Liceo Scientifico Statale “Talete”
Programma di SCIENZE NATURALI
Anno scolastico 2015/2016
Classe: 2 sez. M (Liceo Scientifico tradizionale – Nuovo ordinamento)
Libro di testo in adozione:
Biologia – Curtis, Barnes, Schnek, Flores “Invito alla biologia.blu – Cellula, evoluzione e
biodiversità”, Ed. Zanichelli
Docente: prof.ssa Alessandra TOMEI
CHIMICA E BIOCHIMICA
Modulo
Modulo 1
La struttura
della materia
Contenuti
La composizione della materia: miscele e sostanze pure. Differenze fra un
miscuglio di elementi Fe-S e di un composto fatto dagli stessi elementi FeS. La
composizione costante dei composti e le leggi ponderali di Lavoisier, Proust e
Dalton. Teoria atomica di Dalton. Le particelle subatomiche: caratteristiche di
carica elettrica e massa relative. Teoria atomica di Thomson. Esperimento di
Rutherford e modello atomico relativo. Le grandezze caratteristiche del nucleo:
numero atomico e numero di massa. Isotopi e notazione isotopica. La massa
degli atomi e delle molecole: unità di misura della massa degli atomi. Massa
atomica media.
Teoria atomica a livelli: rappresentazione della struttura elettronica degli atomi.
Gli elettroni di valenza. Struttura di Lewis o elettrone puntino. Regola
dell’ottetto elettronico e formazione dei legami chimici forti. L’elettronegatività
secondo Pauling. Legame ionico: trasferimento di elettroni, formazione di ioni,
formula chimica e formula ionica. Formazione dei legami covalenti semplici,
doppi e tripli. Formula di struttura. Legame covalente dativo. Legame covalente
puro e polare: differenze. Molecole poliatomiche polari e apolari. La doppia
natura polare/apolare delle molecole anfipatiche: solubilizzazione dei grassi da
parte dei saponi. Struttura del doppio strato fosfolipidico.
La classificazione dei composti: composti inorganici e organici e loro diverse
caratteristiche. La classificazione dei composti organici in base alla
composizione chimica e alla struttura. Catene di atomi di carbonio aperte,
chiuse, lineari, ramificate, sature, insature. Formule di struttura condensate e
semplificate. Gruppi funzionali e classificazione dei composti organici
funzionalizzati. Isomeria.
Le proprietà dell’acqua. La tensione superficiale e la capillarità: forze di
coesione e di adesione.
ore
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Modulo 2
Le biomolecole
Le biomolecole: polimerizzazione delle unità monomeriche. La reazione di
condensazione e quella di idrolisi. Gli zuccheri o glucidi: principali funzioni,
classificazione e caratteristiche strutturali. I glucidi: monosaccaridi, disaccaridi
e polisaccaridi. Principali funzioni e caratteristiche strutturali. I lipidi: le diverse
classi di lipidi e le loro funzioni principali. La formazione in acqua della struttura
del doppio strato fosfolipidico. Proteine: Principali funzioni e caratteristiche
strutturali. Gli aminoacidi naturali e la loro struttura. Il legame peptidico. I
diversi ordini di struttura di una molecola proteica: struttura primaria,
secondaria (alfa-elica e foglietto ripiegato, strutture tipiche delle proteine
fibrose), terziaria (tipica delle proteine globulari) e quaternaria (tipica
dell’emoglobina). Gli acidi nucleici: caratteristiche strutturali, funzioni,
differenze fra DNA e RNA. Struttura a doppia elica del DNA e basi
complementari. Basi puriniche e pirimidiniche. L'ATP: nucleotidi liberi e scambi
di energia nella cellula.
BIOLOGIA
6
Modulo
Contenuti
Ore
Modulo 3
La struttura
cellulare
Le origini della Terra. La catastrofe del ferro e la differenziazione gravitativa.
L’atmosfera primordiale e la sua composizione. L'origine delle prime cellule:
l’ipotesi di Oparin sull’evoluzione chimica ed esperimento di Miller-Urey.
L’evoluzione prebiologica e i coacervati o microsfere proteinoidi. Ipotesi
sull'origine extraterrestre. Le prime cellule: evoluzione della cellula procariote a
cellula eucariote. La teoria endosimbiontica. I microscopi ottici ed elettronici:
potere di risoluzione e ingrandimento. La generazione spontanea e
l’esperimento di Pasteur. La teoria cellulare. Cellule autotrofe, chemiosintetiche
e fotosintetiche, ed eterotrofe. Organismi unicellulari e pluricellulari e loro
classificazione in domini e regni. Caratteristiche comuni a tutte le cellule:
membrana cellulare (struttura caratteristica; proteine di membrana e loro
funzioni), corpo cellulare (citoplasma), patrimonio genetico (DNA). Gli scambi
della cellula con l’ambiente: forma cellulare e estensione superficiale ottimali.
Le principali differenze fra cellule procariote e eucariote. Le principali strutture
di una cellula procariotica. Le principali strutture di una cellula eucariotica:
nucleo e nucleolo, citoplasma e citosol, ribosomi, organuli cellulari. Il
citoscheletro e i filamenti di actina. Il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso:
struttura e funzioni. Apparato di Golgi: funzioni e struttura. Gli organuli cellulari
deputati alla demolizione: lisosomi, perossisomi, vacuoli. Gli organuli cellulari
che producono energia: funzione e struttura di mitocondri e cloroplasti. Gli
organuli deputati al movimento e all’adesione cellulare: ciglia e flagelli. La
parete cellulare delle cellule vegetali: funzioni e struttura. I centrioli e la loro
funzione nelle cellule eucariote animali..
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Modulo 4
Il metabolismo
cellulare
Il trasporto attraverso la membrana cellulare: trasporto passivo, facilitato e
attivo. Il trasporto passivo: la diffusione semplice e facilitata, l’osmosi. I diversi
tipi di trasporto attivo: uniporto, simporto, antiporto. Il funzionamento della
pompa sodio-potassio e il ruolo dell'ATP. Il trasporto attivo mediato da
vescicole: esocitosi ed endocitosi. I diversi tipi di endocitosi: fagocitosi,
pinocitosi e endocitosi mediata da recettori.
Il metabolismo cellulare: reazioni cataboliche ed anaboliche. Gli scambi di
energia fra un sistema reagente e l'ambiente: reazioni esoenergetiche e
reazioni endoenergetiche. Accoppiamento energetico. ATP: struttura e
funzioni. L'accoppiamento con l'idrolisi dell'ATP: lavoro chimico, meccanico e
di trasporto. Ciclo di materia ed energia sul nostro pianeta: organismi autotrofi
fotosintetici e eterotrofi. La fotosintesi clorofilliana e la respirazione cellulare
come esempi di reazioni di ossidoriduzione. Il trasferimento di elettroni e le
molecole mediatrici del trasporto elettronico nella fotosintesi e nella
respirazione cellulare: NADP+/NADPH, NAD+/NADH, FAD/FADH2. Le due fasi
della fotosintesi: fase luminosa e fase oscura o ciclo di Calvin.
Le tre fasi della respirazione cellulare. La glicolisi e il suo bilancio energetico;
la formazione dell’acetil-CoA, il ciclo di Krebs e il suo bilancio energetico; la
fosforilazione ossidativa e le sue diverse fasi (catena di trasporto degli elettroni
e chemiosmosi). Il bilancio energetico totale della respirazione cellulare. La
produzione di energia in assenza di ossigeno: la fermentazione lattica e quella
alcolica e il loro bilancio energetico. Anaerobi obbligati e facoltativi.
La velocità delle reazioni chimiche: lo stato di transizione e la barriera di
attivazione. L'azione del catalizzatore nell'aumentare la velocità di reazioni
lente. Gli enzimi come catalizzatori biologici: sito attivo e specificità degli
enzimi nell'azione catalitica. La reazione di idrolisi del saccarosio, catalizzata
dalla saccarasi: meccanismo di azione dell'enzima. L'attività enzimatica:
struttura dell'enzima e cofattori. Interazione enzima-substrato e catalisi
enzimatica. Inibizione competitiva e non competitiva. Feedback negativo nella
regolazione di una via metabolica.
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Modulo 5
I processi di
divisione
cellulare
Il processo di divisione cellulare negli organismi unicellulari e pluricellulari. La
scissione binaria delle cellule procariotiche (batteri). Il ciclo cellulare delle
cellule eucariotiche: l’interfase e le sue diverse fasi (G1, S e G2), mitosi e
citodieresi. Le diverse fasi della mitosi: profase, metafase, anafase e telofase.
Struttura e ruolo del fuso mitotico. Citodieresi nelle cellule animali e vegetali.
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Cellule con ciclo cellulare attivo (cellule staminali) e cellule che perdono la
capacità di riprodursi autonomamente (globuli rossi e cellule nervose). La
regolazione del ciclo cellulare: le patologie tumorali in caso di cicli cellulari
alterati. Riproduzione asessuata e sessuata: differenze nella variabilità
genetica. Formazione dei gameti maschili e femminili (aploidi) a partire da
cellule diploidi: la meiosi. I due cicli di divisione della meiosi (meiosi I e II):
crossing-over e variabilità genetica. Cromosomi degli organismi eucarioti
pluricellulari: il cariotipo. Differenze fra cellule somatiche e gameti. Il processo
di gametogenesi: spermatogenesi e oogenesi e loro differenze. La
fecondazione e la formazione dello zigote.
Confronto fra mitosi e meiosi. Errori nel processo meiotico e i fenomeni di nondisgiunzione: la trisomia 21 o sindrome di Down e le altre anomalie
cromosomiche a carico di autosomi e cromosomi sessuali.
Roma, 7 giugno 2016
GLI ALUNNI
IL DOCENTE
