PROGRAMMA DI SCIENZE NATURALI Liceo Scientifico G

Classe V sez. F
BIOCHIMICA
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PROGRAMMA DI SCIENZE NATURALI
Liceo Scientifico G. Castelnuovo
a. s. 2015/2016
Prof.ssa Mazzi Stefania
BIOMOLECOLE
Costituenti chimici della materia vivente. Elementi dei viventi. Molecole biologiche.
Carboidrati: funzioni nell'organismo e classificazione. Monosaccaridi: formula generale, gruppo
funzionale caratteristico, aldozuccheri e chetozuccheri. Triosi, pentosi e esosi. Carbonio asimmetrico e
isomeri ottici. Rappresentazione secondo la proiezione di Fischer. Configurazione D ed L.
Monosaccaridi di importanza biologica: gliceraldeide, ribosio, desossiribosio, glucosio e fruttosio.
Ciclizzazione del glucosio e formula di proiezone di Haworth. Anomeri alfa e beta. Derivati dei
monosaccaridi di importanza biologica: 2-desossi-D-ribosio, glucosio 6-fosfato, acido D-glucuronico.
Legame glicosidico. Oligosaccaridi. Disaccaridi: saccarosio, lattosio, amilosio, cellobiosio. Polisaccaridi
del glucosio: amido, glicogeno, cellulosa. Polisaccaridi particolari: chitina, peptidoglicano, acido
ialuronico.
Lipidi: caratteristiche generali, funzioni nell'organismo, lipidi semplici e complessi. Trigliceridi saturi e
insaturi. Acidi grassi essenziali. Fosfolipidi e doppio strato fosfolipidico delle membrane biologiche.
Terpeni e steroidi: vitamine liposolubili, colesterolo. Trasporto dei lipidi nel sangue e lioproteine:
chilomicroni, VLDL, LDL, HDL. Colesterolo e aterosclerosi.
Proteine: funzioni nell'organismo e loro classificazione in semplici e coniugate, globulari e fibrose.
Amminoacidi come monomeri delle proteine: formula generale, chiralità, caratteristiche generali dei
gruppi R, ione dipolare, punto isoelettrico. Amminoacidi essenziali. Ruoli degli amminoacidi
nell'organismo. Legame peptidico. Ponte disolfuro. Proteine animali e vegetali. Livelli di struttura delle
proteine. Emoglobina come esempio di proteina con struttura quaternaria e del rapporto tra struttura e
funzione: confronto tra la curva di affinità dell’emoglobina e quella della mioglobina per l’ossigeno
molecolare. Regolazione allosterica alla base dell’attività biologica dell’emoglobina. Effetto Bohr, ruolo
del BPG e confronto tra emoglobina adulta e quella fetale.
Proteine con funzione enzimatica: enzimi e loro caratteristiche, classificazione generale e
nomenclatura. Catalisi enzimatica: energia di attivazione, complesso enzima-substrato (modello
“chiave-serratura” e modello dell’”adattamento indotto”). Coenzimi e cofattori. Fattori che influenzano
l’attività enzimatica: pH, temperatura, concentrazione del substrato ed equazione di Michaelis-Menten.
Regolazione dell’attività enzimatica: allosterismo, modificazioni covalenti, inibizione enzimatica.
Acidi nucleici: DNA, RNA e loro funzioni nell'organismo. Nucleotidi. Catene polinucleotidiche e legame
fosfodiesterico. Struttura del DNA, modello a doppia elica. Istoni, nucleosomi, cromatina e cromosomi.
Tipi di RNA: rRNA, mRNA, tRNA. Dogma centrale della biologia molecolare e flusso dell'informazione
genetica. Processi di duplicazione, trascrizione e traduzione: svolgimento ed enzimi coinvolti. Codice
genetico e sue caratteristiche (universale, degenerato, non ambiguo).
• METABOLISMO
Metabolismo e sue funzioni. Organizzazione del metabolismo in vie metaboliche. Vie cataboliche,
anaboliche, convergenti, divergenti e cicliche. Vie anfiboliche. Mappe metaboliche. Metabolismo
intermedio e metabolismo terminale. Reazioni esoergoniche, endoergoniche e accoppiamento
energetico. ATP: struttura e ruolo nelle cellule. Ciclo ATP-ADP alla base degli scambi energetici negli
organsmi viventi. Generalità sul ruolo del NAD e FAD nel metabolismo cellulare.
Stato stazionario degli intermedi metabolici all’interno della cellula. Risposte dell’organismo a variazioni
del livello ematico di glucosio nel sangue, come esempio di equilibrio dinamico e mantenimento dello
stato stazionario.
Regolazione delle vie metaboliche. Controllo dell’attività degli enzimi e meccanismo a feedback
negativo, controllo della concentrazione degli enzimi, compartimentazione dei substrati e degli enzimi.
Metabolismo dei carboidrati. Metabolismo anaerobio e aerobio del glucosio. Glicolisi e sua regolazione,
fermentazione lattica e alcolica. Ciclo di Cori. Gluconeogenesi, via dei pentoso-fosfato.
Glicogenosintesi, glicogenolisi e regolazione del metabolismo del glicogeno. Meccanismo d’ azione
dell’insulina e del glucagone per il controllo della glicemia. Respirazione cellulare.
Metabolismo dei lipidi. Lipolisi. Beta ossidazione degli acidi grassi, corpi chetonici. Lipogenesi. Steatosi
epatica, alcolismo e metabolismo dell’etanolo. Metabolismo del colesterolo.
Metabolismo delle proteine. Scorie azotate. Metabolismo degli amminoacidi: transaminazione e
decarbossilazione. Ciclo dell'urea (cenni).
Differenze metaboliche tra vari tipi di cellule: globulo rosso, neurone, cellula muscolare, adipocita,
epatocita.
Principali modificazioni metaboliche nel ciclo digiuno-alimentazione
Metabolismo terminale e produzione dell’ATP Respirazione cellulare: ciclo di Krebs, ruolo anfibolico del
ciclo, catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa. Accoppiamento chemiosmotico.
Aspetti energetici della respirazione cellulare.
Fotosintesi clorofilliana: organismi autotrofi ed eterotrofi, cloroplasto e clorofilla. Fasi della fotosintesi
clorofilliana. Fotosistemi. Fase luminosa: catena di trasporto degli elettroni e fotofosforilazione. Fase al
buio: ciclo di Calvin. Respirazione cellulare e fotosintesi clorofilliana a confronto. Ciclo del carbonio e
ciclo dell’azoto, come esempi di cicli biogeochimici e dell’interazione tra le sfere della Terra.
Biochimica della comunicazione tra cellule Importanza della comunicazione tra cellule nella regolazione
e nel coordinamento delle attività cellulari. Ormoni e loro classificazione. Organizzazione gerarchica e
meccanismo di controllo a feedback negativo alla base del funzionamento del sistema endocrino.
Meccanismo d’azione degli ormoni liposolubili e di quelli di natura peptidica. Ruolo dell’ cAMP come
secondo messaggero. Amplificazione del segnale ormonale: ruolo della proteina cinasi A. Spegnimento
del segnale ormonale: ruolo della fosfodiesterasi e della fosfoproteina fosfatasi.
BIOTECNOLOGIE
Biotecnologia e ingegneria genetica. Dalle biotecnologie classiche a quelle moderne. DNA ricombinante
ed enzimi di restrizione. Frammenti di restrizione e loro separazione mediante elettroforesi su gel.
Identificazione di un gene di interesse mediante Southern Blotting. PCR. Clonazione genica mediante
vettori plasmidici e virali. Clonazione riproduttiva: la pecora Dolly. Libreria genomica. Biblioteche di
cDNA e studio del trascrittoma. Microarray a DNA. Sequenziamento del DNA con il metodo di Sanger.
Progetto Genoma Umano. Applicazioni delle biotecnologie in campo medico: diagnostica e trattamenti
terapeutici. Diagnosi dell’anemia falciforme, produzione di proteine utili da batteri ricombinanti, terapia
genica. Applicazioni delle biotecnologie nel campo dell’agricoltura e dell’alimentazione: mais Bt e
golden rice. Applicazione delle biotecnologie in campo legale: impronta genetica.
SCIENZE DELLA TERRA
• L'INTERNO DELLA TERRA
Calore interno della Terra, flusso di calore, origine del calore interno della Terra, correnti convettive nel
mantello. Campo magnetico terrestre: intensità, declinazione magnetica e inclinazione magnetica.
Teoria della dinamo ad autoeccitazione (cenni). Magnetizzazione termorimanente delle rocce
magmatiche e magnetizzazione detritica residua di quelle sedimentarie. Studio del paleomagnetismo.
Migrazione apparente dei poli magnetici, inversioni di polarità e anomalie magnetiche positive e
negative.
• DINAMICA DELLA LITOSFERA
Dinamica endogena. Crosta continentale e crosta oceanica. Isostasia. Dalle teorie fissiste alla teoria
della deriva dei continenti. Prove a favore della deriva dei continenti: geomorfologiche, paleontologiche,
geologiche e paleoclimatiche. Morfologia dei fondali oceanici: dorsali oceaniche e fosse oceaniche.
Struttura delle dorsali oceaniche: rift valley e faglie trasformi. Caratteristiche delle fosse oceaniche,
subduzione, piano di Benioff e arco magmatico. Sistemi arco-fossa. Hess e l’espansione dei fondali
oceanici. Disposizione delle anomalie magnetiche sui fondali oceanici e interpretazione di Vine e
Mattews.
• TETTONICA DELLE PLACCHE E OROGENESI
Teoria della tettonica delle placche. Caratteristiche generali delle placche: composizione , morfologia e
dinamica. Margini di placca: divergenti, convergenti e conservativi. Orogenesi: collisione crosta
oceanica-crosta continentale, collisione crosta continentale-crosta continentale, accrescimento crostale,
collisione crosta oceanica-crosta oceanica. Formazione di un nuovo oceano. Ciclo di Wilson. Fenomeni
sismici e vulcanici interpretati alla luce della teoria della tettonica delle placche. Meccanismo che
muove le placche: moti convettivi. Tomografia sismica Punti caldi.
Schede e letture di approfondimento: “L’omeostasi”, “Gli errori congeniti del metabolismo” , “L’acido
glucuronico favorisce l’eliminazione di sostanze tossiche o di rifiuto”, “Il surfactante polmonare”,
“Colesterolo e malattie cardiovascolari”, “Il diabete mellito è l’espressione della rottura dell’equilibrio che
mantiene costante la glicemia”, “La steatosi epatica è una grave condizione legata al dismetabolismo
dei lipidi”. “Come si magnetizzano lave e sedimenti”. Le Scienze: ”Ridimensionato il numero dei geni
umani” (sett. 2014). “L’insulina da batteri geneticamente modificati” da “OGM tra leggende e realtà”
D. Bressanini Zanichelli
In corsivo l’argomento non inserito nel documento
Firenze, 4 giugno 2016
L’insegnante
Stefania Mazzi
Rappresentanti degli studenti