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
- E. Morin "La sfida della complessità", Le lettere 2017
-dispense fornite dalla docente
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 nei corsi della laurea triennale in Scienze Biologiche.
Metodi Didattici
Lezioni frontali, seminari. Esercitazioni numeriche svolte a lezione, esperienze di laboratorio
Il corso utilizza in parte strumenti online.
Altre Informazioni
Su richiesta dello studente, la docente si impegna a proporre un breve testo da studiare e riassumere in sede d'esame. La presentazione di questo testo, se valutata positivamente, aggiunge un punto alla votazione finale
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale. Relazione 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 base 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
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Nel corso delle lezioni sono descritti nanosistemi ottenuti da fonti naturali come veicolanti di principi bioattivi. Su questo argomento possono essere svolte tesi di laurea coordinate dalla docente