L’insegnamento, obbligatorio per tutti gli studenti, si colloca al terzo anno del corso di Laurea di I Livello in Ingegneria Biomedica con il fine di fornire le necessarie conoscenze dei principi chimico-fisici alla base dei sistemi biologici con particolare riferimento al disegno molecolare della vita, la traduzione e conservazione dell’energia, la sintesi delle biomolecole e alle recenti applicazioni in analisi clinica e diagnostica. Il corso fornisce anche utili fondamenti per la progettazione di materiali e dispositivi per utilizzo in campo biomedicale alla nano-, micro- e macro-scala. L'insegnamento prevede 42 h di insegnamento frontale e 18 h di esercitazione in aula (gli studenti per le esercitazioni saranno divisi in 3 gruppi). Inoltre, sono previste 18 h di tutoraggio per rivedere gli esercizi svolti in aula.

Al termine del corso lo studente avrà acquisito le basi conoscitive relative ai principali fenomeni che sono alla base del "funzionamento" dei sistemi viventi, in modo da padroneggiare le basi molecolari che ad essi sottintendono, raggiungendo solide conoscenze chimico-fisiche e biochimiche necessarie per la comprensione della scienza e tecnologia dei biomateriali, le bio-nanoscienze e le bio-nanotecnologie. Nel dettaglio, lo studente avrà acquisito: - Conoscenze relative alla struttura e funzione dei composti chimici organici (classificati secondo la loro reattività e gruppi funzionali) e biochimici (acidi nucleici, proteine, oligo e polisaccaridi, lipidi) - Conoscenze relative ai meccanismi molecolari alla base dei processi evolutivi, della genetica e biotecnologici - Conoscenze e capacità di comprensione dei processi metabolici (catabolismo ed anabolismo) e dei loro meccanismi di controllo - Capacità di applicare conoscenza e comprensione acquisiti alla scienza e tecnologia dei biomateriali, le bio-nanoscienze e le bio-nanotecnologie - Conoscenze relative ai fondamenti di funzionamento dei sistemi biologici per la progettazione di soluzioni tecnologiche con applicazione nei dispositivi biomedici per la riparazione di tessuti o organi danneggiati e la cura di patologie.

Conoscenze di base (i) di chimica generale ed inorganica (legame chimico, sistema periodico, proprietà metalliche e non metalliche), (ii) degli equilibri chimici (concetti di entalpia, entropia, energia libera di reazione, costanti di equilibrio, costanti di dissociazione, equilibri acido-base, potenziale chimico, attività), (iii) della cinetica chimica (velocità e ordine di reazione, catalisi chimica).

- Introduzione al corso e obiettivi - I composti organici e i loro gruppi funzionali: Alcani, alcheni, alchini, alcoli, alogenuri alchilici, eteri ed epossidi. Composti Aromatici. Aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici e loro derivati funzionali. Ammine, tioli e solfuri, fosfati organici. - L’isomeria. - Reazioni in chimica organica: Reazioni di sostituzione, di addizione, di eliminazione. Reattività dei composti organici, reazioni di polimerizzazione. - Struttura e funzione delle proteine: Ruolo funzionale nell’uomo. Composizione, proprietà chimiche ed elettriche. Strutture primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Il folding e la stabilità delle proteine. L’esplorazione delle proteine. Proteine strutturali e fibrose. Relazione struttura /funzione. Enzimi, strategie catalitiche e di regolazione. - Struttura e funzione delle altre biomolecole: Carboidrati, Lipidi. - Barriere Biologiche, Proteine, Canali e Pompe di membrana, Macchine Molecolari. - La sintesi delle molecole della vita: DNA: componenti strutturali degli acidi nucleici, struttura del DNA, sequenza del DNA, replicazione, ricombinazione e riparazione del DNA. RNA: composizione e struttura, meccanismo di trascrizione. La sintesi proteica. - Mutazioni e Meccanismi di riparazione del DNA. Ricombinazione del DNA. I Virus e la trascrittasi inversa. L’esplorazione dei geni. Il DNA mitocondriale (mtDNA). - Sistemi che producono e/o utilizzano energia: Metabolismo: concetti, scopi, vie di traduzione del segnale. Glicolisi. Fermentazione. Il ciclo dell’acido citrico e la respirazione cellulare. Gli altri destini del Glucosio (via del pentoso fosfato, gluconeogenesi, il glicogeno). Cenni sul metabolismo dei lipidi e catabolismo degli amminoacidi. - Analisi di letteratura specializzata ed approfondimenti.

L’insegnamento è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni di calcolo sui temi trattati a lezione (in aula o su piattaforma Virtual Classroom). Le lezioni frontali costituiscono circa il 75% del corso, le esercitazioni in aula il restante 25%. Non sono previste esercitazioni in laboratorio. Sono previste delle ore extra-curriculari di tutoraggio per la richiesta di chiarimenti e lo svolgimento di ulteriori esercizi rispetto a quelli presentati ad esercitazione, nonché per la revisione degli esercizi svolti in aula.

Testi utilizzati per l’insegnamento: J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L Stryer Biochimica V ed. Zanichelli; D.L. Nelson, M.M. Cox, Introduzione alla Biochimica di Lehninger III ed. Zanichelli; D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, Fondamenti di Biochimica, Zanichelli Slide delle lezioni fornite dal docente e disponibili sul portale Testi e materiali di approfondimento: Articoli Scientifici indicati dai docenti.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L’esame si compone di una prova scritta costituita da una serie di domande, in parte generali/aperte, in parte con risposte a scelta multipla, in parte con esercizi, per un punteggio complessivo di 33 punti (accanto ad ogni domanda viene riportato il punteggio max. totalizzabile diviso equamente nelle sottodomande, se non diversamente indicato). All’interno dell’esame saranno previste diverse sezioni, in accordo agli argomenti affrontati durante il corso: chimica organica (6 punti), amminoacidi/proteine/enzimi (11 punti), carboidrati (3 punti), DNA (4.5 punti), metabolismo (5.5 punti) e lipidi/membrane/meccanismi di trasporto (3 punti). In particolare, l’esame intende accertare che lo studente abbia acquisito: - Conoscenza della struttura e funzione dei composti organici - Conoscenza della struttura e funzione delle biomolecole - Conoscenza dei meccanismi molecolari alla base dei processi evolutivi e biotecnologici e della genetica - Conoscenza dei processi metabolici e dei loro meccanismi di controllo - Conoscenza dei fondamenti di funzionamento dei sistemi biologici e loro applicazione nella progettazione di soluzioni tecnologiche (quali ad esempio biomateriali, dispositivi biomedici) per la riparazione di tessuti o organi danneggiati e la cura di patologie. La somma dei punteggi ottenuti nelle singole domande viene approssimata all’intero più vicino per la definizione della valutazione finale. Non è prevista alcuna penalizzazione per risposte errate. Se il voto così determinato è maggiore di 30.5 allo studente viene assegnata la Lode. Al termine dell’esame, viene caricata sul portale della didattica la soluzione dello scritto per consentire agli studenti di autovalutarsi. L’esame scritto con valutazione sufficiente non può essere rifiutato. Si può rinunciare alla correzione di un compito consegnato entro 24 h dalla pubblicazione della soluzione. NON è previsto alcun orale integrativo. Per coloro che riscontrassero evidenti discrepanze tra l'autovalutazione ed il voto conseguito, sarà possibile visionare il compito in una data che verrà comunicata sul portale. La durata dell’esame scritto è pari 90 minuti e non si possono usare materiali didattici ma è consentito l’utilizzo della calcolatrice. Sarà consentito l'utilizzo di fogli di brutta per lo svolgimento dei calcoli necessari; tali fogli verranno forniti dal docente all’inizio della prova d’esame. Tutti i dati necessari per lo svolgimento degli esercizi saranno forniti nel testo dell’esame, non è quindi necessario alcun materiale di supporto/formulario.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.