L'insegnamento è composto da due moduli e ha i seguenti obiettivi formativi:
- la conoscenza della chimica organica di base, attraverso lo studio dei composti organici (struttura, nomenclatura, tecniche comuni di caratterizzazione spettroscopica) e della loro reattività e l'interpretazione razionale dei meccanismi di reazione (natura dei reagenti, intermedi, aspetti cinetici e termodinamici, stereochimica)
- la conoscenza di base della biologia cellulare e molecolare, con particolare riferimento alla morfologia e fisiologia cellulare, ai meccanismi molecolari inerenti la trasmissione dell'informazione e l'espressione genica, ai fondamenti della biochimica cellulare.
- la conoscenza di base dei meccanismi molecolari che regolano i processi di fermentazione (produzione di monomeri e polimeri, farmaci, alimenti).

L'obiettivo della prima parte del corso è sviluppare nell'allievo l'abilità di riconoscere le principali classi di composti organici e le principali reazioni chimiche, interpretandole attraverso i meccanismi di reazione. L'allievo deve anche rendersi capace di indicare metodi spettroscopici per l'identificazione di prodotti organici, di usare la nomenclatura IUPAC per i composti organici, di reperire dati attraverso le fonti della letteratura scientifica.
Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di:
- conoscere le classi dei composti organici e la loro nomenclatura IUPAC
- conoscere i meccanismi principali delle reazioni chimiche di base
- conoscere le spettroscopie e la loro applicabilità per l'identificazione dei composti organici e il controllo delle loro reazioni
- conoscere l'organizzazione della letteratura scientifica
- aver acquisito manualità in semplici operazioni di laboratorio (preparazione e diluizione di soluzioni, conduzione di analisi spettroscopiche (spettroscopia UV-Vis)
L'obiettivo della seconda parte del corso è acquisire la conoscenza di base della biologia cellulare e molecolare, con particolare riferimento alla morfologia e fisiologia cellulare e ai meccanismi molecolari inerenti la trasmissione dell'informazione e l'espressione genica. L'allievo dovrà inoltre acquisire i fondamenti dell'applicazione dei sistemi cellulari in campo biotecnologico industriale.
Quindi al termine dell'insegnamento si richiederà allo studente di:
- conoscere le classi di macromolecole biologiche
- conoscere la struttura cellulare e i microrganismi
- conoscere i fondamenti del metabolismo cellulare


Ai fini dell'autonomia di giudizio e della comunicazione tecnica l'allievo deve essere inoltre in grado di
- redigere una relazione di laboratorio
- consultare la letteratura scientifica
- conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese.
Queste conoscenze e abilità vengono acquisite attraverso le esercitazioni di laboratorio e la preparazione di una ricerca bibliografica semplice.

L'allievo deve conoscere i fondamenti della chimica generale, in particolare i concetti di legami chimici primari e secondari, la stechiometria, gli equilibri chimici, nonché le basi della termodinamica, della fisica e della analisi matematica. Per il modulo di biologia molecolare e microbiologia, l'allievo deve avere acquisito i fondamenti della chimica organica (classi di composti organici e meccanismi principali delle reazioni chimiche).

Prima parte: Fondamenti di chimica organica
Ibridizzazioni e legami primari del C. I composti organici di base e relativa nomenclatura essenziale. I composti eterociclici. Composti derivati: classificazione delle principali famiglie di composti contenenti ossigeno e di composti contenenti azoto. Regole principali di nomenclatura IUPAC sostitutiva.
Legami secondari dei composti organici: effetto sulle proprietà fisiche e sulla solubilità. Classificazione dei solventi. I tensioattivi.
Isomeria dei composti organici: metamerie e stereoisomerie conformazionali, geometriche, ottiche. Stati energetici delle molecole organiche (stabilità, reattività) attraverso la teoria della risonanza: effetti elettronici dei gruppi funzionali organici.
Composti acidi e basici secondo Arrehnius, Bronsted-Lowry, Lewis. Equilibrio acido-base nei composti organici.
Elementi di spettroscopia UV-visibile: transizioni elettroniche tipiche, gruppi cromofori e batocromici, il colore. Elementi di spettroscopia infrarossa: cenni ai fenomeni fisici a base della tecnica analitica, modi di risonanza (stretching, bending). Elementi di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare NMR: cenni ai fenomeni fisici a base della tecnica analitica, chemical shifts, regole per la previsione dei segnali di risonanza e della loro molteplicità. Determinazioni quantitative con tecniche spettroscopiche: legge di Lambert-Beer, metodi della retta di taratura, metodo delle aggiunte standard. Utilizzo delle spettroscopie per il monitoraggio della cinetica di una reazione.
Reazioni chimiche dei composti organici: classificazione secondo esito e secondo meccanismo di reazione. Reazioni di addizione con meccanismo radicalico, reazioni di addizione con meccanismo elettrofilo, addizioni nucleofile al carbonile. Reazioni di sostituzione: sostituzioni elettrofile aromatiche, sostituzioni con meccanismo radicalico su idrocarburi saturi, sostituzioni nucleofile alifatiche con meccanismi Sn1 e Sn2, sostituzioni nucleofile aciliche. Eliminazioni unimolecolari e bimolecolari.
La letteratura scientifica: sorgenti primarie e secondarie, cenni di ricerca bibliografica.

Seconda parte: Biologia molecolare e microbiologia
Le caratteristiche fondamentali degli organismi viventi: metabolismo, informazione, riproduzione, eredità ed evoluzione.
Composizione chimica della cellula: le principali molecole organiche di interesse biologico (amminoacidi, nucleotidi, glucidi, acidi grassi): struttura e funzione. Le macromolecole biologiche (polisaccaridi, lipidi, acidi nucleici e proteine). Cenni sulla struttura e funzione delle vitamine
DNA, RNA e proteine: l'informazione genetica e le molecole informazionali, introduzione generale e cenni storici. Struttura, funzione e metabolismo del DNA in procarioti ed eucarioti: meccanismi molecolari e regolazione dei processi di replicazione. Struttura, funzione e metabolismo degli RNA in procarioti ed eucarioti: meccanismi molecolari e regolazione del processo di trascrizione.
Sintesi proteica in procarioti ed eucarioti: attivazione degli amminoacidi, codice genetico ed interazione codone-anticodone, struttura dei ribosomi, fasi della sintesi proteica. Struttura e funzione delle proteine: proteine fibrose, globulari, enzimi.
Sintesi chimica di peptidi. Cenni di ingegneria proteica: la mutagenesi mirata e la manipolazione delle proteine.
La tecnologia del DNA ricombinante: isolamento e caratterizzazione dei geni (enzimi di restrizione, vettori di clonaggio), preparazione e screening di banche genomiche. La manipolazione dell'espressione genica nei procarioti. La produzione di proteine ricombinanti negli eucarioti. Colture cellulari e animali transgenici
Metabolismo cellulare: vie cataboliche e vie anaboliche. Energia libera delle reazioni biochimiche. Idrolisi dei composti fosforilati. Legami energetici. ATP e ADP.
Metabolismo dei carboidrati: la glicolisi ed i suoi meccanismi di regolazione. La gluconeogenesi. Il ciclo degli acidi carbossilici: regolazione e significato del ciclo, vie anfiboliche, reazioni anaplerotiche. Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa.
Sistemi cellulari in campo biotecnologico e alimentare. Proprietà generali delle cellule procariotiche ed eucariotiche: struttura e organizzazione, modalità di riproduzione. Classi di microrganismi di interesse biotecnologico: batteri, lieviti, funghi filamentosi.
Microbiologia industriale: principali processi e prodotti biotecnologici (biomasse microbiche, acidi organici, antibiotici).
Microbiologia alimentare: microrganismi e trasformazione degli alimenti. Le tossinfezioni alimentari. Controllo della crescita microbica negli alimenti.

Per la parte di chimica organica la trattazione teorica sarà integrata da esercitazioni in aula, con esercizi sull'identificazione dei composti organici, la loro nomenclatura, i loro spettri (UV, IR e NMR) e con problemi sulle reazioni chimiche e i loro meccanismi. Sono previste delle esercitazioni di laboratorio, in cui gli allievi a piccoli gruppi, si applicano in modo diretto all'esecuzione di esperienze qualitative e quantitative di facili sintesi, di polarimetria, di misure di tensione superficiale, di spettrofotometria UV anche applicata al dosaggio di proteine e degli acidi nucleici. Gli studenti eseguiranno anche una piccola ricerca bibliografica su un tema a scelta.

Attraverso il Portale della Didattica saranno messe a disposizione degli studenti dispense riguardanti tutti gli argomenti del corso, e schede a guida del lavoro in laboratorio e della ricerca bibliografica.
I testi di riferimento consigliati sono:
J. Smith Gorzynski, Fondamenti di chimica organica, II edizione, McGraw-Hill, Milano, 2014 (o edizione precedente)
W.H. Brown, Introduzione alla chimica organica, V edizione, Edises, Napoli, 2014 (o edizioni precedenti).
W.H. Brown, Guida alla risoluzione dei problemi da Introduzione alla chimica organica, IV edizione, Edises, Napoli, 2011 (o edizioni precedenti)
B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter. L'essenziale di biologia molecolare della cellula, IV edizione, Zanichelli, Bologna 2015
D.L. Nelson, M.M. Cox, I principi di biochimica di Lehninger, V edizione, Zanichelli, Bologna, 2015
G. Dehò, E. Galli, Biologia dei microrganismi, II edizione, CEA, Bologna, 2014
Il testo per approfondimenti è:
M.B. Smith, J. March, March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms and Structure, VII Edizione, Wiley, New York, 2013 (o edizioni precedenti)
T.A. Brown, Biotecnologie molecolari: Principi e tecniche, I edizione, Zanichelli, Bologna, 2007

Per la parte di chimica organica è prevista una prova scritta che accerta l'acquisizione delle conoscenze sugli argomenti elencati nel programma: consiste in sei domande sugli argomenti del programma e dura 1,5 ore. Non è consentito l'uso di appunti o libri, lo studente può utilizzare alcune tabelle come indicato nella sezione relativa al materiale dell’insegnamento.
La valutazione della prova scritta è integrata dalla valutazione degli elaborati relativi alle esercitazioni di laboratorio e della piccola ricerca bibliografica, ad accertamento dell’acquisizione di competenze sperimentali di laboratorio e di conoscenze riguardo la letteratura scientifica. Il peso della prova scritta è 80%, il peso delle altre valutazioni è 10% .
Per il modulo di biologia molecolare e microbiologia la verifica prevede una prova orale (sino ad un massimo di punti 28). Sarà inoltre valutata la relazione di laboratorio (sino ad un massimo di punti 2).
Il voto complessivo è la media pesata delle valutazioni ottenute per le due parti del corso (50% per la parte di Fondamenti di Chimica Organica e 50% per la parte di Fondamenti di Biologia e Microbiologia).