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

Chimica generale e organica

Legami chimici e proprietà della materia - Proprietà periodiche degli elementi. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e carattere metallico. Energia e lunghezza di legame. Legame ionico. Valenza ionica. Proprietà dei composti ionici. Legame covalente. Ibridazione degli orbitali. Delocalizzazione elettronica e risonanza. Molecole polari e apolari. Orbitali di legame e di antilegame. Forme radicaliche e altamente reattive. Il legame metallico. Teoria delle bande. Conduttori, isolanti e semiconduttori. Formule minime, molecolari e di struttura. I legami deboli e intermolecolari. Dipoli e forze di repulsione. Legame a idrogeno. Stato gassoso e liquido della materia. Solidi amorfi e cristallini. Il reticolo cristallino e le celle unitarie. I reticoli di Bravais. Proprietà e geometria dei cristalli ionici, covalenti, molecolari e metallici. Soluzioni gassose, liquide e solide. Soluzioni ioniche. Forza ionica.

Reazioni ed equilibri chimici - Equazioni di reazione. Stechiometria. Reazioni di ossidoriduzione. Reazioni omogenee ed eterogenee. Cinetica delle reazioni chimiche. Equazione canonica. Teoria delle collisioni ed effetto sterico. Energia di attivazione e teoria del complesso attivato. Costanti di velocità. Ordine di reazione. Equazione di Arrhenius. Catalizzatori. Legge di azione di massa. Fattori che influenzano l'equilibrio. Principio di Le Chatelier. Sostanze idrofiliche, idrofobiche, anfipatiche. Prodotto ionico dell'acqua. Forza di acidi e basi. Ka, pKa. Equazione di Henderson-Hasselbalch. Acidi mono- e poliprotici. Soluzioni tampone. Tampone fosfato e bicarbonato. Neutralizzazione. Sali. Solubilità molare, prodotto ionico e di solubilità. Fattori che modificano la solubilita'. Ione comune.

Elettrochimica - Conducibilità degli elettroliti. Potenziale elettrico, forza elettromotrice. Pile o celle galvaniche. Elettrodo a idrogeno. Potenziale standard di riduzione. Equazione di Nernst. Elettrolisi.

Termodinamica - Prima e seconda legge della termodinamica. Reazioni eso- e endotermiche. 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.  Idrolisi di ATP e potenziale di trasferimento del fosfato.

Composti organici - Stereoisomeri. Enantiomeri. Diastereoisomeri. Sterochimica D e L. Isomeri cis-trans. Isomeri conformazionali. Monosaccaridi. Aldosi e chetosi. Isomeri conformazionali. Strutture cicliche. Derivati dei monosaccaridi: esteri, acidi, aminozuccheri. Il legame glicosidico. Disaccaridi e polisaccaridi. Glicosaminoglicani. Acidi grassi saturi, insaturi e essenziali. Trigliceridi. Glicerofosfolipidi, sfingolipidi, glicolipidi. Colesterolo. Struttura, classificazione e proprietà degli aminoacidi proteici. Aminoacidi essenziali. Il legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Proteine globulari e fibrose. Glicoproteine. Proteoglicani.

Tecniche di laboratorio - Misura del pH. Centrifugazione. Elettroforesi. Spettrometria nel visibile, UV, IR, a fluorescenza, ESCA, NMR. Diffrattometria. Microscopio ottico, a fluorescenza, elettronico, a forza atomica. Western blotting. Proteomica. Esempi di applicazioni in odontoiatria delle tecniche di laboratorio.

 

Chimica odontoiatrica

Strutture cristalline del cavo orale - Struttura microscopica dell'apatite nei denti e nelle ossa.  Composizione e formula dell'idrossiapatite (HA) e dell'apatite biologica. I sistemi cristallini e il grado di cristallinità. Difetti nei solidi cristallini. Elementi di simmetria cristallografica. Unità asimmetrica. Gruppi puntuali (classi) e spaziali. Indici di Miller. Gruppi spaziali dei fosfati di calcio. Processo di cristallizzazione dei fosfati di calcio nei tessuti mineralizzati. I prismi dello smalto. Isomorfismo, polimorfismo, allotropia, cristalli misti, strutture policristalline. Definizione di fase. Struttura reticolare della cella elementare dell'HA. Evoluzione dei cristalli di fosfato di calcio in HA.

Equilibri ionici dell'apatite - Cataboliti acidi cariogeni. Sistemi tampone e neutralizzanti salivari. Flusso salivare e secrezione del bicarbonato.  Equilibri ionici dell'apatite nella saliva. Effetto del pH sulla solubilità dell'apatite. Curva di Stephan e pH critico. Effetto del fluoruro sulla solubilità dell'apatite. Il fluoruro come ione comune. Composizione chimica e formazione dei calcoli dentali. Processi intrinseci ed estrinseci di erosione dentale. Acidità di alcuni alimenti.

Termodinamica dell'apatite - Ciclo di Born-Haber. Legge di Hess. Entalpia reticolare. Ciclo di Born-Haber per HA e altre apatiti. Componenti dell'energia reticolare: energia di Madelung, di repulsione elettronica e di interazione di London. Calcolo dell'energia reticolare dell'apatite. Equazione di Kapustinskii e di Glasser-Jenkins.

Proprietà chimiche delle leghe – Classificazione dei biomateriali. Biomateriali metallici. Processi di fusione e sinterizzazione. Leghe monofase e polifase. Soluzioni solide sostituzionali e interstiziali. Diagrammi di stato e di fase. Diagrammi a uno, due o più componenti. Sistemi liquido-solido. Miscibilità completa, miscibilità parziale e immiscibilità. Grani e cristalli zonati. Regola della leva. Significato di punto, temperatura e lega eutettici. Proprietà degli elementi metallici presenti nelle leghe dentali. Amalgama. Resistenza assoluta e specifica delle leghe di titanio.

Elettrochimica delle leghe dentali - Corrosione chimica, elettrochimica e da microrganismi.  Corrosione galvanica, per aerazione differenziale, in fessura, per vaiolatura, intra- e intergranulare, per erosione e sotto sforzo. Corrosione dei materiali dentali e strategie di protezione. Passivazione dei metalli. Nobiltà ideale e pratica dei metalli. Rivestimento elettrochimico ed elettroforetico. Ossidazione anodica. Ossidazione del titanio e sue forme cristalline (anatasio, rutilo). Osteointegrazione. Tossicità locale, sistemica e reazioni allergiche dei cationi metallici.

Proprieta' chimico-fisiche del biofilm dentale - Definizione di biofilm. Pellicola dello smalto. Composizione dei fluidi presenti nel biofilm dentale. Forze attrattive e repulsive tra microrganismi e superficie dentale. Struttura della parete batterica. Il peptidoglicano. Cariche negative delle pareti batteriche. Doppio strato elettrico, potenziale zeta, forza ionica e teoria DLVO. Concentrazione critica di coaggregazione (ccc). Diffusione di molecole e ossigeno tra i canali del biofilm. Modificazioni strutturali ed ecologiche del biofilm in presenza di differenti carboidrati.

 

 

Testi/Bibliografia

Michelin-Munari. Fondamenti di Chimica. CEDAM.

Marks. Biochimica medica. Un approccio clinico. Casa Editrice Ambrosiana.

Ferguson. Biologia del cavo orale. Istologia, Biochimica, Fisiologia. Casa Editrice Ambrosiana.

Metodi didattici

 Didattica frontale, attivita' seminariali sulle tecniche di laboratorio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso l'esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta, seguita da correzione in presenza dello studente e spiegazione degli errori commessi. La prova unica consiste nel rispondere a 16 domande a risposta multipla e a 8 domande aperte relative al programma complessivo del C.I. di Chimica e di Biochimica che comprende gli insegnamenti di Chimica e Biochimica. La valutazione finale viene espressa in trentesimi.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC. Disponibilita' delle presentazioni delle lezioni e dispense in formato elettronico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Muscari