Giochi delle Scienze Sperimentali 2014

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1 Associazione Nazionale Insegnanti di Scienze Naturali Giochi delle Scienze Sperimentali 2014 A - GLI ENZIMI Gli enzimi sono macromolecole che agiscono da catalizzatori dei sistemi biologici, accelerano cioè la velocità di una reazione senza essere consumati nel corso della stessa. L enzima, specifico per una data molecola di reagente (substrato), lega il substrato formando un complesso enzima-substrato, accelerandone la trasformazione nel prodotto o nei prodotti della reazione. Dopo la trasformazione, l enzima libera il prodotto e può legare un altra molecola di substrato. La regione della molecola enzimatica nella quale si lega il substrato è detta sito attivo e, generalmente, si presenta come una tasca o un solco sulla superficie dell enzima con forma complementare alla molecola del substrato. Le immagini rappresentano le varie fasi dell attività enzimatica A B C D 1. La corretta sequenza delle fasi è: a. A-B-C-D b. C-A-B-D c. C-B-D-A d. C-A-D-B e. D-B-A-C La velocità a cui una determinata quantità di enzima catalizza la trasformazione del substrato dipende in parte dalla concentrazione inziale del substrato: quanto maggiore è il numero di molecole di substrato disponibili tanto più frequentemente queste si troveranno a interagire con l enzima e ad essere trasformate. Esiste tuttavia un limite alla massima velocità della reazione che può essere raggiunta aggiungendo substrato a una quantità fissa di enzima. Quando, infatti, tutte le molecole di enzima sono legate al substrato, gli enzima sono saturati e ulteriori incrementi di substrato non determinano l aumento della velocità di reazione. 2. Se un enzima è saturato con il substrato, il modo più efficace per ottenere una produzione più rapida dei prodotti è quello di: a. aggiungere altro substrato b. aggiungere altro enzima c. aumentare la temperatura a 90 C d. abbassare la temperatura Nel grafico è riportata la velocità con cui un enzima catalizza la trasformazione del substrato.

2 3. Quale è il numero di particelle di substrato che saturano l enzima? Una ricercatrice, dopo aver aggiunto ad una soluzione enzimatica il substrato specifico, misura la quantità dei prodotti della reazione. I risultati vengono riportati in un grafico in cui sull asse y compare la quantità di prodotto (in mg) e sull asse x il tempo (in minuti). La ricercatrice, osservando il diagramma tracciato, nota che per un certo tempo non compaiono i prodotti della reazione, quindi la velocità della reazione diviene assai rapida, dopo un certo tempo la reazione rallenta e successivamente aumenta ancora. 4. Quale grafico sta analizzando la ricercatrice? a. Grafico a b. Grafico b c. Grafico c d. Grafico d

3 La lattasi è un enzima, localizzato principalmente nella parete intestinale dei mammiferi, che catalizza la reazione di idrolisi (scissione) del lattosio presente nel latte nelle due molecole componenti, glucosio e galattosio. Queste, a differenza del lattosio, possono essere assorbite. In assenza di tale enzima il soggetto manifesta la così detta intolleranza al lattosio, una sindrome caratterizzata da disturbi gastroenterici, quali crampi addominali, diarrea, meteorismo e flatulenza (produzione e accumulo di gas nel tratto intestinale). 5. Nel caso un neonato mancasse dell enzima lattasi, quale consiglio potresti dare alla madre? a. Non somministrare latte e sostituirlo con tè o acqua b. Somministrare latte delattosato (detto anche ad alta digeribilità) c. Bollire a lungo il latte prima della somministrazione d. Aggiungere molto zucchero al latte B - LA RADIOATTIVITÀ Il nucleo di ogni atomo è formato da due tipi di particelle: i protoni, con carica positiva, e i neutroni, privi di carica. Il numero dei protoni o numero atomico è caratteristico di ogni elemento. In natura non tutti gli atomi di uno stesso elemento hanno lo stesso numero di neutroni. Ad esempio, la maggior parte degli atomi di idrogeno contiene nel nucleo un solo protone e nessun neutrone, ma esistono atomi di idrogeno con un protone e un neutrone e altri con un protone e due neutroni. Si dice allora che l atomo di idrogeno ha altri due isotopi: il deuterio (con 1 protone e un neutrone) e il trizio (con un protone e due neutroni). I neutroni, oltre a conferire massa all atomo, ne determinano la maggior o minor stabilità: essi rappresentano una sorta di cuscinetto isolante per i protoni che, essendo tutti dotati della stessa carica positiva, tenderebbero a respingersi. Esistono alcuni elementi con elevato numero atomico (cioè con elevato numero di protoni presenti nel nucleo) in cui il numero di neutroni è più basso rispetto al numero di protoni. I neutroni presenti non sono allora sufficienti a tenere unite le particelle del nucleo che diviene così instabile e tende a raggiungere la stabilità trasformandosi nell atomo di un altro elemento con l'emissione di una o più particelle sotto forma di radiazioni. Tale trasformazione prende il nome di decadimento radioattivo. La velocità con cui il nucleo di un elemento, detto radioattivo, decade viene misurata mediante il periodo di dimezzamento, che è il tempo necessario perché la metà del numero iniziale degli atomi radioattivi di un certo elemento si trasformi negli atomi di un altro elemento. Il periodo di dimezzamento varia da elemento a elemento. Nella tabella sottostante è riportato il tempo di dimezzamento di alcuni elementi radioattivi. Elemento radioattivo trizio radio radon potassio - 40 carbonio - 14 torio uranio Tempo di dimezzamento 12 anni e 3 mesi 1590 anni 3,8 giorni 1,3 miliardi di anni 5730 anni anni 4,51 miliardi di anni 6. Dopo quanti anni decadono i ¾ degli atomi di uranio? Grazie alla radioattività di alcuni elementi e al decadimento radioattivo è possibile determinare l età di una roccia, stabilire cioè quando si è formata e risalire all età geologica della zona in cui essa si trova. È sufficiente determinare in quale proporzione sono presenti gli atomi dell elemento radioattivo e gli atomi dell elemento stabile che dal primo derivano. La somma del numero degli atomi dell elemento radioattivo e del numero di atomi dell elemento stabile indica il numero di atomi radioattivi inizialmente presenti nella roccia quando questa si è formata. Conoscendo il tempo di dimezzamento dell elemento radioattivo, la sua quantità iniziale e quella finale, si può calcolare il tempo trascorso dalla formazione della roccia, e quindi la sua età.

4 Massa residua Massa residua Massa residua 7. Supponi che in un frammento di roccia si riscontrino 125 atomi di potassio 40 e 875 atomi di argo (elemento stabile e non più radioattivo derivante, attraverso una serie di reazioni, dal potassio), qual età ha la roccia? 8. Tra le sostanze presenti nella tabella, quale ha minor stabilità? 9. Calcola quanto trizio rimane dopo 49 anni in un campione che inizialmente era di 24 g. 10. Quale grafico rappresenta il decadimento radioattivo? tempo tempo a. Grafico a b. Grafico b c. Grafico c d. Nessuno dei tre a b c C - LE ACQUE MINERALI Le acque minerali naturali sono acque sotterranee di origine meteorica che durante il tragitto verso la superficie, si depurano e si mineralizzano acquisendo quei peculiari caratteri chimici, fisici ed organolettici che ne determinano le proprietà "terapeutiche". Queste acque differiscono per la qualità e la quantità dei sali minerali presenti, quali calcio, sodio, potassio, fluoro. Tale quantità viene espressa come residuo fisso a 180 C (R.F.), un valore che indica quanto rimane, in peso, sotto forma di polvere minerale, dopo l evaporazione di 1 l di acqua. In base al residuo fisso, si distinguono: acque minimamente mineralizzate, con R.F. minore di 50 mg/l acque oligominerali o leggermente mineralizzate, con R.F. compreso tra 50 mg/l e 500 mg/l acque medio-minerali o mineralizzate, con R.F. compreso tra 500 mg/l e 1500 mg/l acque ricche di sali minerali, con R.F. superiore a 1500 mg/l L etichetta rappresenta la carta d identità di un prodotto. Per le acque minerali vi sono delle diciture obbligatorie e delle diciture facoltative da riportare nell etichette. Le diciture obbligatorie sono: acqua minerale naturale (tutte, anche le acque addizionate di CO 2, riportano questa scritta) denominazione di vendita, località di provenienza, nome del titolare a cui è stata rilasciata l autorizzazione risultati delle analisi chimiche e chimico-fisiche (temperatura, ph, conducibilità elettrica, residuo fisso, gas disciolti e sostanze disciolte) data e laboratorio che ha effettuato le analisi (aggiornate almeno ogni 5 anni) contenuto nominale (la quantità contenuta nella bottiglia, ad es. 50 cl) data di imbottigliamento e numero di lotto addizionata di CO 2, se è stata addizionata con anidride carbonica

5 Si riporta l etichetta dell acqua minerale GIOC. ANALISI CHIMICA E CHIMICO-FISICA Laboratorio ACAM Acque S.p.A. Eseguita in data 31 maggio 2013 Temperatura della sorgente ( C) 13,7 ph a 20 C 7,5 Cond. Elettr. Specifica a 20 C 345μS/cm Residuo fisso a 180 C 170 mg/l Ammonio e nitrito assenti Sostanze presenti in un litro d acqua espresse in ioni e mg: Calcio Ca ++ 2,6 mg/l Magnesio Mg ++ 34,8 mg/l Sodio Na ++ 4,2 mg/l Potassio K + 0,3 mg/l Solfato SO4 = 6,1 mg/l Idrogeno Carbonato HCO3-169, mg/l Cloruro Cl - 7,6 mg/l Nitrato NO3-0,5 mg/l Silice SiO2 34,5 mg/l AGGIUNTA DI ANIDRIDE CARBONICA ACQUA GIOC ANALISI BIOLOGICA Laboratorio ACAM Acque S.p.A. Eseguita in data 31 maggio 2013 I risultati dei controlli e dell analisi dimostrano che l acqua della sorgente GIOC, prelevata nel Comune di Scorzè (VE) è risultata batteriologicamente pura. DA CONSUMARSI PREFERIBILMENTE ENTRO il 15 /12/2015 1,5 L 11. In base ai dati riportati nell etichetta, l acqua GIOC è un acqua: a. Minimamente mineralizzata b. Oligominerale c. Medio mineralizzata d. Ricca di sali minerali 12. Se oggi è il 15 aprile 2014, l acqua dovrà essere consumata entro: a. 15 mesi b. 20 mesi c. 2 anni d. 18 mesi 13. In base a quanto riportato nell etichetta, l acqua GIOC è: a. frizzante b. non frizzante c. non è possibile stabilirlo Nella seguente tabella, che riporta il consumo annuale di acqua minerale pro capite in Italia, Germania, Francia, Spagna, Belgio, Austria, Svizzera, è stata omessa l indicazione dello stato europeo in corrispondenza delle singole colonne.

6 Sappiamo tuttavia che: in Germania e Spagna il consumo annuale pro capite è lo stesso il secondo paese per consumo annuale pro capite è la Francia la Svizzera si colloca immediatamente prima della Germania in Austria vi è il minor consumo di acqua minerale in Belgio il consumo pro capite è pari a 128 litri 14. In quale stato europeo vi è il maggior consumo pro capite di acqua minerale? D LEBEVANDE ALCOLICHE Per titolo alcolometrico o gradazione alcolica, espressa con il simbolo % Vol, si intende il numero di ml di alcol etilico (etanolo) contenuti in 100 ml di bevanda alcolica. Il numero di grammi di alcol etilico presente in 100 ml si ottiene moltiplicando il titolo alcolemico per 0,79 (densità dell etanolo) Marco ha acquistato una bottiglia di Bianco Secco, di cui si riporta l etichetta. LA FATTORIA Bianco secco Podere la Vigna Castellina in Chianti Italia 750 ml 12 % Vol 15. Quanti ml di alcol etilico sono contenuti in 150 ml di Bianco Secco? 16. Sapendo che 1 grammo di alcol etilico fornisce 7 kcal, quante calorie si introducono bevendo 150 ml di quel vino? La quantità di alcol che un uomo potrebbe assumere giornalmente è pari a 0,6 g per chilogrammo di peso corporeo. 17. Un uomo che pesa 80 kg quanti ml di Bianco Secco potrebbe assumere in un giorno (arrotonda il valore all unità)?

7 Vi sono dei pregiudizi e dei luoghi comuni sulle bevande alcoliche e sulle modalità di assunzione. 18. Quali delle seguenti proposizioni sono ERRATE. a. L assunzione di elevate quantità di vino stimola la digestione b. Negli anziani va ridotta l assunzione di alcol etilico c. È preferibile bere il vino durante i pasti d. Il vino e le bevande alcoliche riscaldano e. Un bambino può assumere vino se diluito con un uguale quantità d acqua f. L etanolo è assorbito più rapidamente dall organismo se assunto a stomaco vuoto g. È preferibile assumere in un breve intervallo di tempo la quantità giornaliera di etanolo consentita E - SALUTE E MALATTIA Maria è a scuola ma non si sente bene. Ha mal di testa e improvvisamente sente dei brividi di freddo anche se l ambiente è ben riscaldato. Dopo poco, qualche violento starnuto fa girare verso di lei i compagni e l insegnante che si accorgono del suo malessere. 19. Da cosa è causato il brivido? a. Da una reazione dell organismo che in questo modo scarica la tensione dovuta al malessere b. Da una serie di contrazioni muscolari che trasformano in calore l energia dei muscoli c. Da una serie di scosse nel corpo dovute alla conduzione elettrica che si ha nelle cellule nervose d. Dall elaborazione di un segnale da parte dell organismo che avverte dell arrivo di un influenza 20. La madre di Maria, appena a casa, le misura la febbre con un termometro a mercurio. Inizialmente il termometro segna 36 C. Dopo pochi minuti il mercurio arriva ai 38 C. Che cosa è avvenuto al mercurio del termometro? a. Il mercurio si scioglie e quindi sale nel tubicino del termometro fino a 38 b. Il mercurio si riscalda per conduzione e si dilata, raggiungendo i 38 C c. Il mercurio sale per capillarità nel tubicino molto stretto fino ai 38 C d. Il mercurio sale nel tubicino fino a 38 C prendendo il posto dell aria che si rarefà 21. Viene chiamato il dottore che dopo una visita accurata diagnostica l influenza, probabilmente dovuta ad un virus. Quale affermazione relativa ai virus è esatta? a. I virus sono microrganismi simili ai batteri in grado di riprodursi autonomamente b. I virus sono sensibili agli antibiotici che impediscono la loro riproduzione c. Ogni anno ci sono nuovi virus provenienti da mutazioni e quindi nuovi tipi di influenza d. Ogni anno ci sono nuovi virus perché le persone viaggiano molto 22. L organismo reagisce ai virus grazie alle proprie difese immunitarie. Quali sostanze specifiche costituiscono queste difese? a. Quelle prodotte dai globuli bianchi chiamate anticorpi b. Quelle prodotte dalle piastrine chiamate fibrina c. Quelle prodotte dai globuli rossi insieme all emoglobina d. Quelle che l organismo trae da alcuni alimenti come le vitamine