Termodinamica classica e Termodi-Namica dei sistemi viventi. Struttura della mate-Ria, Equazione di Schroedinger. Simmetria mole-Colare e legame chimico. Spettroscopia moleco-Lare. Transizioni nell’IR e nell’Uv-VIS
P.Atkins, J. DePaula,
Chimica Fisica Biologica, Voll. 1, 2.; G. Martini,
Lezioni di Chimica Fisica, edu.sm.chim.unifi.it;
D. McQuarrie, J.D. Simon, Chimica Fisica. Un
Approccio Molecolare, Zanichelli
Obiettivi Formativi
Conoscenze: Fondamenti di Matematica, Fisica, Chimica Generale e Chimica Organica
Competenze acquisite Struttura degli atomi e delle molecole e loro aggregazione. Termodinamica dei sistemi viventi e legame con la termodinamica classica.
Capacità acquisite al termine del corso: Capacita’ di affrontare problemi di biologia strutturale mediante un approccio molecolare. Uso di tecniche spettroscopiche per la misura di parametri biologici non altrimenti ottenibili
Programma del corso
Contenuti del corso (programma dettagliato): Chimica Fisica e Biologia. Interazioni molecolari in strutture macro-molecolari. Acqua come solvente di elezione di strutture biologiche. Legame ad idrogeno. Superfici e tensione superficiale. Interfasi e tensioattivi. Cristalli liquidi e membrane biologiche.Termodinamica dei Sistemi Viventi. Richiamo ai termini, alle definizioni e ai Principi della Termodinamica classica con particolare riferimento ai concetti di entropia e di energia libera. Energia libera e costante di equilibrio.Processi irreversibili e termodinamica degli stati di non-equilibrio. Parametro tempo nella termodinamica dei sistemi viventi. Fenomeni di trasporto come processi irreversibili. Forze generalizzate e flussi. Relazioni lineari e non lineari fra forze e flussi. Sistemi aperti. Produzione di entropia. Membrane biologiche e fenomeni di trasporto. Fenomeni non lineari. Feedback ed autocatalisi. Stati stazionari. Auto-organizzazione. Reazioni di Belusov Zhabotinsky. Orologi chimici e orologi biologici. Strutture dissipative: ordine mediante le fluttuazioni. Complessita’ termodinamica ed evoluzione biologica. Cenno alle teorie sulla origine della vita e al modello chimico-fisico di EigenStruttura delle molecole. Relazione fra meccanica classica e meccanica quantistica. Dualismo onda-particella e relazione di DeBroglie. Variabili dinamiche e funzione d’onda. Probabilità. Momento di dipolo elettrico. Postulati della meccanica quantistica. Operatori e quantita’ osservabili. Principio di Heisenberg. Equazioni ad autovalori. Equazione d’onda classica e Equazione di Schrödinger. Autofunzioni ed autovalori corrispondenti. L’atomo di idrogeno. Parte radiale e parte angolare della funzione d’onda. Spin elettronico e spin nucleare. Atomi polielettronici. Simmetria molecolare. Elementi ed operatori di simmetria: identità, assi di rotazione, piani di simmetria, centro d’inversione, assi di roto-riflessione. Classificazione delle molecole secondo la simmetria. Legame chimico. Modelli del Legame di Valenza e dell’Orbitale Molecolare. Geometria molecolare. Orbitali di legame e di antilegame. Molecole biatomiche omonucleari ed eteronucleari. Orbitali localizzati e delocalizzati. Spettroscopia Molecolare. Caratteristiche di una radiazione. Spettro elettromagnetico. Interazione luce-materia. Assorbimento ed emissione di radiazione. Regole di selezione per le transizioni. Spettroscopia vibrazionale. Oscillatore armonico ed anarmonico. Principali transizioni vibrazionali in molecole biologiche.Spettroscopia elettronica. Transizioni elettroniche di composti organici e biologici nel Visibile e nell’Ultravioletto. Regola di selezione della molteplicita’ di spin. Assorbimento UV di biopolimeri: legame peptidico, catene laterali. Spettro elettronico del benzene e degli amminoacidi aromatici. Gruppi prostetici e metallo-proteine. Acidi nucleici.