GRANDEZZE FISICHE E OPERAZIONI VETTORIALI La Fisica; il concetto di grandezza fisica: definizione operativa; misura di una grandezza fisica: unità di misura; il sistema internazionale; grandezze fondamentali e grandezze derivate; multipli e sottomultipli; conversioni tra unità di misura; dimensioni fisiche e equazioni dimensionali; misure dirette e indirette; errori di misura: errori casuali e sistematici; cifre significative e incertezza associate alle misure; grandezze scalari e grandezze vettoriali; operazioni vettoriali: somma e differenza di vettori; prodotto di un vettore per uno scalare; prodotto scalare; prodotto vettoriale. MECCANICA Cinematica: il punto materiale; il sistema di riferimento; traiettoria e legge oraria; la velocità media e la velocità istantanea; il moto rettilineo uniforme: legge oraria; l’accelerazione e il moto rettilineo uniformemente accelerato: legge oraria; la caduta libera di un corpo: equazioni del moto; lo spostamento, la velocità e l’accelerazione come vettori; i moti curvilinei: accelerazione tangenziale e radiale; il moto circolare uniforme e le sue grandezze; il moto armonico. Dinamica: il concetto di forza; la forza come grandezza vettoriale; primo, secondo e terzo principio della dinamica; i sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; la forza peso e l’accelerazione di gravità; massa e peso; la reazione vincolare; le forze di attrito; la forza elastica. Statica: il corpo rigido; il baricentro e il centro di massa; il baricentro negli uomini; equilibrio del corpo umano; condizioni di equilibrio di corpi rigidi; momento meccanico di una forza; le leve di primo, secondo, terzo genere; vantaggio di una leva; le leve del corpo umano. LAVORO ED ENERGIA Lavoro di una forza: lavoro motore, lavoro resistente, lavoro nullo; la potenza; il lavoro di una forza costante: la forza peso; il lavoro di una forza non costante: la forza elastica; il concetto di energia; energia cinetica; teorema dell'energia cinetica; forze conservative e forze dissipative; energia potenziale: energia potenziale gravitazionale, energia potenziale elastica; principio di conservazione dell’energia meccanica. MECCANICA DEI FLUIDI Statica: stati di aggregazione della materia; i fluidi; densità, pressione; il principio di Pascal; la pressione idrostatica; la legge di Stevino; la pressione atmosferica e l’esperimento di Torricelli. Dinamica: fluidi ideali e condizione di stazionarietà; portata ed equazione di continuità; ramificazioni di un condotto; il teorema di Bernoulli; applicazioni biologiche: aneurisma e stenosi; fluidi reali; il moto laminare; la viscosità; la legge di Hagen-Poiseuille; resistenza meccanica di un condotto; resistenza meccanica nel sistema circolatorio; il regime turbolento e il numero di Reynolds; Applicazioni: lo sfigmomanometro e la misura della pressione arteriosa; il sistema respiratorio: la resistenza delle vie aeree e flusso laminare/turbolento nelle vie aeree; il circuito idrodinamico del sangue. ELETTRICITA’ Carica elettrica, conservazione e quantizzazione della carica; conduttori, semiconduttori e isolanti; elettrizzazione per strofinio, per contatto, per induzione; elettroscopio a foglie: definizione operativa di carica elettrica; la legge di Coulomb e la bilancia di torsione; la forza di Coulomb nella materia; il campo elettrostatico e il vettore campo elettrico; linee di forza del campo elettrico; il lavoro nel campo elettrostatico; energia potenziale elettrostatica; il potenziale elettrico; la differenza di potenziale; potenziale di una carica puntiforme; le superfici equipotenziali; il flusso del campo elettrico e il teorema di Gauss; campo elettrostatico nei conduttori; i condensatori e la capacità; la corrente elettrica; la resistenza elettrica; prima e seconda legge di Ohm; la resistività; i circuiti elettrici; effetto termico della corrente: effetto Joule e potenza elettrica; analisi circuitale: resistenze in serie e in parallelo; Applicazioni: conduzione elettrica nel sistema nervoso umano: l’impulso nervoso e il modello a cavo dell’assone; la corrente elettrica nel corpo umano: effetti dell’elettricità sul corpo umano. MAGNETISMO E ONDE ELETTROMAGNETICHE Le proprietà magnetiche della materia; paramagnetismo, diamagnetismo, ferromagnetismo: la permeabilità magnetica; le calamite; fenomeni magnetici: interazione magnete-magnete e i poli magnetici; il campo magnetico terrestre; intensità, direzione e verso del campo magnetico; linee di forza del campo magnetico; confronto campo elettrico, campo magnetico; l’elettromagnetismo: esperienza di Oersted e azione di correnti su magneti; esperienza di Faraday e esperienza di Ampere: interazione magnete-corrente e forza tra correnti; il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente; la legge di Ampere; la legge di Biot Savart; il campo elettromagnetico; la propagazione del campo elettromagnetico e onde elettromagnetiche; parametri di un’onda periodica: lunghezza d’onda, frequenza, periodo, velocità, ampiezza; lo spettro elettromagnetico. OTTICA La luce e le onde elettromagnetiche; ottica geometrica e ottica fisica; interazione della luce con la materia: riflessione, rifrazione, diffusione, assorbimento; l’indice di rifrazione; la legge di Snell; la riflessione totale e le fibre ottiche; la dispersione della luce e il prisma; cenni di diffrazione; i sistemi ottici: specchio piano e specchio sferico concavo e convesso; le lenti: lenti convergenti e divergenti; miopia, ipermetropia e correzione tramite lenti; i raggi principali delle lenti e la costruzione delle immagini; la formula delle lenti sottili; ingrandimento; il potere diottrico; . Applicazioni: la macchina fotografica; il microscopio composto; la fisica dell’occhio: le proprietà ottiche dell’occhio; l’accomodamento; punti prossimo e remoto; il modello dell’occhio ridotto; il potere risolutivo dell’occhio. IL SUONO Fenomeni ondulatori; definizione, classificazione e tipi di onde; onde trasversali e longitudinali; onde piane, sferiche, circolari; i raggi e i fronti d’onda; onde armoniche: doppia periodicità spaziale e temporale; le grandezze caratteristiche di un’onda: lunghezza d’onda, frequenza, periodo, velocità, ampiezza. Il suono; emissione, propagazione e ricezione del suono; la velocità del suono; la propagazione del suono in un mezzo; il suono come onda di pressione; percezione dei parametri caratteristici: altezza, timbro e intensità del suono; grandezze energetiche del suono: potenza e intensità di una sorgente acustica; le frequenze udibili; la propagazione delle onde sonore: assorbimento, riflessione, rifrazione, diffrazione, interferenza di onde sonore; range in frequenza delle onde sonore; la propagazione delle onde sonore: assorbimento, riflessione, rifrazione, interferenza (costruttiva, ordinaria, distruttiva), diffrazione; orecchio esterno e diffrazione; la risonanza; i livelli sonori e il decibel: il livello di pressione sonora, il livello di intensità sonora, il livello di potenza sonora; suoni puri e suoni complessi; il teorema di Fourier; frequenza fondamentale e armoniche; analisi e sintesi; analisi in frequenza e spettro del segnale sonoro. Applicazioni: la fonazione: le frequenze formanti, il sonogramma e l’analisi del parlato. La fisica dell’apparato uditivo: orecchio esterno, inter-aural time difference e inter-aural intensity difference; il meato acustico e le onde stazionarie; l’orecchio medio come amplificatore di pressione; l’orecchio medio come adattatore di impedenza e meccanismi di protezione; l’orecchio interno come analizzatore di spettro; la fisica della coclea. TERMODINAMICA Sistema termodinamico; il concetto di temperatura; equilibrio termico; scale di temperatura; la temperatura assoluta; i termometri; l’energia interna; il calore; flusso di calore ed equilibrio termico; energia, lavoro e calore; la caloria e l’esperimento di Joule; la trasmissione del calore: conduzione, convezione ed irraggiamento; conduttori ed isolanti termici; la quantità di calore, il calore specifico e la capacità termica; cambiamenti di stato; calore latente; i gas; le leggi dello stato gassoso ideale: legge di Boyle-Mariotte e leggi di Gay-Lussac; l’equazione di stato dei gas perfetti e la scala assoluta delle temperature; cenni di teoria cinetica dei gas; gas reali e temperatura critica; primo e secondo principio della termodinamica; il lavoro in una trasformazione termodinamica.

D. Scannicchio E. Giroletti Elementi di fisica biomedica Ed. Edises P. Davidovits Fisica per le professioni sanitarie Ed. Utet

BASI CHIMICHE DEI PROCESSI FISIOPATOLOGICI: • ATOMI, ELEMENTI E COMPOSTI: definizioni e proprietà, tavola periodica, legami chimici. • LO STATO GASSOSO: leggi dei gas, aria, gas tossici. • SOLUZIONI: definizione e unità di misura della concentrazione, proprietà dell'acqua, osmosi. • EQUILIBRIO CHIMICO: aspetto qualitativo e quantitativo. • EQUILIBRI IONICI: definizione e misura del pH, acidi, basi, idrolisi e tamponi, sistemi tampone biologici. • OSSIDO-RIDUZIONI: definizione ed esempi, ossidazioni di interesse biologico. • I COMPOSTI DEL CARBONIO: carbonio, ibridazione e idrocarburi: proprietà e classificazione. • I GRUPPI FUNZIONALI DELLE MOLECOLE ORGANICHE. • ISOMERIE: isomerie costituzionali e stereoisomeria, isomeria ottica e sua importanza biologica. STRUTTURA E FUNZIONE DELLE MOLECOLE BIOLOGICHE: • GLUCIDI: classificazione, struttura e proprietà, glucidi di riserva e strutturali, glicoproteine. • AMINOACIDI: struttura, dissociazione, legame peptidico. • PEPTIDI E PROTEINE: organizzazione strutturale e loro funzioni, proteine fibrose e globulari, collageno. • LIPIDI: classificazione, struttura e proprietà dei principali lipidi di interesse biologico. PROCESSI METABOLICI E LORO REGOLAZIONE: • ENZIMI: classificazione, proprietà generali, cinetica enzimatica e regolazione. Inibizione enzimatica. Allosteria. • VITAMINE: caratteristiche strutturali e meccanismo d'azione biochimico. • ORMONI: proteici e steroidei, struttura e proprietà. Vie e meccanismi di trasduzione del segnale, recettori di membrana e recettori nucleari. Secondi messaggeri, AMPciclico, proteine G, inositolo-3-fosfato. • EMOGLOBINA: struttura e funzione. Legame dell’ossigeno sul gruppo eme. Regolazione del legame dell’ossigeno, effetto Bohr, ruolo del 2,3,bisfosfoglicerato. • DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI PRINCIPALI NUTRIENTI: controllo della glicemia. Effetti dell’insuline e del glucagone. • GLUCIDI: glicolisi, gluconeogenesi, sintesi del glicogeno e glicogenolisi. Ciclo di Krebs. Struttura in generale dei cicli e loro regolazione. Ruolo dell’acetilCoA nel metabolismo. • LIPIDI: beta-ossidazione e biosintesi degli acidi grassi. Struttura in generale dei cicli e loro regolazione. • PROTEINE: metabolismo dell’azoto. Eliminazione del gruppo amminico degli aminoacidi, la transdeaminazione. Eliminazione dell’ammoniaca, ureogenesi. Destino dello scheletro carbonioso degli aminoacidi. • PRINCIPI DI BIOENERGETICA: struttura dell’ATP. Ossido riduzioni mitocondriali, catena respiratoria. Meccanismo di fosforilazione dell’ADP. • MUSCOLO SCHELETRICO: struttura e funzione del muscolo scheletrico. La contrazione muscolare. Metabolismo del muscolo scheletrico. Ruolo della lattico deidrogenasi e della fosfocreatina. Il ciclo di Cori.

Massimo Stefani e Niccolò Taddei - Chimica, biochimica e biologia applicata - Zanichelli Michele Samaja e Rita Paroni – Chimica e Biochimica per le lauree triennali dell’area biomedica - Piccin

PROGRAMMA BIOLOGIA APPLICATA La cellula Procarioti. Organizzazione strutturale e funzionale di una cellula eucariotica. Componenti chimici di una cellula (mono e polisaccaridi, lipidi, proteine). Struttura delle membrane Trasporto di membrana. Organelli intracellulari: reticolo endoplasmatico, apparato del golgi, lisosomi, perossisomi. Il nucleo e i cromosomi. Gli Acidi Nucleici I Nucleotidi. Struttura e funzione dell’RNA (mRNA, rRNA , snRNA e tRNA) e del DNA. La Duplicazione del DNA Duplicazione bidirezionale, semiconservativa e semidiscontinua. Gli enzimi della duplicazione in vivo: le DNA polimerasi, Le DNA topo isomerasi, Le elicasi , le primasi, le DNA ligasi. La PCR e le sue applicazioni. La trascrizione del DNA I Promotori. Le RNA polimerasi. I fattori trascrizionali eucariotici Sintesi delle proteine Maturazione dell’mRNA nel nucleo (Splicing dell’mRNA) Il codice genetico. I ribosomi. Meccanismo di sintesi di una proteina a livello dei ribosomi. Meccanismi di controllo dell’espressione genica Controllo trascrizionale (repressori, Attivatori, fattori trascrizionali eucariotici). Esempi di controlli post-trascrizionali (splicing alternativo) La comunicazione cellulare Recettori superficiali ed intracellulari. Vie di trasduzione del segnale. Via dell’AMPc e dell’IP3. Recettori tirosina chinasici. Meccanismo molecolare di azione di: glucagone, insulina, adrenalina. Recettori per gli ormoni steroidei. PROGRAMMA DI GENETICA La divisione cellulare Il ciclo cellulare. Il controllo del ciclo cellulare. La mitosi. Riproduzione sessuata e le basi genetiche dell’ereditarietà. Diploidia e aploidia. La meiosi. Gli esperimenti di Mendel. Le leggi di Mendel. Caratteri dominanti e recessivi. Omozigosi ed eterozigosi. Determinazione cromosica del sesso. Caratteri legati al sesso. Ricombinazione genica.

Hills et al “Elementi di Biologia e genetica” Zanichelli Stefani, Taddei “Chimica, Biochimica e biologia applicata” Zanichelli Albert et al “L’essenziale di Biologia molecolare della cellula” Zanichelli

La cellula Procarioti. Organizzazione strutturale e funzionale di una cellula eucariotica. Componenti chimici di una cellula (mono e polisaccaridi, lipidi, proteine). Struttura delle membrane Trasporto di membrana. Organelli intracellulari: reticolo endoplasmatico, apparato del golgi, lisosomi, perossisomi. Il nucleo e i cromosomi. Gli Acidi Nucleici I Nucleotidi. Struttura e funzione dell’RNA (mRNA, rRNA , snRNA e tRNA) e del DNA. La Duplicazione del DNA Duplicazione bidirezionale, semiconservativa e semidiscontinua. Gli enzimi della duplicazione in vivo: le DNA polimerasi, Le DNA topo isomerasi, Le elicasi , le primasi, le DNA ligasi. La PCR e le sue applicazioni. La trascrizione del DNA I Promotori. Le RNA polimerasi. I fattori trascrizionali eucariotici Sintesi delle proteine Maturazione dell’mRNA nel nucleo (Splicing dell’mRNA) Il codice genetico. I ribosomi. Meccanismo di sintesi di una proteina a livello dei ribosomi. Meccanismi di controllo dell’espressione genica Controllo trascrizionale (repressori, Attivatori, fattori trascrizionali eucariotici). Esempi di controlli post-trascrizionali (splicing alternativo) La comunicazione cellulare Recettori superficiali ed intracellulari. Vie di trasduzione del segnale. Via dell’AMPc e dell’IP3. Recettori tirosina chinasici. Meccanismo molecolare di azione di: glucagone, insulina, adrenalina. Recettori per gli ormoni steroidei. PROGRAMMA DI GENETICA La divisione cellulare Il ciclo cellulare. Il controllo del ciclo cellulare. La mitosi. Riproduzione sessuata e le basi genetiche dell’ereditarietà. Diploidia e aploidia. La meiosi. Gli esperimenti di Mendel. Le leggi di Mendel. Caratteri dominanti e recessivi. Omozigosi ed eterozigosi. Determinazione cromosica del sesso. Caratteri legati al sesso. Ricombinazione genica.

Hills et al “Elementi di Biologia e genetica” Zanichelli Stefani, Taddei “Chimica, Biochimica e biologia applicata” Zanichelli Albert et al “L’essenziale di Biologia molecolare della cellula” Zanichelli