Obiettivi Formativi

Il corso si propone di fornire conoscenze di base sul ruolo dei metalli nei sistemi biologici, sul trasporto di molecole e di ioni attraverso le membrane cellulari, sul funzionamento di importanti metallo-proteine e metallo-enzimi presenti negli organismi viventi, sulle interazioni di composti metallici con gli acidi nucleici, e su farmaci di natura inorganica. Il corso si propone di far conoscere allo studente la composizione, le proprietà chimiche e chimico-fisiche dei sistemi acquatici reali e gli equilibri in essi coinvolti, assieme al concetto di speciazione chimica.

Learning Goals

The course aims to give fundamental knowledge on the role of metal ions in biological systems, with emphasis on the transport of molecules and ions through cellular membranes, on their mechanisms of action in metallo-proteins and metallo-enzymes, on their interaction with nucleic acids and on their use as drugs. The course aims to introduce the student to the composition and the chemical and chemical-physical properties of real aquatic systems, together with the equilibria involved in them and the concept of chemical speciation.

Metodi didattici

Lezioni frontali per il modulo di “Metalli nei sistemi biologici” e lezioni frontali con esercitazioni di laboratorio per il modulo di “Chimica Analitica dei sistemi acquatici”

Teaching Methods

Frontal lessons for “Metals in biological systems” and frontal lessons with laboratory experiments for “Analytical chemistry of aquatic systems”

Prerequisiti

Lo studente deve avere conoscenza di base di chimica inorganica, biochimica e di chimica analitica classica e strumentale.

Prerequisites

The student must have basic knowledge of inorganic chemistry, biochemistry and classical and instrumental analytical chemistry

Verifiche dell'apprendimento

La valutazione dell'apprendimento consisterà in un esame orale integrato sui contenuti dei corsi di "Metalli nei sistemi biologici" e "Chimica analitica dei sistemi acquatici".

Assessment

The learning assessment will consist of a single integrated oral exam on the contents of the courses of "Metals in Biological Systems" and "Analytical Chemistry of Aquatic Systems".

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A000536 - CHIMICA ANALITICA DEI SISTEMI ACQUATICI ------------------------------------------------------------ Acque naturali: composizione e proprietà, Speciazione di sistemi naturali Termodinamica di sistemi multicomponenti Diagrammi di distribuzione Modelli per la dipendenza dei parametri termodinamici dalla forza ionica e dalla temperatura Utilizzo delle tecniche strumentali per gli studi di speciazione e dei relativi programmi di calcolo Introduzione alle acque naturali: composizione, classificazioni, componenti conservativi e non conservativi, tempo di residenza, salinità. Equilibri acido-base nelle acque naturali: pH, sistemi tampone, capacità tampone, acidità ed alcalinità, il sistema carbonato Speciazione di sistemi naturali: Definizione, applicazioni, metodologie di studio applicate ai sistemi acquatici reali Termodinamica di sistemi multicomponenti: Interazioni fra i vari componenti: reazioni di idrolisi, formazione di coppie ioniche, formazione di complessi, formazione di specie poco solubili Interazioni tra fasi: Equilibri di scambio ionico, equilibri di adsorbimento, capacità di adsorbimento, isoterma di Langmuir, isoterma di Freundlich Diagrammi di distribuzione: Distribuzione delle specie in funzione del pH, costruzione dei diagrammi di distribuzione, utilizzo dei relativi software Modelli per la dipendenza dei parametri termodinamici dalla forza ionica e dalla temperatura: Soluzioni ideali e reali, attività e coefficienti di attività, coefficiente di attività medio, coefficiente di attività di non elettroliti, modelli per il calcolo dei coefficienti di attività, modelli per la dipendenza dalla temperatura Tecniche strumentali per gli studi di speciazione: utilizzo di potenziometria, spettrofotometria UV-vis, NMR e voltammetria e dei relativi programmi di calcolo per gli studi di speciazione Esercitazioni di Laboratorio: -determinazione dei parametri chimici caratterizzanti un acqua naturale (salinità, alcalinità, pH); - determinazioni delle costanti di idrolisi e dei parametri termodinamici di interazione metallo-legante mediante potenziometria, spettrofotometria UV-vis e voltammetria e utilizzo dei relativi programmi di calcolo ------------------------------------------------------------ Modulo: 6834 - METALLI NEI SISTEMI BIOLOGICI ------------------------------------------------------------ - Ruolo dei metalli nei sistemi biologici; - Trasporto di piccole molecole e di ioni metallici attraverso la membrana cellulare; - Ruolo dei metalli alcalini ed alcalino-terrosi nei sistemi biologici; - Acidi nucleici e loro interazioni con specie inorganiche; - Composti inorganici con caratteristiche farmacologiche; - Ruolo dei metalli di transizione nei sistemi biologici; - Metalli pesanti e loro tossicità; - Ruolo dei metalli su folding e misfolding di proteine e malattie neurodegerative.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: A000536 - CHIMICA ANALITICA DEI SISTEMI ACQUATICI ------------------------------------------------------------ Natural waters: Composition and properties Speciation of natural systems Thermodynamics of multicomponent systems Distribution diagrams Models for the dependence of the thermodynamic parameters on the ionic strength and temperature Use of instrumental techniques for speciation studies and related calculation programs Introduction to natural waters: Composition, classifications, conservative and non-conservative components, residence time, salinity. Acid-base equilibria in natural waters: pH of natural waters, buffer systems, buffer capacity, acidity and alkalinity, the carbonate system Speciation of natural systems: Definition, applications, study methodologies applied to real aquatic systems. Thermodynamics of multicomponent systems: interactions between the various components: hydrolysis reactions, formation of ionic pairs, formation of complexes, formation of less soluble species. Interactions between phases: ion exchange equilibria, adsorption equilibria, adsorption capacity, Langmuir isotherm, Freundlich isotherm Distribution diagrams: Distribution of species according to pH, construction of distribution diagrams, use of related software Models for the dependence of the thermodynamic parameters on the ionic strength and temperature: Ideal and real solutions, activities and activity coefficients, the activity coefficient of non-electrolytes, models for the calculation of activity coefficients, models for the dependence on temperature Instrumental techniques for speciation studies: potentiometry, UV-vis spectrometry, NMR and voltammetry and calculation programs for speciation studies Laboratory experiments: - determination of the chemical parameters that characterize natural water (salinity, alkalinity, pH); -determination of hydrolysis constants and of metal-ligand interaction parameters by potentiometry, UV-vis spectrophotometry, voltammetry, and use of the related calculation programs. ------------------------------------------------------------ Modulo: 6834 - METALLI NEI SISTEMI BIOLOGICI ------------------------------------------------------------ - The role of metals in biological systems; - Small molecules and metal ions transport through the cell membrane; - Alkali and alkaline earth metals in biological systems; - Nucleic acids and their interactions with inorganic species; - Inorganic compounds with pharmacological characteristics; - The role of transition metal complexes in biological systems; - Heavy metals and their toxicity; - The role of metal ions on folding and misfolding of proteins and neurodegenerative diseases.