Equilibrio chimico e grandezze termodinamiche. Struttura dell’acqua. Associazione non cooperativa e cooperativa: aspetti fenomenologici e modellistici. Forze intermolecolari. Auto-aggregazione di molecole in
ambiente acquoso.
Descrizione termodinamica dei sistemi viventi: organizzazione su
diverse scale di lunghezza. Ordine e caos, strutture emergenti. Esempi di interesse in campo biologico.
Esercitazioni numeriche ed esperienze di laboratorio
- P.W. Atkins, J. de Paula, “Chimica fisica biologica”, Zanichelli
- F. T. Arecchi, “Caos e complessità nel vivente” IUSS Press
Obiettivi Formativi
Questo insegnamento fornisce le conoscenze termodinamiche di base per comprendere i processi che generano l'auto-organizzazione nei sistemi biologici. Verranno anche illustrati esempi di self-assembly che svolgono un ruolo importante nelle applicazioni innovative dei sistemi complessi quali i nanosistemi come veicolanti di principi bioattivi in campo biomedico.
Prerequisiti
Nozioni dai corsi chimica generale, chimica organica e fisica, ottenute per la laurea triennale in Scienze Biologiche.
Metodi Didattici
Lezioni frontali, seminari. Esercitazioni numeriche svolte a lezione, esercitazioni di laboratorio
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale. Realzione scritta sulle
esperienze di laboratorio. Su base volontaria gli studenti potranno scegliere di presentare un breve seminario (15-20) durante lo svolgimento del corso.
Questo influirà sulla valutazione globale per un massimo di 2 punti.
Programma del corso
Richiami ai concetti fondamentali della termodinamica.
L’equilibrio chimico, con particolare riferimento all’equilibrio in
soluzione. Principio di Le Chatelier, costante di equilibrio. Grandezze
termodinamiche: calore, lavoro, energia libera, entalpia ed entropia.
Struttura dell’acqua liquida. Associazione non cooperativa ed aspetti
termodinamici collegati. Associazione cooperativa: aspetti fenomenologici
e modellistici. Forze intermolecolari, energia libera di
solvatazione, effetti entropici dell’associazione in soluzione. Interazioni
idrofobiche e auto-aggregazione di molecole amfifiliche in ambiente
acquoso (micelle, fasi liotropiche). Descrizione termodinamica dei sistemi viventi. Cenni ai sistemi
complessi: organizzazione e auto-organizzazione su diverse scale di
lunghezza. Esempi in fisica, chimica e biologia. Ordine e caos, entropia,
probabilità e informazione. Strutture emergenti.
Esperienze di laboratorio:
-determinazione della concentrazione critica micellare di due tensioattivi usati in biologia (SDS, CTAB) con metodo conduttimetrico
-preparazione di liposomi secondo due procedure diverse (estrusione e sonicazione), seguita dalla loro caratterizzazione con Light Scattering Dinamico