Codice insegnamento

4S010568

Crediti

6

Coordinatore

Adolfo Speghini

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

CHIM/02 - CHIMICA FISICA

Corsi Singoli

Autorizzato con riserva

Moodle Seminari 0

L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi di apprendimento

L’Insegnamento fornirà allo studente gli elementi fondamentali per la comprensione di fenomeni chimico-fisici riguardanti sistemi di interesse biotecnologico. Lo studente acquisirà la capacità di applicare concetti chimico-fisici per la misura di quantità termodinamiche, cinetiche, spettroscopiche e di trasporto. Verrà posta particolare attenzione agli aspetti applicativi, illustrando esempi di sistemi reali e varie metodiche per l’analisi di risultati da esperimenti di laboratorio. Il corso prevede esperienze di laboratorio per fornire manualità e capacità critica nell'affrontare problematiche reali chimico-fisiche, oltre che a fornire nozioni sulle metodiche e sulle moderne attrezzature. Saranno trattate esperienze riguardanti la misura di quantità termodinamiche e costanti cinetiche e di quantità in ambito spettroscopico, riguardanti proprietà elettroniche, vibrazionali e di risonanza magnetica nucleare (NMR) di molecole di interesse biotecnologico. Saranno inoltre previste esperienze per lo studio delle proprietà dei sistemi colloidali.

Prerequisiti e nozioni di base

Chimica Generale ed Inorganica. Chimica Organica.

Programma

TEORIA
Modulo 1 (24 ore; 3 CFU)
Le trasformazioni chimiche in biologia:
- la termodinamica delle reazioni: entalpia, entropia, energia libera di Gibbs di reazione; potenziale chimico;
- variazione della costante di equilibrio con la temperatura;
- effetto delle condizioni sperimentali: variazione di temperatura, pressione, presenza di enzimi;
- equilibri di trasferimento protonico in acqua: diversi esempi di tamponi usati in campo biotecnologico; comprensione della natura della specie in esame ad un definito valore di pH;
- la cinetica chimica ed i meccanismi di reazione: leggi cinetiche e tecniche sperimentali per la loro determinazione; RDS; equazione di Arrhenius; reazioni consecutive o parallele; approssimazione dello stato stazionario; controllo cinetico o termodinamico.
Le interazioni intermolecolari come chiave di lettura per le interazioni farmaco-proteina, nutriente-trasportatore, enzima-substrato, biopolimero-superficie, farmaco-carrier, nutriente-vettore.
Esempi applicati a situazioni di interesse biotecnologico nei campi della Chimica Farmaceutica, Chimica degli alimenti, Chimica bio-organica e Chimica supramolecolare:
- farmacocinetica (es. cinetica di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione)
- farmacodinamica: modalità di interazione farmaco-target
- cinetica di rilascio/ossidazione di un alimento all’interno di una formulazione
- interazione “host-guest”
- cinetica e termodinamica di inibizione di processi biologici: catena respiratoria mitocondriale
Modulo 2 (16 ore; 2 CFU)
La luce come strumento di indagine di proprietà molecolari in ambito biologico:
- livelli energetici elettronici ed orbitali molecolari; spettri di assorbimento e fluorescenza nelle regioni dell’ultravioletto e del visibile; cromofori;
- livelli energetici vibrazionali di molecole nell’approssimazione armonica; assorbimento molecolare in infrarosso;
- analisi e interpretazione di spettri ottici (UV-visibile-infrarosso) di molecole organiche di interesse biotecnologico aventi diverse funzionalità.
Risonanza magnetica nucleare (NMR): potenzialità ed analisi ed interpretazione di spettri NMR di molecole organiche di interesse biotecnologico.
Colloidi e proprietà colloidali; sistemi nanostrutturati colloidali per applicazioni biotecnologiche.
ESPERIENZE DI LABORATORIO
(12 ore; 1CFU)
Misura della costante di equilibrio di un indicatore cromatico di pH con metodo spettrofotometrico.
Determinazione spettrofotometrica della legge cinetica di degradazione alcalina del cristal violetto.
Acquisizione e analisi di spettri di fluorescenza di molecole usate come traccianti in biotecnologie.
Misura di potenziale zeta e diametro idrodinamico di sistemi colloidali.

Bibliografia

Modalità didattiche

L’insegnamento verrà svolto come lezioni frontali ed esperienze di laboratorio. Le modalità di insegnamento prevederanno l'applicazione dei concetti sviluppati a casi concreti. La frequenza dell'insegnamento è fortemente consigliata.
Per la parte di laboratorio è richiesta per ogni esperienza la stesura di un elaborato scritto che illustri le metodiche e gli strumenti utilizzate assieme ai risultati ottenuti.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d'esame sarà orale, comprendente domande sugli argomenti trattati in entrambi i Moduli e la parte riguardante le esperienze di laboratorio. Sarà valutata la padronanza dei concetti illustrati, in particolare degli aspetti applicativi. Verranno inoltre valutate le competenze acquisite dalle esperienze di laboratorio.
Le modalità di verifica saranno uguali per entrambi gli studenti frequentanti e non frequentanti.
Potranno eventualmente essere previsti appelli straordinari, previo accordo con i Docenti.

Criteri di valutazione

I criteri di valutazione saranno basati sulla capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, di ragionamento critico sulle competenze acquisite, qualità dell’esposizione, efficacia e linearità di esposizione.

Criteri di composizione del voto finale

Il voto finale sarà dato in relazione all'apprendimento delle parti teoriche dei due Moduli e delle esperienze di laboratorio.
Verrà assegnato un punteggio per ogni elaborato scritto riguardante le quattro esperienze di laboratorio (da 0 a 0.5 punti per elaborato). La somma dei quattro punteggi (per un totale massimo di 2 punti) verrà aggiunta al voto della prova orale.

Lingua dell'esame

Italiano.

Sustainable Development Goals - SDGs

Questa iniziativa contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.
Maggiori informazioni su www.univr.it/sostenibilita