PROGRAMMA DI SCIENZE APPLICATE SVOLTO NELLA CLASSE IVB LSA ANNO SCOLASTICO

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3 PROGRAMMA DI SCIENZE APPLICATE SVOLTO NELLA CLASSE IVB LSA ANNO SCOLASTICO BIOLOGIA TESTO : CURTIS BARNES INVITO ALLA BIOLOGIA CAPITOLO 11: Mendel e la genetica classica 11.1 Nascita della genetica 11.2 La legge della segregazione 11.3 Legge dell assortimento indipendente 11.4 Malattie genetiche umane 11.5 La genetica classica 1. Importanza del lavoro di Mendel 2. Elemente e geni 3. Tappe del metodo sperimentale 4. Linee pure 1. Caratteri delle piante di pisello scelti da Mendel 2. Concetto di generazione P, F 1 e F 2 3. Caratteri dominanti e recessivi 4. Enunciato della legge della segregazione 5. Definizione di allele 6. Genotipo omozigote ed eterozigote 7. Concetto di genotipo e di fenotipo 8. Trasmissione dei caratteri umani 9. Costruzione del quadrato di Punnett 10. Rapporti genotipici e fenotipici 11. Testcross 1. Trasmissione ereditaria di due caratteri 2. Enunciato della legge dell assortimento indipendente 3. Legge dell assortimento indipendente espressa in termini di geni 1. Malattie umane autosomiche trasmesse con gli alleli recessivi: la fenilchetonuria, il morbo di Tay-Sachs, l anemia falciforme e quella mediterranea, la fibrosi cistica, l albinismo 2. Malattie umane autosomiche causate da alleli dominanti: la corea di Huntington e il nanismo acondroplastico 1. Mutazioni e loro importanza nel processo evolutivo 2. Interazioni alleliche, fenomeni di dominanza incompleta e di codominanza; gli alleli multipli 3. Interazioni tra più geni: epistasi, variazione continua ed eredità poligenica 4. Pleiotropia 5. Influenza dell ambiente sui geni a. Elencare i dati a disposizione di Mendel agli inizi dei suoi lavori di ricerca b. Illustrare le fasi del lavoro sperimentale di Mendel che ha portato alla formulazione della legge della segregazione c. Spiegare le linee pure in termini di genotipo a. Conoscere l enunciato della legge della segregazione di Mendel b. Mettere in relazione i dati espressi dalla legge della segregazione con l esistenza degli alleli c. Distinguere tra dominante e recessivo, tra genotipo e fenotipo, e tra omozigote ed eterozigote d. Costruire un quadrato di Punnett conoscendo i genotipi degli individui che si incrociano e. Elencare alcuni caratteri umani dominanti e recessivi f. Distinguere, nella F 2 di un incrocio tra due eterozigoti, il rapporto fenotipico da quello genotipico g. Applicare un testcross per determinare il genotipo relativo a un fenotipo dominante a. Costruire il quadrato di Punnett per due caratteri scelti da Mendel b. Ricavare dall incrocio tra due eterozigoti per due caratteri il rapporto fenotipico 9:3:3:1 c. Leggere in termini fenotipici il rapporto 9:3:3:1 d. Costruire un quadrato di Punnett per due caratteri diversi da quelli scelti da Mendel a. Elencare alcune delle malattie genetiche umane recessive portate dagli autosomi b. Descrivere, per ogni malattia umana recessiva studiata, i sintomi e le modalità di trasmissione c. Spiegare come in un individuo possa manifestarsi una malattia recessiva se genitori e nonni sono sani d. Descrivere i sintomi e le modalità di trasmissione di alcune malattie genetiche umane dominanti e. Spiegare perché non può nascere un bambino affetto da una malattia dominante da genitori sani f. Definire i genotipi e i fenotipi di individui portatori di malattie umane trasmesse con gli alleli dominanti e recessivi, conoscendo i genotipi dei loro genitori a. Mettere in evidenza come le mutazioni abbiano notevolmente ampliato la possibilità di rendere gli organismi più adatti al loro ambiente b. Mettere a confronto in che modo Mendel e De Vries spiegano la comparsa di variabilità nella prole c. Distinguere, ipotizzando i possibili fenotipi della prole, tra dominanza incompleta, codominanza e alleli multipli d. Spiegare perché possano comparire fenotipi completamente diversi da quelli dei genitori e. Spiegare come mai alcuni caratteri appaiono in una popolazione con una notevole gradazione di effetti

4 allelici differenti f. Sapere cogliere le interazioni tra espressione genica e ambiente CAPITOLO 12: Geni e cromosomi 12.1 Una conferma delle teorie di Mendel 12.2 Esistenza concreta del gene 12.3 Malattie genetiche umane legate al sesso 12.4 Studi sulla localizzazione dei geni 1. Ipotesi di Sutton 2. Relazione tra il processo meiotico e le leggi di Mendel 1. Particolarità dei cromosomi sessuali 2. Determinazione del sesso negli esseri umani e in altri animali 3. Esperimenti di Morgan sui moscerini della frutta 1. Particolarità della trasmissione dei caratteri ereditari legati al sesso 2. Malattie umane dovute ad anomalie presenti nei cromosomi sessuali: daltonismo, emofilia, distrofia muscolare di Duchenne, sindrome dell X fragile e favismo 1. Gruppi di associazione e ricombinazione genica 2. Mappe cromosomiche 3. Studi sui cromosomi giganti di Drosophila CAPITOLO 13: Le basi chimiche dell ereditarietà 13.1 Sulle tracce del DNA 1. Ipotesi di un materiale genetico di natura proteica 2. Componenti dei nucleotidi 3. Esperimento di Hershey e Chase 4. Principali ipotesi sulla struttura e sulle funzioni del DNA a. Comprendere in che modo gli studi di citologia abbiano avuto un ruolo importante nello studio della genetica b. Mettere in relazione la segregazione degli alleli con la separazione dei cromosomi omologhi durante la meiosi I a. Distinguere tra il cromosoma X e il cromosoma Y b. Dimostrare che è il padre, e non la madre, a determinare il sesso dei figli c. Spiegare che cosa si intende per carattere legato al sesso e descrivere le modalità della sua trasmissione d. Fornire una spiegazione dei dati ottenuti da Morgan incrociando i moscerini «occhi rossi» con quelli «occhi bianchi» a. Costruire quadrati di Punnett che permettano di prevedere i genotipi dei figli i cui genitori siano portatori di caratteri legati al sesso b. Definire, per quanto riguarda i caratteri legati al sesso, il genotipo dei genitori conoscendo il fenotipo dei figli c. Descrivere i sintomi e le modalità di trasmissione delle malattie genetiche umane causate da un anomalia del cromosoma X d. Definire genotipo e fenotipo di una donna portatrice sana di emofilia o di daltonismo e. Spiegare le condizioni necessarie perché una donna sia malata di emofilia a. Spiegare che due geni possono segregare indipendentemente solo se si trovano su cromosomi diversi b. Descrivere l importanza della definizione dei loci ipotizzando un loro utilizzo nella manipolazione genica c. Spiegare quali effetti potrebbe generare il crossing over se i geni non fossero posti sui cromosomi in modo ordinato e lineare d. Ipotizzare i risultati di un incrocio in cui due caratteri ereditari siano posti sullo stesso cromosoma a. Ripercorrere le tappe che hanno portato a individuare nel DNA la sede dell informazione ereditaria b. Descrivere l esperimento di Hershey e Chase c. Interpretare i risultati delle ricerche condotte da Mirsky e da Chargaff sul DNA 13.2 Il modello di Watson e Crick 13.3 La duplicazione del DNA 1. Differenze tra purine e pirimidine 2. Dati e osservazioni di partenza utilizzati per la costruzione della molecola di DNA 3. Modello di Watson e Crick 1. Processo di duplicazione del DNA 2. Meccanismi di autocorrezione a. Elencare quali dati sulla struttura del DNA erano già noti verso la metà del XX secolo b. Spiegare in che modo i risultati delle ricerche innovative sul DNA contribuirono alla scoperta della sua struttura c. Descrivere in linea generale il modello di DNA proposto da Watson e Crick a. Illustrare il meccanismo mediante cui un filamento di DNA può formare una copia complementare di se stesso

5 della lettura delle sequenze di DNA 3. Processo di reazione a catena della polimerasi b. Evidenziare in che cosa la duplicazione del DNA di una cellula eucariote differisce da quella di una cellula procariote c. Descrivere l azione degli enzimi coinvolti nel processo di proofreading d. Spiegare in che modo sia possibile in laboratorio sintetizzare velocemente copie multiple di una catena nucleotidica

6 CAPITOLO 14: Codice genetico e sintesi proteica 14.1 Geni e proteine 1. Relazione tra geni e proteine 2. Conclusioni dell esperimento di Beadle e Tatum 3. Tecnica dell elettroforesi 4. Esperimento di Pauling: relazione tra emoglobine difettose e anemia falciforme a. Mettere in relazione i risultati degli esperimenti di Beadle e Tatum con l assioma «un gene un enzima» b. Spiegare su quali principi si basa l elettroforesi c. Descrivere l esperimento condotto da L. Pauling sull emoglobina delle persone affette da anemia falciforme 14.2 Dal DNA alla proteina: ruolo dell RNA 14.3 Il codice genetico 14.4 La sintesi proteica 14.5 Mutazioni puntiformi e loro conseguenze 1. Confronto tra i nucleotidi di DNA e di RNA 2. Ruolo dell RNA nelle cellule 3. RNA messaggero 4. Processo di trascrizione del DNA 1. Concetto di codice genetico 2. Relazione tra codoni e amminoacidi, e determinazione del numero minimo di triplette 3. Esperimento di Nirenberg e Matthaei 4. Precisione e universalità del codice genetico 1. Struttura dei ribosomi 2. Funzione dell RNA di trasporto 3. Localizzazione e ruolo degli anticodoni 4. Traduzione: le tre fasi del meccanismo di sintesi proteica 1. Cause genetiche dell anemia falciforme 2. Mutazioni puntiformi 3. Mutazioni spontanee o provocate da agenti esterni 4. Cause e conseguenze di uno spostamento del sistema di lettura a. Evidenziare le differenze tra la struttura dell RNA e quella del DNA b. Spiegare quali osservazioni hanno portato a determinare la funzione dell RNA nelle cellule c. Spiegare in che cosa consiste il processo di trascrizione mettendo in evidenza la funzione dell RNA messaggero a. Spiegare che cosa si intende per codice genetico b. Spiegare perché un codone è formato da tre nucleotidi c. Descrivere l esperimento condotto da Nirenberg e Matthaei d. Utilizzare la tabella del codice genetico per mettere in correlazione i codoni dell mrna con i rispettivi amminoacidi e. Spiegare in che cosa consiste l universalità del codice genetico a. Descrivere la funzione dei ribosomi e dell RNA di trasporto b. Mettere in evidenza la particolare struttura del trna c. Illustrare dettagliatamente le varie fasi del processo di traduzione che avviene a livello dei ribosomi a. Spiegare perché uno scambio di basi azotate può essere così importante da causare gravi malattie b. Definire il termine mutazione e spiegare che cosa si intende per puntiforme c. Distinguere tra mutazione di senso, non senso e silente d. Illustrare le conseguenze della delezione o dell aggiunta di una base azotata in un gene CAPITOLO 15: Regolazione dell espressione genica 15.1 Regolazione genica nei procarioti 15.2 Il DNA del cromosoma eucariote 15.3 Regolazione genica 1. Geni strutturali e regolatori del cromosoma procariote 2. Trascrizione nei batteri 3. Regolazione della trascrizione nei procarioti: l operone 1. Tipi di sequenze presenti nel DNA eucariote 2. Importanza del DNA microsatellite 3. Sequenze ripetitive e DNA a copia unica 4. Famiglie geniche 5. Introni ed esoni 1. Regolazione dell espressione dei geni eucarioti 2. Esperimento di J.B. Gurdon a. Individuare le parti strutturali più importanti di un cromosoma batterico b. Descrivere le fasi della trascrizione nei procarioti c. Spiegare la struttura e il meccanismo di azione di un operone d. Distinguere tra la funzione di un induttore e di un corepressore a. Prendere in considerazione la quantità di DNA presente nelle cellule di varie specie b. Distinguere tra sequenze codificanti e intergeniche c. Mettere in relazione il DNA microsatellite con il DNA profiling d. Spiegare l origine di una famiglia genica e. Evidenziare l importanza vitale dell attività di appena l 1% del DNA totale della cellula f. Distinguere tra introni ed esoni a. Spiegare il significato del termine «espressione genica» b. Individuare le analogie geniche presenti tra cellule

7 negli eucarioti 15.4 Elaborazione dell mrna nelle cellule eucariote 3. Eucromatina ed eterocromatina 4. Corpi di Barr 5. Puff cromosomici 6. Controllo dell espressione genica mediante fattori di trascrizione 1. Elaborazione delle molecole di mrna durante la trascrizione (splicing) 2. Meccanismo e conseguenze dello splicing alternativo 3. Controllo dell espressione genica a livello di traduzione che discendono da una medesima cellula madre c. Spiegare l importanza dell esperimento di J.B. Gurdon d. Mettere in relazione il grado di condensazione di un cromosoma con la sua capacità di esprimersi e. Spiegare la comparsa dei puff cromosomici e la presenza dei corpi di Barr nei nuclei delle cellule eucariote f. Descrivere la funzione dei fattori di trascrizione mettendoli a confronto con gli induttori procarioti g. Sottolineare le differenze tra l azione di enhancer e silencer a. Spiegare i meccanismi con cui avviene la maturazione dell mrna attraverso operazioni di taglio e ricucitura degli esoni b. Descrivere uno spliceosoma e la sua funzione c. Spiegare in che cosa consiste lo splicing alternativo d. Descrivere i meccanismi di controllo di espressione genica nel momento della traduzione CAPITOLO 6: Scambi energetici nelle cellule 6.1 Energia e organismi viventi 6.3 Le reazioni di ossido-riduzione 6.4 Gli enzimi 6.5 La valuta energetica della cellula: l ATP 1. Energia nell Universo 2. Sistemi aperti e chiusi 3. Flusso dell energia nei viventi 1. Concetto di ossidazione e di riduzione 2. Trasferimento di elettroni nei processi di ossido-riduzione 3. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche 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 CAPITOLO 7: Glicolisi e respirazione cellulare 7.1 L ossidazione del glucosio: 1. Reagenti e prodotti della reazione di respirazione cellulare 2. Guadagno energetico nelle a. Mettere a confronto le caratteristiche di un sistema aperto con uno chiuso b. Evidenziare il ruolo degli organismi fotosintetici all interno di un sistema aperto quale il nostro pianeta a. Interpretare il trasferimento di elettroni in una reazione di ossido-riduzione dal punto di vista energetico b. Spiegare perché la riduzione dell anidride carbonica determini la formazione di una molecola ricca di energia c. Spiegare perché la reazione generale della respirazione aerobica è una reazione di ossidoriduzione a. Illustrare le caratteristiche degli enzimi distinguendo tra i termini enzima e catalizzatore b. Spiegare perché l energia di attivazione si abbassa in presenza di un enzima c. Illustrare con un disegno l importanza della complementarietà tra sito attivo e substrato d. Spiegare in che modo alcuni fattori ambientali, come il calore o il ph, possano influire sul corretto funzionamento degli enzimi e. Mettere in evidenza l importanza dei vari cofattori organici e inorganici f. Descrivere il meccanismo con cui avviene una sequenza biochimica sottolineando i vantaggi di questo processo a. Descrivere in che modo la molecola di ATP può cedere energia b. Mettere in relazione la cessione di energia da parte dell ATP con la possibilità per la cellula di compiere reazioni endoergoniche c. Illustrare le tappe di una reazione di fosforilazione a. Scrivere l equazione generale dell ossidazione del glucosio b. Mettere a confronto il guadagno energetico derivante

8 un introduzione 7.2 La glicolisi 7.3 La respirazione cellulare 7.4 Bilancio energetico totale reazioni in presenza e in assenza di ossigeno 3. Trasportatori di energia NADH e FADH 2 1. Composti iniziale e finale del processo di glicolisi 2. Tappe della glicolisi e ricavo energetico finale 3. Fase endoergonica e fase esoergonica 4. Equazione complessiva della glicolisi 1. Struttura dei mitocondri 2. Formazione dell acetil-coa 3. Composti iniziali e finali del ciclo di Krebs 4. Le molecole coinvolte nel trasporto finale di elettroni 5. Meccanismo della fosforilazione ossidativa 6. Struttura e funzione dell ATPsintetasi 7. Accoppiamento chemiosmotico 1. Bilancio energetico della respirazione aerobica in termini di ATP 2. Kilocalorie contenute in una mole di glucosio e rendimento cellulare dall ossidazione completa del glucosio e dalla fermentazione c. Descrivere in che modo si riducono il NAD + e il FAD a. Evidenziare la centralità dei processi glicolitici nei processi metabolici di tutti gli organismi viventi b. Riassumere il processo di glicolisi mettendo in rilievo le reazioni e i composti più importanti c. Calcolare il guadagno energetico da parte della cellula d. Indicare quali delle nove tappe della glicolisi sono da considerarsi endoergoniche e quali esoergoniche a. Spiegare quali caratteristiche strutturali dei mitocondri sono alla base delle loro peculiarità funzionali b. Descrivere in che modo avviene la formazione dell acetil-coa c. Analizzare le tappe fondamentali del ciclo di Krebs evidenziando quelle esoergoniche d. Riassumere in che modo gli elettroni ad alta energia del NADH scendono di livello energetico lungo la catena di trasporto e. Spiegare il ruolo fondamentale dell ossigeno al termine del trasporto finale di elettroni f. Descrivere i meccanismi che regolano i processi chemiosmotici a. Riassumere i passaggi del processo di respirazione cellulare in cui la cellula perde o ricava energia b. Calcolare il guadagno energetico complessivo che si ottiene al termine dalla demolizione completa di una mole di glucosio CHIMICA TESTO : BAGATTI-CHIMICA Capitolo 10 Acidi e basi 1. Acidi e basi in soluzione acquosa 2. Reazioni con trasferimento di protoni 3. L equilibrio di autoionizzazione dell acqua: la scala del ph 4. La forza degli acidi e delle basi 5. Equilibri acido-base: idrolisi e sistemi tampone Definire acidi e basi secondo le teorie di Arrhenius e di Bronsted e Lowry. Calcolare il volume di soluzione necessario per neutralizzare una data soluzione. Spiegare l equilibrio di autoionizzazione dell acqua. Stabilire se una soluzione è neutra, acida o basica in base a valori di ph. Valutare la forza di un acido o di una base conoscendo i valori di Ka e di Kb. Calcolare il ph di soluzioni di acidi e di basi, forti e deboli, a partire da dati di concentrazione. Calcolare il ph di soluzioni di sali che danno idrolisi, distinguendo tra idrolisi acida e idrolisi basica. Spiegare che cosa è un sistema tampone e saperne calcolare il ph. SCIENZE DELLA TERRA TESTO: LUPIA PALMIERI- IL GLOBO TERRESTRE CONTENUTI COMPETENZA TRAGUARDI FORMATIVI

9 CAPITOLO 6 La crosta terrestre: minerali e rocce 1 I costituenti della crosta terrestre 2 La «chimica» della crosta terrestre 3 I minerali 4 Le rocce 5 Rocce magmatiche o ignee 6 L origine dei magmi 7 Rocce sedimentarie 8 Rocce metamorfiche 9 Il ciclo litogenetico Applicare le conoscenze acquisite a situazioni di vita reale. Classificare il tipo di roccia. Riconoscere le proprietà delle rocce. Essere in grado di collegare le caratteristiche di una roccia al suo utilizzo. CAPITOLO 7 La giacitura e le deformazioni delle rocce 1 La Stratigrafia e la Tettonica nello studio delle Scienze della Terra 2 Elementi di Stratigrafia 3 Elementi di Tettonica 4 Il ciclo geologico Saper effettuare connessioni logiche e stabilire relazioni. Saper applicare i principi di orizzontalità e di sovrapposizione stratigrafica. Essere in grado di effettuare correlazioni litostratigrafiche. CAPITOLO 8 I fenomeni vulcanici 1 Il vulcanismo 2 Edifici vulcanici, eruzioni e prodotti dell attività vucanica 3 Vulcanismo effusivo ed esplosivo 4 I vulcani e l uomo Classificare, formulare ipotesi, trarre conclusioni. Saper classificare il tipo di attività vulcanica. Riconoscere il legame fra tipo di magma e tipo di attività vulcanica. Ipotizzare la successione di eventi che determina un eruzione vulcanica. CAPITOLO 9 I fenomeni sismici 1 Lo studio dei terremoti 2 Propagazione e registrazione delle onde sismiche 3 La «forza» di un terremoto 4 Gli effetti del terremoto 5 I terremoti e l interno della Terra 6 La distribuzione geografica dei terremoti 7 La difesa dai terremoti Risolvere problemi. Saper leggere un sismogramma. Saper usare il grafico delle dromocrone. Risalire alla localizzazione dell epicentro di un terremoto.