Classe V sez. F BIOCHIMICA • 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