00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede una preparazione che gli permetta di conoscere: a) le nozioni di base di chimica generale b) i rapporti che intercorrono tra struttura molecolare e ruolo biologico dei principali composti presenti nel corpo umano e dei comuni fattori nutrizionali c) i principi mediante i quali questi composti possono interagire tra loro e modificarsi per consentire alle cellule di svolgere le funzioni di base e specializzate. In particolare lo studente è in grado di: • conoscere le proprietà' dell'acqua, delle soluzioni, degli acidi, delle basi e dei sali, con particolare riferimento alle strutture inorganiche e cristalline presenti nei tessuti dentali; • identificare le proprietà’ chimiche, le caratteristiche strutturali, l’organizzazione molecolare e l’orientamento spaziale, dei carboidrati, dei lipidi, delle proteine e degli acidi nucleici, riferendole alle principali funzioni biologiche che essi svolgono nel corpo umano e, in particolare, nei tessuti dentali; • interpretare i processi di produzione energetica cellulare riferendoli alle leggi della termodinamica; • conoscere i principi che regolano i meccanismi della catalisi enzimatica; • utilizzare le conoscenze acquisite per definire e interpretare le basi biochimiche e molecolari di alcuni importanti processi fisiologici e fisiopatologici che riguardano l’apparato stomatognatico;

Contenuti

Struttura dell'atomo. Particelle subatomiche, nuclidi, isotopi, ioni. Numero di massa e numero atomico. Massa atomica, massa molecolare, mole, massa molare. Modelli atomici, meccanica ondulatoria, onde di de Broglie, autofunzioni e autovalori, principio di indeterminazione, orbitali, numeri quantici. Periodicità della configurazione elettronica degli elementi. Carica nucleare efficace. Regola di Slater. Proprieta' periodiche. Raggio atomico. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, carattere metallico.

I legami chimici. Energia e lunghezza di legame. Legame ionico. Energia reticolare. Valenza ionica. Proprieta' dei composti ionici. Legame covalente. Legame covalente polare. Legame dativo e di coordinazione. Teoria e notazione di Lewis. Teoria del legame di valenza. Legami sigma e pi-greco. Stato fondamentale e di valenza. Geometria molecolare. Teoria VSEPR. Ibridazione degli orbitali. Delocalizzazione elettronica e risonanza. Molecole polari e apolari. Teoria degli orbitali molecolari. Il metodo LCAO. Orbitali di legame e di antilegame. Ordine di legame. Forme radicaliche e altamente reattive. Formule minime, molecolari e di struttura. Il legame metallico. Teoria delle bande. Conduttori, isolanti e semiconduttori. Drogaggio. I legami deboli. Dipoli e forze di repulsione. Legame a idrogeno.

Le proprietà della materia. I tre stati: gassoso, liquido e solido. Gas ideali e reali. Pressioni parziali. Equazione dei gas reali. Stato liquido, tensione di vapore, tensione superficiale, viscosita'. Lo stato solido. Solidi amorfi. Il reticolo cristallino e le celle unitarie. I reticoli di Bravais. Strutture cristalline compatte. Proprieta' e geometria dei cristalli ionici, covalenti, molecolari, metallici. Leghe metalliche. Processi di fusione e sinterizzazione, leghe mono e polifase, soluzioni solide sostituzionali e interstiziali, diagrammi di fase. Soluzioni molecolari e ioniche. Solubilita' in funzione di temperatura e pressione. Soluti polari e apolari. Unita' di misura della concentrazione. Osmosi e pressione osmotica. Forza ionica.

Reazioni chimiche.  Reagenti, prodotti ed equazioni di reazione. Stechiometria. Reazioni di ossidoriduzione. Numero di ossidazione. Reazioni omogenee ed eterogenee. Cinetica delle reazioni chimiche. Teoria delle collisioni ed effetto sterico. Energia di attivazione e teoria del complesso attivato. Costanti di velocità. Ordine di reazione. Reazioni del primo e del secondo ordine e di ordine zero. Effetto della temperatura ed equazione di Arrhenius. Catalizzatori.

Equilibri chimici. Costante di equilibrio. Attivita' di reagenti e prodotti. Legge di azione di massa. Fattori che influenzano l'equilibrio e principio di Le Chatelier. Proprieta' dell'acqua. Sostanze idrofiliche, idrofobiche, anfipatiche. Prodotto ionico dell'acqua. Definizione di pH. Definizione di acidi e basi. Acidi e basi forti e deboli. Ka, pKa. Equazione di Henderson-Hasselbalch. Acidi mono e poliprotici. Soluzioni tampone. Tampone fosfato e bicarbonato. Neutralizzazione. Anfoliti, punto isoelettrico. Sali e fattori che ne modificano la solubilita'. Prodotto di solubilita'. Ione a comune.

Termodinamica. Prima e seconda legge della termodinamica. Reazioni eso- e endo-termiche. Definizioni di entalpia e entropia. Energia libera. Processi spontanei, irreversibili, all'equilibrio, esoergonici e endoergonici.  Equazione isoterma di van't Hoff. Accoppiamento tra reazioni eso-endoergoniche. Energia di idrolisi dell'ATP. Potenziale di trasferimento del fosfato.

Elettrochimica. Conducibilità degli elettroliti. Potenziale elettrico, forza elettromotrice. Pile o celle galvaniche. Elettrodo a idrogeno. Potenziale standard di riduzione. Equazione di Nernst. Corrosione elettrochimica dei metalli. Corrosione generalizzata, galvanica, per aerazione differenziale, in fessura, per vaiolatura, intragranulare, per erosione e sotto sforzo. Metodi di protezione dalla corrosione, passivazione dei metalli. Elettrolisi. Potenziale di decomposizione. Accumulatori.

Stereoisomeria. Attività ottica degli stereoisomeri. Enantiomeri. Diastereoisomeri. Sterochimica D e L. Isomeri geometrici cis-tans. Isomeri conformazionali.

Glucidi. Monosaccaridi. Aldosi e chetosi. Isomeri configurazionali e conformazionali. Strutture cicliche. Derivati dei monosaccaridi: esteri, acidi, aminozuccheri. Il legame glicosidico. Disaccaridi e polisaccaridi. Glicosaminoglicani.

Lipidi. Acidi grassi saturi e insaturi. Acidi grassi essenziali. Trigliceridi. Glicerofosfolipidi, sfingolipidi, glicolipidi. Colesterolo.

Amminoacidi e proteine. Struttura, classificazione e proprieta' degli aminoacidi proteici. Amminoacidi essenziali. Il legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Metastabilita'. Sostituzioni conservative e semiconservative. Proteine globulari e fibrose. Glicoproteine e proteoglicani.

 

Approfondimenti di Chimica odontoiatrica

Legami chimici tra microrganismi e superficie dentale (Electric Double Layer, teoria DLVO). Strutture cristalline dei denti. Equilibri ionici idrossiapatite, fluoroapatite e apatite biologica. Processi intrinseci ed estrinseci di erosione dentale. Struttura e formazione dei calcoli dentali (tartaro). Sistemi neutralizzanti e tamponanti presenti nella saliva. Biocompatibilita' delle leghe per uso odontoiatrico (corrosione, rilascio di cationi, genotossicita', citotossicita', reazioni allergiche). Rivestimento elettrochimico e deposizione elettroforetica del titanio. Dolcificanti naturali e sintetici: struttura, potere cariogeno e indice glicemico. Struttura delle molecole che provocano la sensazione del gusto. Struttura e proprieta' delle proteine salivari. Mucine, staterina, istatine, cistatine, proteine ricche di prolina, lattoferrina. Biofilm: definizione e proprieta'.

 

Tecniche di laboratorio chimico-biologico

Tecniche di base. Misura del pH. Centrifugazione. Elettroforesi. Spettrofotometria nel visibile, UV e a fluorescenza. Microscopia ottica e a fluorescenza.

Analisi dell'espressione genica. Western blotting. Proteomica.

Testi/Bibliografia

Michelin-Munari. Fondamenti di Chimica. CEDAM, 2008

Mathews-Van Holde-Ahern. Biochimica. Casa Editrice Ambrosiana, 2004.

Ferguson. Biologia del cavo orale. Istologia, biochimica, fisiologia. Casa Editrice Ambrosiana, 2002.

Dispense e presentazioni in formato elettronico inerenti le tecniche di laboratorio e gli approfondimenti di Chimica odontoiatrica (materiale didattico presente nel sito web del docente).

Metodi didattici

Didattica frontale, attivita' seminariali sulle tecniche di laboratorio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto unico per il C.I. di Chimica e Biochimica. Valutazione in trentesimi.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Muscari