocità istantanea e velocità media; Moto nello spazio fisico e moto rettilineo uniforme; Legge oraria del moto; Vettore accelerazione istantanea e media; Moto uniformemente accelerato e sua legge oraria; Moto di caduta del grave; Combinazione di moti: il moto parabolico; Moto circolare uniforme; Accelerazione Centripeta; Applicazioni

4) Dinamica

Il concetto di forza in fisica; leggi del moto e formulazione newtoniana della dinamica classica; Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; La Forza come vettore: statica del punto materiale; Forza peso; Forza d’attrito; Lavoro svolto da una forza; Forze conservative; Forze elastiche e legge di Hooke; Il pendolo semplice; Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica; Forza gravitazionale; Energia potenziale; Energia meccanica e principio di conservazione dell’energia meccanica; Il piano inclinato e la statica per un sistema meccanico in presenza ed in assenza di forze di attrito; Condizione di equilibrio meccanico; Quantità di moto e principio di conservazione della quantità di moto; Moto rotatorio e cinematica rotazionale; Energia cinetica di rotazione; il corpo rigido e condizione di equilibrio meccanico e dinamica del corpo rigido.

5) Dinamica dei fluidi ideali

Fluidi; Pressione e densità nei fluidi; Fluidostatica; Legge di Stevino; principio di Pascal; principio di Archimede; Applicazioni; Dinamica dei fluidi ideali; Linee di flusso e tubi di flusso; Portata volumica e conservazione della portata volumica; Fluidodinamica e derivazione dell’equazione di Bernoulli; Applicazioni

6) Termodinamica

Sistemi termodinamici e sistemi in contatto termico; Equilibrio termodinamico; Temperature e calore; Principio zero della termodinamica; Dilatazione lineare e volumica: applicazioni; Capacità termica e calore specifico; Temperatura di equilibrio; Calore latente; Trasformazioni termodinamiche; Lavoro, calore ed energia interna; Primo principio della termodinamica; Lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche; I gas perfetti; Trasformazioni isoterma e isobara; Calore specifico molare; Relazione di Mayer; Trasformazioni adiabatiche; Macchine termiche; Rendimento; Enunciati del secondo principio della termodinamica; La funzione di stato entropia

7) Elettromagnetismo

Cariche elettriche e legge di Coulomb; Campi elettrici e sorgenti del campo elettrico; Legge di Gauss; Potenziale Elettrico ed energia potenziale; Capacità e condensatori; Corrente e leggi di Ohm; Campi magnetici e sorgenti; CAmpi magnetici variabili nel tempo; Introduzione alle leggi di Maxwell; Onde elettromagnetiche e proprietà; Applicazioni

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica" (2015) Casa Ed. Ambrosiana;

2. Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica Vol. 1 – Meccanica e Termodinamica. Seconda edizione.” (EdiSES)

3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker"Fundamental of Physics"Casa Ed. Ambrosiana

Introduzione alla biologia e metodi di studio della vita. Origine della vita e suddivisione dei viventi. Procarioti e Eucarioti. Generalità sulla chimica dei viventi: glucidi e lipidi, amminoacidi e proteine, nucleotidi e acidi nucleici. Eubatteri e Archeobatteri. Origine della cellula eucariotica: la cellula animale e vegetale. Organelli degli Eucarioti ed entità biologiche di complessa classificazione. Membrane cellulari e trasporto di membrana. Il nucleo eucariotico e la struttura del cromosoma eucariotico. Struttura e replicazione del DNA. Trasmissione dell’informazione genetica: il codice genetico e la trascrizione. Ribosomi, traduzione e sintesi proteica. Controllo dell’espressione genica: modificazioni post-trascrizionali e post-traduzionali. Il citoscheletro e la comunicazione cellulare. Ciclo cellulare e mitosi. Meiosi e gametogenesi. Sviluppo embrionale, tipi di uova e stadi di sviluppo negli animali. Virus a DNA e a RNA, retrovirus e prioni. I Protisti. Energia, metabolismo e produzione di energia nei viventi. I mitocondri, la fosforilazione ossidativa e il genoma mitocondriale. Elementi di biologia delle piante. La fotosintesi, il genoma del cloroplasto e il mondo vegetale. Basi biologiche dell’estrema diversità del mondo animale. Lo sviluppo e i principali phyla animali. I principali organismi modello e i loro genomi.

Hillis et al., Fondamenti di Biologia - Zanichelli

Savada et al., Elementi di Biologia e Genetica

Ultime edizioni disponibili

Introduzione alla biologia e metodi di studio della vita. Origine della vita e suddivisione dei viventi. Procarioti e Eucarioti. Generalità sulla chimica dei viventi: glucidi e lipidi, amminoacidi e proteine, nucleotidi e acidi nucleici. Eubatteri e Archeobatteri. Origine della cellula eucariotica: la cellula animale e vegetale. Organelli degli Eucarioti ed entità biologiche di complessa classificazione. Membrane cellulari e trasporto di membrana. Il nucleo eucariotico e la struttura del cromosoma eucariotico. Struttura e replicazione del DNA. Trasmissione dell’informazione genetica: il codice genetico e la trascrizione. Ribosomi, traduzione e sintesi proteica. Controllo dell’espressione genica: modificazioni post-trascrizionali e post-traduzionali. Il citoscheletro e la comunicazione cellulare. Ciclo cellulare e mitosi. Meiosi e gametogenesi. Sviluppo embrionale e stadi di sviluppo negli animali. Virus a DNA e a RNA, retrovirus e prioni. I Protisti. Energia, metabolismo e produzione di energia nei viventi. I mitocondri, la fosforilazione ossidativa e il genoma mitocondriale. Elementi di biologia delle piante. La fotosintesi, il genoma del cloroplasto e il mondo vegetale. Basi biologiche dell’estrema diversità del mondo animale. Lo sviluppo e i principali phyla animali. I principali organismi modello e i loro genomi. Esercitazioni in classe

Hillis et al., Fondamenti di Biologia - Zanichelli

Savada et al., Elementi di Biologia e Genetica

Ultime edizioni disponibili

1) Microbiologia: origine ed evoluzione

Definizione; scopi ed importanza della microbiologia; i microrganismi e i loro ambienti naturali; i microrganismi come causa di malattie; gli effetti indotti dai microrganismi sulla sostanza organica ed inorganica.

Storia della microbiologia: le origini, l'era della microbiologia generale; la scoperta della diversità microbica; gli inizi della microbiologia moderna; l'avvento delle biotecnologie: il presente ed il futuro.

L'albero della vita; le prime forme di vita; la teoria dell'endosimbiosi; la vita ad RNA; la tassonomia classica; l'orologio molecolare; come si misura l'evoluzione molecolare; il concetto di specie in microbiologia.

2) L'infinitamente piccolo va osservato per mezzo del microscopio: metodi

Il microscopio ottico; la microscopia tridimensionale: a contrasto di fase, a forza atomica, confocale; la microscopia elettronica e a fluorescenza; preparazione e colorazione dei campioni.

3) Natura del mondo microbico: struttura e funzione della cellula procariotica

Il peptidoglicano e la parete cellulare; la membrana cellulare ed i sistemi di trasporto; la membrana esterna dei Gram -

Le strutture di superficie, gli annessi citoplasmatici; l'apparato di locomozione: flagelli e chemiotassi

4) Metabolismo microbico: I parte energetica.

La torre biologica; gli enzimi come catalizzatori; le reazioni energetiche; la fosforilazione ossidativa

5) Metabolismo microbico: II parte biosintetica

Respirazione aerobica, anaerobica e fermentazioni: Glicolisi e ciclo di Krebs, via dei pentoso-fosfati, shunt dell'esoso-monofosfato;

6) Diversità metabolica:

La fototrofia (fotosintesi anossigenica); la chemiolitotrofia; la fissazione dell'azoto.

7) Sviluppo e colture batteriche - La crescita microbica - Influenza dell’ambiente sulla crescita

Moltiplicazione cellulare; misura dell’accrescimento dei microrganismi; valutazione della massa cellulare; accrescimento batterico; matematica dell’accrescimento batterico; curva di crescita di una coltura batterica; crescita sincrona e metodi di sincronizzazione; colture continue; fattori che influenzano la crescita dei microrganismi; crescita dei microrganismi in ambiente naturale.

8) I metodi della microbiologia

Isolamento e coltura pura; i principi della nutrizione microbica, i terreni di coltura; la sterilizzazione; parametri chimico-fisici che regolano la crescita microbica.

9) Antibiotici

Meccanismi d’azione e meccanismi di resistenza

10) Mutazioni

Adattamento fisiologico; adattamento genetico; origine della variazione genetica; test di fluttuazione, replica plating; tasso di mutazione; mutazioni puntiformi; origine e natura chimica delle mutazioni spontanee, reversioni; mutagenesi indotta; tipi di mutanti; nomenclatura dei mutanti.

11) Genetica dei microrganismi

Ricombinazione omologa e sito specifica. Sistemi di trasferimento di materiale genetico nei batteri: trasformazione e competenza nei batteri Gram-positivi e negativi. Plasmidi: organizzazione e struttura; coniugazione; Formazione ceppi Hfr; Traduzione generalizzata e specializzata. Elementi genetici trasponibili: sequenze d’inserzione (IS) e trasposoni; sistemi di replicazione: conservativa e replicativa.

12) Regolazione del metabolismo nei procarioti

Regolazione della sintesi delle proteine; utilizzazione del lattosio in E.coli; Induzione; Geni di controllo; Teoria dell’operone; mutanti costitutivi (I-, Oc); repressore; promotore. Regolazione dell’espressione genica: proteina allosterica, sistemi feed-back. Isoenzimi. Variazione di fase in Salmonella. Sistemi regolazione associati ai fattori sigma; controllo positivo e negativo: operon lac ed arginina; operon maltosio; operone triptofano; polarità; crescita diauxica; regolazione globale; attenuazione.

13) La spora batterica, esempio di differenziamento cellulare nei procarioti

Struttura; analisi genetica e molecolare: regolazione del processo di sporulazione e fattori sigma alternativi; germinazione.

14) I virus

Caratteristiche generali e strategie replicative; classi replicative virali.

1) Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale. Pearson Editore.

2) Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi. Casa editrice Ambrosiana.

1) Microbiologia: origine ed evoluzione

Definizione; scopi ed importanza della microbiologia; i microrganismi e i loro ambienti naturali; i microrganismi come causa di malattie; gli effetti indotti dai microrganismi sulla sostanza organica ed inorganica.

Storia della microbiologia: le origini, l'era della microbiologia generale; la scoperta della diversità microbica; gli inizi della microbiologia moderna; l'avvento delle biotecnologie: il presente ed il futuro.

L'albero della vita; le prime forme di vita; la teoria dell'endosimbiosi; la vita ad RNA; la tassonomia classica; l'orologio molecolare; come si misura l'evoluzione molecolare; il concetto di specie in microbiologia.

2) L'infinitamente piccolo va osservato per mezzo del microscopio: metodi

Il microscopio ottico; la microscopia tridimensionale: a contrasto di fase, a forza atomica, confocale; la microscopia elettronica e a fluorescenza; preparazione e colorazione dei campioni.

3) Natura del mondo microbico: struttura e funzione della cellula procariotica

Il peptidoglicano e la parete cellulare; la membrana cellulare ed i sistemi di trasporto; la membrana esterna dei Gram -

Le strutture di superficie, gli annessi citoplasmatici; l'apparato di locomozione: flagelli e chemiotassi

4) Metabolismo microbico: I parte energetica.

La torre biologica; gli enzimi come catalizzatori; le reazioni energetiche;la fosforilazione ossidativa.

5) Metabolismo microbico: II parte biosintetica

Respirazione aerobica, anaerobica e fermentazioni: Glicolisi e ciclo di Krebs, via dei pentoso-fosfati, shunt dell'esoso-monofosfato;

6) Diversità metabolica:

La fototrofia (fotosintesi anossigenica); la chemiolitotrofia; la fissazione dell'azoto.

7) Sviluppo e colture batteriche - La crescita microbica - Influenza dell’ambiente sulla crescita

Moltiplicazione cellulare; misura dell’accrescimento dei microrganismi; valutazione della massa cellulare; accrescimento batterico; matematica dell’accrescimento batterico; curva di crescita di una coltura batterica; crescita sincrona e metodi di sincronizzazione; colture continue; fattori che influenzano la crescita dei microrganismi; crescita dei microrganismi in ambiente naturale.

8) I metodi della microbiologia

Isolamento e coltura pura; i principi della nutrizione microbica, i terreni di coltura; la sterilizzazione; parametri chimico-fisici che regolano la crescita microbica.

9) Antibiotici

Meccanismi d’azione e meccanismi di resistenza

10) Mutazioni

Adattamento fisiologico; adattamento genetico; origine della variazione genetica; test di fluttuazione, replica plating; tasso di mutazione; mutazioni puntiformi; origine e natura chimica delle mutazioni spontanee, reversioni; mutagenesi indotta; tipi di mutanti; nomenclatura dei mutanti.

11) Genetica dei microrganismi

Ricombinazione omologa e sito specifica. Sistemi di trasferimento di materiale genetico nei batteri: trasformazione e competenza nei batteri Gram-positivi e negativi. Plasmidi: organizzazione e struttura; coniugazione; Formazione ceppi Hfr; Traduzione generalizzata e specializzata. Elementi genetici trasponibili: sequenze d’inserzione (IS) e trasposoni; sistemi di replicazione: conservativa e replicativa.

12) Regolazione del metabolismo nei procarioti

Regolazione della sintesi delle proteine; utilizzazione del lattosio in E.coli; Induzione; Geni di controllo; Teoria dell’operone; mutanti costitutivi (I-, Oc); repressore; promotore. Regolazione dell’espressione genica: proteina allosterica, sistemi feed-back. Isoenzimi. Variazione di fase in Salmonella. Sistemi regolazione associati ai fattori sigma; controllo positivo e negativo: operon lac ed arginina; operon maltosio; operone triptofano; polarità; crescita diauxica; regolazione globale; attenuazione.

13) La spora batterica, esempio di differenziamento cellulare nei procarioti

Struttura; analisi genetica e molecolare: regolazione del processo di sporulazione e fattori sigma alternativi; germinazione.

14) I virus

Caratteristiche generali e strategie replicative; classi replicative virali.

1a) Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale. Pearson Editore.

Nuova edizione.
1b) BROCK, MADIGAN, MARTINKO: BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI VOL. 1 ED. ABROSIANA (vol.2A e 2B
per integrare). Vecchia edizione.
2) Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi. Casa editrice Ambrosiana.

Genetica mendeliana.Variabilità continua e discreta. I caratteri, il fenotipo e il genotipo. Incroci di monoibridi e il principio mendeliano della segregazione. Incroci di diibridi e il principio mendeliano dell’assortimento indipendente. Gli alleli multipli. La dominanza incompleta e la codominanza. Interazione tra geni e rapporti mendeliani modificati. L’epistasi. Alleli letali. Ambiente ed espressione genica. I caratteri a trasmissione mendeliana nell’uomo. Analisi degli alberi genealogici. Analisi statistica dei dati genetici: il test del chi-quadrato.

Teoria cromosomica dell’ereditarietà.La mitosi. La meiosi. Il significato genetico della meiosi. I cromosomi del sesso. Eredità legata al sesso. La determinazione del sesso. Analisi dei caratteri legati al sesso nell’uomo.

Associazione. L’associazione genica. Concatenazione completa ed incompleta. Ricombinazione tra geni e ruolo dello scambio tra i cromosomi. Costruzione di mappe genetiche.

Il materiale genetico.Identificazione del materiale ereditario: esperimento di Griffith, esperimento di Avery-McLeod-MacCarty, esperimento di Hershey e Chase. Gli Acidi Nucleici: struttura e organizzazione del DNA e dell'RNA.I genomi degli organismi attuali. I cromosomi eucariotici. Il cariotipo umano: principali metodi di preparazione e di analisi.

Le mutazioni.Le mutazioni in cellule somatiche e in cellule germinali. Le mutazioni puntiformi: caratteristiche ed effetti in funzione della posizione all'interno dei geni. Le mutazioni cromosomiche di struttura e di numero: classificazione, modalità di formazione e conseguenze genetiche e fenotipiche. Cenni su allo-poliploidia e auto-poliploidia. Meccanismi di formazione delle mutazioni spontanee. Le basi chimiche delle mutazioni. Le mutazioni indotte. Gli agenti mutageni di natura fisica, chimica e biologica. La mutagenesi ambientale e i test di mutagenesi (cenni). Le mutazioni e il loro ruolo nell'evoluzione dei geni e dei loro prodotti.

Geni e DNA. Le funzioni principali del DNA: replicazione, trascrizione e traduzione. Il codice genetico: definizione e proprietà. Evoluzione storica del concetto di gene. Definizione strutturale, funzionale e genetica di gene. I geni procariotici ed eucariotici: struttura generale ed organizzazione genomica. L’evoluzione dei geni eucariotici: dimensione e formazione dei geni interrotti. I geni in copie multiple e le famiglie geniche.. Principali meccanismi di origine delle famiglie geniche. Gli pseudogeni. La regolazione dell’espressione genica: definizione e modelli di regolazione. La regolazione nei procarioti e negli eucarioti. Cenni sui geni dello sviluppo e del differenziamento.

Metodi di base per l’analisi del DNA. Preparazione del DNA genomico, PCR, frammentazione enzimatica, elettroforesi, sequenziamento. Gli RFLP e il loro utilizzo nella diagnostica.

Esercitazioni in classe: Genetica mendeliana. Calcolo delle probabilità applicato alla genetica. Analisi degli alberi genealogici per identificare il modello di eredità. Costruzione di mappe genetiche. Analisi del cariotipo umano.

1. Binelli, Ghisotti e altri.GENETICA. EdiSES, Napoli
2. Russel.GENETICA: UN APPROCCIO MOLECOLARE. Pearson Italia, Milano.
3. Griffiths e altri. GENETICA: PRINCIPI DI ANALISI FORMALE. Zanichelli, Bologna.

Eredità ed ereditabilità dei caratteri quantitativi - il miglioramento genetico e utilizzo della variabilità genetica - sistemi riproduttivi delle piante coltivate - barriere riproduttive: autoincompatibilità, maschiosterilità - relazione tra sistema riproduttivo e metodi di miglioramento genetico - struttura genetica delle popolazioni - metodi tradizionali di miglioramento genetico in specie che si riproducono per propagazione vegetativa, per autogamia e per allogamia - metodi moderni di miglioramento delle piante - ingegneria genetica.

1.Miglioramento genetico delle piante agrarie, Lorenzetti F., Albertini E., Frusciante L., Rosellini D., Russi L., Tuberosa L., Veronesi F. Edagricole

2. Genetica e genomica, Barcaccia G. e Falcinelli M., Liguori editore. Volume II.

3. Genetica e genomica, Barcaccia G. e Falcinelli M., Liguori editore. Volume III.

4. Biotecnologie sostenibili, Galbiati M., Gentile A., La Malfa S., Tonelli C., Edagricole

5. Genetica Agraria-Genetica e biotecnologie applicate all’agricoltura, F. Lorenzetti, S. Ceccarelli, D. Rossellini, F. Veronesi, Patron ed.

6. Breeding Field Crops, Sleper DA, Poehlman JM, Ames, Iowa, USA: Blackwell Publ., 2006.

7. Genetica, Binelli G e Ghisotti D., Edises, 2018

Introduzione - Nozioni di base di chimica generale

Configurazione elettronica degli elementi e Regola dell’ottetto. Natura del legame chimico. Orbitali atomici, ibridazione e geometria molecolare, orbitali molecolari. Formule strutturali e condensate. Forze intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, legame ad idrogeno e forze di van der Waals. Cenni di cinetica chimica. Concetto di acido e base secondo le teorie di Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Effetti induttivi e coniugativi (risonanza).

Gruppi funzionali, Classi di composti organici e nomenclatura

Descrizione dei gruppi funzionali. Classi di composti organici. Nomenclatura e caratteristiche chimico-fisiche.

Elementi di stereochimica

Introduzione al concetto di isomeria; configurazione assoluta e regole di priorità di Cahn-Ingold-Prelog; descrittori di configurazione cis/trans, E/Z, R/S; attività ottica; stereoisomeri: enantiomeri e diastereoisomeri; simmetria e chiralità; proiezioni di Fischer; isomeri conformazionali (proiezioni di Newman) e stereoisomeri.

Le reazioni della Chimica Organica

Terminologia e classificazione. Nucleofili ed elettrofili. Aspetti cinetici e termodinamioci. La rappresentazione delle frecce curve. Reazioni Radicaliche. Addizione Elettrofile. Sostituzioni Nucleofile (SN1, SN2; SNAr; SNAc). Eliminazioni E1 e E2. Sostituzioni Elettrofile Aromatiche ed effetto dei sostituenti. Addizioni nucleofile a legami multipli. Reazioni Pericicliche.

Alcani e Cicloalcani. Struttura degli alcani; isomeria strutturale degli alcani; nomenclatura IUPAC e tradizionale; classificazione degli atomi di carbonio e idrogeno. Cicloalcani: struttura e nomenclatura. Conformazioni degli alcani e cicloalcani; proprietà fisiche. Reazioni degli alcani: ossidazione, alogenazione (clorurazione e bromurazione - regioselettività). Sintesi: idrogenazione degli alcheni, riduzione degli alogenuri alchilici, Sintesi di Corey-House.

Alogenuri alchilici. Carattere elettrofilo del carbonio legato all’alogeno nei derivati alchilici. Reazioni di Sostituzione Nucleofila ed Eliminazione: meccanismi di reazione, stereochimica e fattori che influenzano la velocità delle reazioni SN2 ed SN1, E2 ed E1. Competizione tra sostituzione ed eliminazione. Stabilità e Geometria dei carbocationi e dei carbanioni.

Alcheni. Nomenclatura; stereoisomeria; Reazioni di addizione; meccanismi di reazione e stereochimica; addizione di acidi alogenidrici, di acqua, di bromo, di cloro e formazione di aloidrine, idroborazione-ossidazione, idrogenazione catalitica. Ozonolisi. Di-idrossilazione sin ed anti (dioli). Scissione ossidativa dei doppi legami. Riduzione (idrogenazione). Stabilità degli alcheni. Addizione radicalica di acido bromidrico. Radicale allilico e catione allilico: descrizione, stabilità e risonanza. Clorurazione e bromurazione allilica. Sintesi: deidroalogenazione di alogenuri alchilici, deidratazione degli alcoli.

Alchini. Nomenclatura; comportamento acido dell’acetilene e degli alchini terminali. Preparazione: deidroalogenazione dei di-alogenuri alchilici. Reazioni degli acetiluri metallici con alogenuri alchilici primari. Reazioni: idroalogenazione, idratazione (tautomeria cheto-enolica), alogenazione, ozonolisi, riduzione. Alchilazione degli alchini terminali.

Dieni e polieni. Conformazioni e stabilità. Addizione 1,2 ed 1,4 (controllo cinetico e termodinamico). La luce e la sua interazione con le molecole organiche; il colore; la chimica della visione. Reazione di Diels-Alder (cenni).

Composti Aromatici - Benzene: struttura e stabilità del. Regola di Hückel. Composti policiclici aromatici: naftalene, antracene, fenantrene, pirene e benzo[a]pirene.

Sostituzione Elettrofila Aromatica : reazioni e meccanismi di: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti su reattività ed orientamento (gruppi attivanti e disattivanti).

Alchil benzeni: Radicali e cationi benzilici. Alogenazione in catena laterale ed ossidazione.

Alcoli. Nomenclatura; struttura e proprietà acido-base. Reazioni: con acidi alogenidrici (reatività di HX e di ROH), con cloruro di tionile, con cloruro di metansolfonile, con cloruro di tosile, con tribromuro di fosforo. Disidratazione. Formazione degli esteri. Sintesi: Idratazione degli alcheni, Ossimercuriazione-demercuriazione, Idroborazione-ossidazione, Sostituzione nucleofila con ossidrili, Sintesi di Grignard, Riduzione dei composti carbonilici, degli acidi e degli esteri.

Eteri. Nomenclatura; struttura e proprietà. Reazioni: scissione con acidi. Sintesi: deidratazione intra- ed intermolecolare degli alcoli. Alcossimercuriazione-demercuriazione. Alchilazione degli alcoli, Sintesi di Williamson.

Epossidi. Nomenclatura; struttura e proprietà. Reazioni: Scissione catalizzata da acidi e da basi: reazione con i reattivi di Grignard. Sintesi: Ossidazione degli alcheni con composti perossidici. Deidroalogenazione delle aloidrine.

Dioli. Sintesi: Idrossilazione degli alcheni ed Apertura dell’anello epossidico: Aspetti meccanicistici e stereochimici. Reazioni: Ossidazione con acido periodico. Formazione di acetali e chetali.

Alogenuri arilici. Reazioni: Sostituzione nucleofila aromatica per addizione-eliminazione (SNAr) e per eliminazione-addizione. Sostituzione nell’anello. Sintesi: Alogenazione diretta; Sostituzione dell’azoto dei sali di diazonio.

Fenoli. Proprietà acido-base. Sostituzione nell’anello (Reazione di Reimer-Tieman, Nitrosazione, Copulazione). Formazione di esteri. Formazione di eteri. Sintesi: trasposizioni degli idroperossidi; processo Dow; fusione alcalina dei solfonati; idrolisi dei sali di diazonio.

Aldeidi e Chetoni: Addizione Nucleofila al gruppo carbonilico. Nomenclatura; Proprietà fisiche e chimiche; Struttura del gruppo carbonilico. Sintesi: Ossidazione degli alcheni e degli alcoli; Idratazione ed idroborazione degli alchini. Ozonolisi degli alcheni. Riduzione controllata dei cloruri acilici (riduzione di Rosenmund), esteri e nitrili; Acilazione di Friedel-Crafts. Addizione di reattivi di Grignard ai nitrili. Reazioni: addizioni nucleofile al doppio legame carbonio-ossigeno; Nucleofili all’ossigeno [acqua, (dioli geminali), alcoli (emicetali, acetali, chetali)]; Nucleofili all’azoto [ammoniaca e derivati (immine ed enammine), idrazina, idrossilammina]; Nucleofili all’idrogeno (riduzione ad alcoli con idruri o con idrogeno in presenza di catalizzatori metallici); Nucleofili al carbonio [acido cianidrico (cianidrine), di ilidi di fosfonio (reazione di Wittig), di reagenti organometallici (reattivi di Grignard, alchilacetiluri)]: Ossidazioni [(potassio permanganato, ossido di argento e perossiacidi (ossidazione di Baeyer-Villiger)].

Aldeidi e Chetoni: Enoli ed enolati. Acidità degli idrogeni in α al carbonile. Enoli e Ioni Enolato: Tautomeria cheto-enolica (catalisi acida e basica). Alogenazione di aldeidi e chetoni (catalisi acida e basica). Reazione aloformica. Addizione Aldolica (catalisi acida e basica), disidratazione degli aldoli (condensazione). Reazione di Cannizzaro.

Acidi carbossilici. Nomenclatura; Proprietà fisiche e chimiche; Struttura del gruppo carbossilico. Sintesi: Ossidazione di alcoli primari ed aldeidi (acido cromico); Ossidazione di alcheni e alchini (permanganato a caldo, ozonolisi); Ossidazione delle catene laterali di alchilbenzeni (permanganato a caldo) e di anelli benzenici (con ozono); Ossidazione di metilchetoni (reazione aloformica); Carbonatazione dei reattivi di Grignard; Idrolisi acida e basica di nitrili, cloruri acilici, anidridi, esteri ed ammidi. Reazioni: acidità degli idrogeni carbossilici e l’acidità degli idrogeni in posizione α, basicità dell’ossigeno carbonilico. Sostituzione nucleofila acilica con SOCl2, con PX3 o PX5; riduzione controllata ad aldeidi [Li(OBu)3AlH, DIBAL-H] e ad alcoli [LiAlH4]. Reazione di Hell-Volhard-Zelinski.

Derivati funzionali degli acidi carbossilici. Struttura e nomenclatura e reattività. Alogenuri degli acidi. Anidridi degli acidi. Esteri. Ammidi. Reazioni di Sostituzione Nucleofila Acilica (SNAc). Reazione con acqua, con alcoli, alogenuri acilici, con ammoniaca ed ammine.

Nitrili. Sintesi: sostituzione di alogenuri alchilici con cianuro; disidratazione di ammidi primarie; disidratazione delle ossime con anidride acetica. Reazioni: addizione di alcoli e di ammine; riduzione con LiAlH4, con H2 in presenza Ni, con DIBAL-H: idrolisi in ambiente acido e basico.

Composti beta-dicarbonilici. Acidità e reazioni dei composti β-dicarbonilici: Sintesi acetacetica. Sintesi malonica. Condensazione di Claisen.

Composti carbonilici α,β-insaturi. Reazioni: addizioni nucleofile di composti azotati, ossigenati, e carboniosi. Addizione di Michael. Addizione diretta e coniugata. Sintesi: Condensazione di Knoevenagel.

Ammine alifatiche e aromatiche. Nomenclatura; struttura; proprietà fisiche; proprietà acido-base; fattori che influenzano la basicità; proprietà nucleofile dell’azoto. Sintesi: ammonolisi degli alogenuri; alchilazione di immidi (sintesi di Gabriel); riduzione di nitrocomposti, ammidi, nitrili ed azidi; amminazione riduttiva; trasposizioni di Hofmann e di Curtius. Reazioni: alchilazione, acilazione. Eliminazioni di Hofmann e di Cope. Saggio di Hinsberg. Reazioni con acido nitroso: diazotazione, N-nitrosammine; Sintesi mediante i sali di arendiazonio: sostituzione del gruppo diazonio con idrossido, cloruro, bromuro, ioduro e cianuro (reazioni di Sandmeyer), fluoruro (reazione di Schiemann) e con idrogeno – Reazioni di diazocopulazione

Biomolecole

Amminoacidi. Struttura, nomenclatura, stereochimica e caratteristiche fisiche. Struttura zwitterionica e sue conseguenze; acidità e basicità (punto isoelettrico, curva di titolazione di amminoacidi). Sintesi: amminazione di α-alogenoacidi, sintesi di Strecker, di Grabriel e di Schmidt. Sintesi mediante l’estere malonico. Amminazione riduttiva e transamminazione. Esempi di sintesi stereoselettive. Risoluzione di miscele racemiche di α-amminoacidi. Reazioni: Reazioni dei gruppi amminoacidici e dei gruppi funzionali delle catene laterali. Reazione con acido nitroso. Saggio alla ninidrina. Reazioni di protezione del gruppo carbossilico (come estere metilico, etilico, benzilico o terz-butilico) e del gruppo amminico (cbz, boc e fmoc).

Peptidi e Proteine. Caratteristiche del legame peptidico. Convenzione nella scrittura di catene polipeptidiche. Struttura primaria e determinazione della sequenza degli amminoacidi (degradazioni di Sanger e di Edman). Idrolisi chimica ed enzimatica. Struttura secondaria, terziaria e quaternaria. Sintesi classica di peptidi e proteine, sintesi in fase solida di Merrifield.

Carboidrati. Monosaccaridi: classificazione, nomenclatura, struttura (proiezioni di Fischer, di Haworth e strutture a sedia). Forme cicliche emiacetaliche furanosiche e piranosiche, anomeri α e β, mutarotazione. Effetto anomerico. Reazioni: formazione di glicosidi, determinazione della dimensione dell’anello, eterificazione, esterificazione. Trattamento con alcali. Reazioni di ossidazione in ambiente acido e basico (reattivi di Fehling, di Benedict, di Tollens, acqua di bromo, acido nitrico, acido periodico). Riduzione ad alditoli. Epimerizzazione. Reazione con fenilidrazina (fenilidrazoni ed osazoni). Sintesi di Kiliani-Fischer. Degradazione di Wohl. Disaccaridi: saccarosio, maltosio, cellobiosio, lattosio. Polisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa e derivati.

Lipidi. Acidi grassi, saponi e detergenti. la struttura degli acidi grassi. Struttura e preparazione dei saponi naturali. Prostaglandine. Steroidi. Fosfolipidi. Cenni su biosintesi acidi grassi.

Nucleosidi e nucleotidi. Struttura, proprietà fisiche e reattività. Composti eterociclici azotati. Cenni di sintesi del DNA. Uso biologico e biomedico di nucleosidi e nucleotidi.

L. G. Wade: Fondamenti di Chimica Organica – Piccin, 2014, – ISBN 9788829920037
P. Y. Bruice: Elementi di Chimica Organica – EdiSES (kit di modelli molecolari incluso),II Ed/2017 – ISBN 9788879599276
J. G. Smith: Fondamenti di chimica organica – McGraw-Hill, III Ed/2018 – ISBN 9788838694431

Il corso affronterà gli argomenti di seguito elencati:

Concetti di base: Le biotecnologie e la bioeconomia

- Il sistema economico,

- Imprese e famiglie

- Domanda e offerta sul mercato dei prodotti,

- Fattori che spostano la curva di domanda e lacurva di offerta ed equilibrio di mercato

- Elasticità della domanda e dell'offerta

-Problemi di scelta : Cosa produrre e quanto produrre

- Politiche di settore: l'innovazione e le biotecnologie.

- Produttività e crescita,

- Il capitale naturale e le sue proprietà,

- Il concetto di sostenibilità

- N Gregory Mankiw, Mark P. Taylor - Principi di economia - Zanichelli - 2015

- Herman Daly and Joshua Farley - Ecological Economics - Island Press

L’economia aziendale e il dibattito scientifico
L’azienda come istituto economico e sociale
La sua natura sistemica
Le sue forme
Le sue componenti
I momenti ideali dell’amministrazione e le sue condizioni di successo
La concezione dell’organizzazione aziendale
I modelli organizzativi, le variabili organizzative, le strutture organizzative
Le varie scuole di pensiero organizzativo
Gli strumenti di verifica delle condizioni generali di successo dei sistemi d’azienda
I valori imprenditoriali per il successo aziendale
Gli strumenti di verifica delle condizioni generali di successo del sistema aziendale: il bilancio e il sistema di valori
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Lineamenti economico-aziendali delle aziende biotecnologiche
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