LICEO SCIENTIFICO G.B. BENEDETTI A. S CLASSE II A PROGRAMMA DI SCIENZE

Transcript

1 LICEO SCIENTIFICO G.B. BENEDETTI A. S CLASSE II A LA STRUTTURA DELLA MATERIA PROGRAMMA DI SCIENZE Organizzazione dei viventi Gli atomi Elettroni ed energia Legami chimici e molecole Reazioni chimiche Gli elementi biologicamente importanti La struttura della molecola dell acqua Conseguenze del legame a idrogeno L acqua come solvente Conoscenze 1. Livelli di organizzazione dei viventi 2. Caratteristiche delle molecole biologiche 1. Definizione di elemento chimico 2. Particelle che compongono un atomo 3. Definizione di peso e numero atomico 4. Concetto di isotopo 1. Livelli di energia 2. Disposizione degli elettroni nei principali elementi 3. Organizzazione degli elementi nella tavola periodica 1. Caratteristiche dei legami ionici 2. Caratteristiche dei legami covalenti 3. Legami covalenti semplici, doppi e tripli 4. Legami covalenti polari e non polari 5. Concetto di elettronegatività 1. Definizione di reazione chimica 2. Rappresentazione e bilanciamento di semplici reazioni chimiche 1. Principali elementi che compongono i tessuti viventi 1. Polarità della molecola dell acqua 2. Formazione del legame a idrogeno 3. Conseguenze dei legami a idrogeno: tensione superficiale, capillarità e resistenza ai cambiamenti di temperatura 1. Tensione superficiale 2. Capillarità e imbibizione 3. Concetto di calore specifico 4. Fenomeni di evaporazione e di solidificazione 1. Caratteristiche dei soluti e dei solventi 2. Sostanze idrofile e idrofobe Competenze Elencare i livelli di organizzazione partendo dalle strutture più piccole Distinguere tra popolazione e comunità, e tra ecosistema e biosfera Descrivere la struttura generale dell atomo Distinguere tra numero atomico e numero di massa e massa atomica relativa Spiegare in che cosa differiscono due isotopi Costruire il modello di Bohr dei primi 20 elementi della tavola periodica Mettere in relazione il cambiamento di livello energetico degli elettroni con la quantità di energia potenziale in loro possesso Distinguere tra gruppi e periodi della tavola periodica Individuare per gli atomi dei gruppi rappresentativi il numero degli elettroni dell ultimo livello Mettere in relazione la configurazione elettronica esterna con la tendenza di un atomo a reagire Distinguere un atomo da uno ione Riconoscere quali forze intervengono nella formazione del legame ionico Spiegare il significato dell espressione «condivisione di elettroni» nella formazione del legame covalente Distinguere i legami covalenti semplici, doppi e tripli Definire un legame covalente polare Descrivere il significato delle parti e dei simboli che caratterizzano un equazione chimica Individuare in una reazione i reagenti e i prodotti Saper bilanciare una semplice reazione chimica Elencare gli elementi chimici che fanno parte dell acronimo C H N O P S specificando quali sono i 3 elementi che compaiono in percentuali maggiori negli esseri umani Rappresentare la struttura di una molecola d acqua Individuare le zone polari di una molecola d acqua in relazione alle posizioni degli atomi che la compongono Descrivere le caratteristiche del legame a idrogeno Saper schematizzare 5 molecole d acqua unite tra loro da legami a idrogeno Analizzare i fenomeni della tensione superficiale e della capillarità in termini di coesione e adesione Motivare le cause della resistenza dell acqua ai cambiamenti di temperatura Spiegare l influenza del legame a idrogeno nell evaporazione e nella solidificazione dell acqua Spiegare perché l acqua è considerata un buon solvente per i composti ionici e polari Distinguere una molecola idrofila da una idrofoba in base

2 La ionizzazione dell acqua LE BIOMOLECOLE Il ruolo centrale del carbonio I carboidrati I lipidi Le proteine Nucleotidi e acidi nucleici 1. Ionizzazione dell acqua 2. Proprietà degli acidi e delle basi 3. Scala del ph e concentrazione degli ioni H + e OH - 1. Atomo di carbonio e scheletro carbonioso 2. Concetto di isomeria 3. Monomeri e polimeri 4. Differenza tra idrolisi e condensazione 5. Alcoli, aldeidi e chetoni 6. Acidi carbossilici 7. Ammine 1. Principali monosaccaridi e disaccaridi 2. Polisaccaridi di riserva e di struttura di origine sia animale sia vegetale 1. Caratteristiche dei lipidi 2. Struttura dei trigliceridi 3. Fosfolipidi e i glicolipidi 4. Cere 5. Steroidi 1. Struttura e tipi di amminoacidi 2. Formazione dei legami peptidici 3. I quattro livelli di organizzazione delle proteine 4. Enzimi 1. Struttura dei nucleotidi 2. Composizione e funzione della molecola di ATP alle sue caratteristiche strutturali Definire il concetto di concentrazione Enunciare le proprietà di acidi e basi Descrivere il diverso comportamento in soluzione acquosa di un acido/base forte e di un acido/base debole Fornire una spiegazione della neutralità dell acqua partendo dal suo processo di ionizzazione Mettere a confronto le formule di struttura lineare e ad anello di glucosio e fruttosio Definire i termini monomero e polimero Spiegare in che cosa consistono le reazioni di idrolisi e di condensazione Indicare per ogni classe di composti il corrispondente gruppo funzionale Individuare, anche in molecole complesse, la presenza dei diversi gruppi funzionali che la compongono Rappresentare le formule grezze e di struttura del glucosio e del fruttosio Spiegare la funzione dei seguenti disaccaridi: saccarosio, lattosio, trealosio Distinguere tra zuccheri di riserva e di struttura, collegando alle due tipologie i relativi polisaccaridi Descrivere la struttura delle molecole dei trigliceridi evidenziando la reazione di condensazione tra acidi grassi e glicerolo Distinguere tra acidi grassi saturi e insaturi Descrivere le caratteristiche funzionali dei fosfolipidi derivandole dalle loro proprietà polari Definire il ruolo strutturale delle cere Spiegare la funzione e i possibili effetti patologici legati alla presenza nel sangue del colesterolo Riconoscere i gruppi funzionali degli amminoacidi Spiegare che cosa può differenziare due proteine che contengono lo stesso numero di amminoacidi Mettere in relazione il livello di organizzazione delle proteine con le rispettive funzioni Ricavare da ogni macromolecola (polisaccaridi, lipidi, proteine) i monomeri che la costituiscono Spiegare la funzione degli enzimi Specificare le subunità che costituiscono i nucleotidi Descrivere le parti che costituiscono una molecola di ATP Mettere in relazione l acquisto o la perdita di un gruppo fosfato dell ATP in termini di trasferimenti di energia Distinguere tra la funzione energetica del glucosio e quella dell ATP ORIGINE ED EVOLUZIONE DELLE CELLULE La nascita dell Universo L origine della vita Procarioti ed eucarioti 1. Origine del Sistema solare 2. Formazione ed evoluzione del pianeta Terra 3. Composizione dell atmosfera primitiva 1. Ipotesi di Oparin 2. Esperimento di Miller 3. Comparsa delle prime cellule 1. Formazione delle prime cellule procariote 2. Differenze strutturali tra cellule procariote ed eucariote Ripercorrere le principali tappe della nascita del nostro Sistema solare Spiegare in che modo si è evoluto il nostro pianeta Descrivere le ipotetiche condizioni ambientali del nostro pianeta 4 miliardi di anni fa Descrivere l ipotesi di Oparin sull evoluzione chimica dell origine della vita Descrivere l esperimento di Miller, analizzandone le conclusioni Elencare le strutture comuni alle cellule eucariote e procariote Nominare alcune strutture e alcuni organuli cellulari presenti solo nelle cellule eucariote

3 Eterotrofi e autotrofi Origini della tà Osservando il mondo 3. Origine delle cellule eucariote secondo la teoria endosimbiontica 1. Processi di respirazione e di fotosintesi clorofilliana 2. Differenze tra cellule autotrofe ed eterotrofe 3. Tipi di organismi autotrofi e loro importanza sul nostro pianeta 1. Comparsa dei primi organismi 2. Organismi coloniali 3. Concetto di dominio 4. Peculiarità dei diversi regni appartenenti al mondo degli eucarioti 1. Caratteristiche del microscopio ottico 2. Potere di ingrandimento e di risoluzione 3. Microscopi elettronici a trasmissione e a scansione Descrivere la teoria endosimbiontica relativa alla formazione delle cellule eucariote Mettere in evidenza le differenze funzionali dei mitocondri e dei cloroplasti Descrivere le modalità di nutrizione di una cellula eterotrofa Illustrare il modo in cui le cellule autotrofe si procurano le molecole organiche Elencare le strutture e gli organuli che differenziano una cellula autotrofa da una eterotrofa Distinguere tra organismi unicellulari, colonie e organismi Associare a ogni dominio le proprie caratteristiche distintive Enunciare le principali peculiarità degli eucarioti in base a cui sono stati suddivisi in quattro regni Descrivere e mettere a confronto le caratteristiche di un microscopio ottico, elettronico a trasmissione ed elettronico a scansione Riconoscere con quale tipo di microscopio sono state effettuate alcune microfotografie presenti nel libro di testo STRUTTURE E FUNZIONI DELLA CELLULA Le cellule procariote Forma e dimensioni delle cellule Gli involucri cellulari esterni Il nucleo Il citoplasma 1. Struttura delle cellule batteriche 2. Definizione di nucleoide, capsula, pili e flagelli 3. Suddivisione dei batteri in base alla morfologia e al metabolismo 1. Dimensioni delle cellule 2. Rapporto tra area superficiale e volume 3. Relazione tra dimensioni cellulari e funzioni del nucleo 4. Forma delle cellule 1. Struttura della membrana 2. Struttura e funzione della parete 1. Membrana nucleare e pori 2. Funzione del nucleo 3. Lavoro sperimentale di Hertwig 1. Citoplasma e citosol 2. Struttura e funzioni del reticolo endoplasmatico, dei lisosomi, degli apparati di Golgi, dei cloroplasti, dei mitocondri e del citoscheletro 3. Struttura e funzione delle ciglia e dei flagelli; i corpi basali 4. Centrioli Descrivere la struttura delle cellule batteriche con particolare riferimento agli involucri esterni Spiegare la funzione del nucleoide Descrivere le diverse forme batteriche Spiegare perché le cellule devono essere di dimensioni molto limitate Mettere in relazione le dimensioni con il metabolismo delle cellule Conoscere le dimensioni medie delle cellule procariote ed eucariote Descrivere la struttura chimica della membrana Descrivere la struttura chimica della parete Distinguere tra parete primaria, secondaria e lamella mediana Descrivere la funzione di alcune componenti del nucleo quali gli acidi nucleici, il nucleolo e la membrana nucleare Spiegare come Hertwig giunse alla definizione della funzione del nucleo Descrivere la struttura e la funzione dei reticoli endoplasmatici Spiegare il ruolo e la struttura del citoscheletro Descrivere la struttura e la funzione dell apparato di Golgi, specificando le diverse tipologie di utilizzo dei prodotti elaborati Descrivere la funzione dei lisosomi spiegando in che cosa consiste la loro potenziale pericolosità per la cellula Spiegare le diverse funzioni dei proteasomi e perossisomi Spiegare il ruolo dei vacuoli e delle vescicole Descrivere la struttura di un cloroplasto mettendola in relazione alla funzione fotosintetica Descrivere la struttura dei mitocondri, sottolineandone la presenza nelle cellule sia autotrofe sia eterotrofe Descrivere la struttura e funzione delle ciglia e dei flagelli Mettere in relazione la presenza dei corpi basali con quella

4 dei centrioli SCAMBI ENERGETICI NELLE CELLULE Gli enzimi La valuta energetica della cellula: l ATP 1. Concetto di energia di attivazione 2. Proprietà dei catalizzatori 3. Caratteristiche strutturali degli enzimi 4. Ruolo dei cofattori 5. Vantaggi delle sequenze biochimiche 1. Funzione dell ATP nelle cellule 2. Le reazioni accoppiate Illustrare le caratteristiche degli enzimi distinguendo tra i termini enzima e catalizzatore Spiegare perché l energia di attivazione si abbassa in presenza di un enzima Illustrare con un disegno l importanza della complementarietà tra sito attivo e substrato Spiegare in che modo alcuni fattori ambientali, come il calore o il ph, possano influire sul corretto funzionamento degli enzimi Mettere in evidenza l importanza dei vari cofattori organici e inorganici Descrivere il meccanismo con cui avviene una sequenza biochimica sottolineando i vantaggi di questo processo Descrivere in che modo la molecola di ATP può cedere energia Mettere in relazione la cessione di energia da parte dell ATP con la possibilità per la cellula di compiere reazioni endoergoniche Illustrare le tappe di una reazione di fosforilazione CAPITOLO 5: COMUNICAZIONE TRA CELLULA E AMBIENTE La membrana Movimento delle molecole d acqua Trasporto passivo Trasporto attivo Trasporto mediato da vescicole Comunicazioni tra cellule 1. Struttura a doppio strato lipidico della membrana 2. Proteine integrali di membrana 3. Modello a mosaico fluido 4. Glicolipidi e glicoproteine 1. Fattori che determinano il potenziale idrico 2. Gradiente di concentrazione 1. Concetto di trasporto passivo 2. Fenomeno della diffusione 3. Esempi di diffusione nelle cellule 4. Conseguenze della semipermeabilità della membrana 5. Processo di osmosi 6. Soluzioni ipertoniche, ipotoniche e isotoniche 1. Caratteristiche del trasporto attivo 2. Pompa sodio-potassio 1. Endocitosi (fagocitosi, pinocitosi ed endocitosi mediata da recettori) 2. Esocitosi 1. Tipi di giunzioni tra cellule 2. Scambi d informazione mediante messaggeri chimici 3. La trasduzione del segnale Descrivere la struttura della membrana Illustrare le caratteristiche chimiche che rendono la membrana permeabile a certe sostanze e impermeabile ad altre Spiegare la funzione delle proteine presenti nella membrana Definire il potenziale idrico Spiegare in che modo il potenziale idrico influisce sul movimento delle molecole d acqua Elencare alcune sostanze che possono attraversare liberamente la membrana Definire il fenomeno della diffusione Mettere a confronto un movimento di molecole «secondo gradiente» con uno «contro gradiente» Correlare il fenomeno dell osmosi con il concetto di «movimento netto» delle molecole Conoscere i dispositivi mediante cui la cellula regola l afflusso d acqua e di soluti al suo interno Descrivere il fenomeno della diffusione facilitata Specificare i tre tipi di trasporto attivo mettendoli a confronto Spiegare il funzionamento della pompa sodio-potassio Distinguere i diversi processi di endocitosi Spiegare come avviene l esocitosi nelle cellule Distinguere i vari tipi di giunzioni che mettono in comunicazione le cellule di un tessuto Spiegare in che cosa consiste la traduzione del segnale

5 MITOSI: LE CELLULE SI DUPLICANO La divisione negli organismi procarioti La divisione negli organismi eucarioti Il ciclo La mitosi La citodieresi Mitosi e cancro Mitosi e riproduzione asessuata 1. Cromosoma batterico 2. Processo di divisione nei procarioti 1. Funzione della divisione negli organismi 2. Organizzazione del materiale genetico negli eucarioti 3. Significato dei termini «mitosi» e «citodieresi» 1. Fasi del ciclo 2. Dipendenza dall ancoraggio e inibizione da contatto 3. Fattori di crescita: interleuchine ed eritropoietine 1. Fuso mitotico 2. Strutture che fanno parte dei cromosomi duplicati 3. Eventi che caratterizzano le quattro fasi della mitosi 4. Caratteristiche delle cellule prodotte dalla mitosi 1. Funzione della citodieresi 2. Processo di citodieresi nelle cellule animali e vegetali 1. Relazione tra mitosi e cancro 2. Tumore benigno e maligno; le metastasi 3. Principali terapie per la cura del cancro 1. Ruolo della mitosi nella riproduzione 2. Esempi e svantaggi della riproduzione asessuata Descrivere il processo di duplicazione del di un batterio Descrivere le funzioni della mitosi negli organismi Descrivere le differenze tra i cromosomi delle cellule procariote ed eucariote Spiegare la funzione del processo mitotico Interpretare il ciclo come un processo fondamentale che consente la continuità della vita di tutti gli organismi eucarioti Distinguere tra fase G 1, S e G 2 Descrivere le peculiarità delle cellule staminali del midollo osseo Mettere in relazione l azione dei fattori di controllo del ciclo con la possibilità di insorgenza di un tumore Spiegare le differenze tra la dipendenza dall ancoraggio e l inibizione da contatto, facendo esempi degli effetti prodotti dal mancato funzionamento di questi sistemi di regolazione Descrivere l origine e la funzione del fuso mitotico Spiegare perché i cromosomi, all inizio della mitosi, hanno una forma a X Spiegare i motivi della scomparsa della membrana nucleare all inizio della mitosi Descrivere in modo preciso gli eventi di ognuna delle quattro fasi mitotiche Evidenziare la precisione con cui il processo mitotico porta a una corretta distribuzione del materiale genetico tra le due cellule figlie Spiegare perché interfase e mitosi sono processi consecutivi e tra loro dipendenti Motivare, attraverso lo studio del processo mitotico, l uguaglianza genetica delle due cellule figlie Descrivere gli eventi della citodieresi Mettere a confronto la citodieresi delle cellule animali con quella delle cellule vegetali Ipotizzare che cosa potrebbe accadere a una cellula se, dopo la mitosi, non attuasse la citodieresi Mettere in relazione la mitosi con la riproduzione asessuata Distinguere la riproduzione sessuata da quella asessuata MEIOSI E RIPRODUZIONE SESSUATA Aploide e diploide Fasi della meiosi 1. Definizione di gamete e di zigote 2. Ciclo vitale (meiosi e fecondazione) 3. Cellule aploidi e diploidi 4. Cromosomi omologhi 1. Principali eventi della prima divisione meiotica Spiegare la differenza tra cellule somatiche e gameti Comprendere la differenza tra aploide e diploide Spiegare perché non è possibile una fecondazione che non sia preceduta da meiosi Descrivere le analogie tra cromosomi omologhi, spiegando anche la loro diversa origine Analizzare le fasi della meiosi I individuando gli eventi che portano alla formazione di due nuclei aploidi

6 Meiosi e ciclo vitale La meiosi nella specie umana Errori nel processo meiotico Malattie genetiche dovute a errori durante la meiosi 2. Processo di crossing over 3. Seconda divisione e la conclusione del processo meiotico 1. Importanza della mitosi e della meiosi nei cicli vitali 1. Formazione dei gameti nell uomo: spermatociti primari e secondari, spermatidi e spermatozoi 2. Formazione dei gameti nella donna: spermatociti primari e secondari, corpuscoli polari e ovuli 1. Autosomi e cromosomi sessuali 2. Differenze tra il cromosoma X e il cromosoma Y 3. Particolarità delle trisomie 4. Non-disgiunzione e traslocazione come causa di trisomie 5. Delezione e sue conseguenze 6. Duplicazione di segmenti di cromosoma 1. Caratteristiche dei portatori della sindrome di Down 2. Trisomie negli autosomi: sindromi di Patau ed Edwards 3. Trisomie nei cromosomi sessuali: individui XXX, XYY; sindromi di Klinefelter e Turner Comprendere che il meccanismo del crossing over e l assortimento indipendente degli omologhi hanno notevole importanza nel determinare la variabilità genetica Evidenziare le differenze tra le fasi della prima divisione meiotica con quelle della mitosi Descrivere le fasi della meiosi II, sottolineando le analogie con il processo mitotico e spiegare perché è indispensabile una seconda divisione meiotica, nonostante i nuclei siano aploidi già dopo la meiosi I Confrontare il contenuto genetico dei nuclei formatisi al termine della prima divisione meiotica con quelli della seconda divisione meiotica Descrivere il ciclo vitale di un animale Descrivere i processi di gametogenesi maschile e femminile e motivare le cause della loro differente durata Confrontare un oocita secondario con un corpuscolo polare Sottolineare analogie e differenze nei due processi di gametogenesi maschile e femminile Spiegare perché, in gran parte dei casi, nelle donne non avviene la seconda divisione meiotica Distinguere tra autosomi e cromosomi sessuali Descrivere quali conseguenze si possono verificare nei gameti in seguito a errori del processo meiotico Determinare le fasi meiotiche in cui possono aver luogo i fenomeni di non-disgiunzione e di traslocazione Specificare le anomalie che si possono osservare nei 4 gameti prodotti in seguito a non-disgiunzione e traslocazione Descrivere le conseguenze dei processi di delezione e duplicazione cromosomica Spiegare le cause genetiche della sindrome di Down e descrivere gli aspetti dei portatori di tale sindrome Mettere in relazione la presenza di un cromosoma in più con le caratteristiche morfologiche e genetiche delle persone affette da sindrome di Down Spiegare le caratteristiche delle sindromi di Patau ed Edwards Collegare il cariotipo delle principali anomalie numeriche dei cromosomi sessuali con gli aspetti distintivi delle relative sindromi e con la loro incidenza sulla popolazione umana Spiegare perché possono sopravvivere individui con un cromosoma in più, ma mai con un cromosoma in meno, tranne nel caso della sindrome di Turner Il testo in uso è Invito alla biologia (VI ed) Volume A. Curtis e Barnes. Ed Zanichelli. Capitoli (da pag 100) (esclusi cicli vitali nei dettagli) Venezia, 9 giugno 2011 prof Anna Lionello

7