Programmazione Disciplinare: Chimica Organica e

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Istituto Tecnico Tecnologico
“Basilio Focaccia”
Salerno
Programmazione Disciplinare:
Chimica Organica e Biochimica
Classi: V
Anno scolastico 2014 - 2015
I Docenti della Disciplina
Salerno, lì ........ settembre 2014
Istituto Tecnico Tecnologico “Basilio Focaccia” – Salerno
Programmazione Disciplina Chimica Organica e Biochimica
Finalità della Disciplina:


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




Applicare i concetti ed i meccanismi basilari della chimica organica all’interpretazione dei processi biochimici.
Definire le principali caratteristiche funzionali dei microrganismi impiegati nei processi industriali.
Affrontare i problemi generali relativi all’allestimento di terreni di laboratorio e industriali.
Descrivere la curva di crescita di un microrganismo ed i fattori che la influenzano.
Comprendere e descrivere i più importanti processi metabolici ed i relativi sistemi di regolazione enzimatica.
Descrivere le fermentazioni più usate per ottenere metaboliti primari e/o secondari.
Descrivere i meccanismi delle trasformazioni genetiche e alcuni esempi di produzioni biotecnologiche con la tecnica del DNA r icombinante
Reperire, anche in lingua inglese, e selezionare le informazioni su enzimi, gruppi microbici e virus.
Modulo n.1 : BIOMOLECOLE
- Obiettivi generali del Modulo in termini di :
Conoscenze
 Lipidi
 Carboidrati
 Amminoacidi e proteine
 Acidi nucleici
Competenze
 Saper descrivere le caratteristiche funzionali
delle principali biomolecole.
Capacità
 Correlare la struttura delle molecole e delle
macromolecole biorganiche con la loro
funzione biologica.
 Saper scrivere le strutture delle biomolecole
- Obiettivi minimi del Modulo
 conoscere le strutture e le caratteristiche chimiche fondamentali delle biomolecole
 conoscere le basi della nomenclatura delle biomolecole
- Prerequisiti:
Per affrontare lo studio del Modulo l’alunno deve:
conoscere i composti carbonilici, derivati degli acidi, ammine e composti eterociclici
- Contenuti:
Lipidi: classificazione, caratteristiche strutturali e proprietà degli acidi grassi, struttura e proprietà dei gliceridi, cere, fosfolipidi, glicolipidi,
prostaglandine, terpeni e steroidi. Idrogenazione degli oli vegetali, Saponificazione dei grassi e degli oli. I saponi e i detergenti sintetici.
Transesterificazione degli oli vegetali per ottenere il biodiesel.
Carboidrati: classificazione, stereochimica, proiezioni di Fisher, struttura ciclica semiacetalica, proiezioni di Haworth, anomeria e mutarotazione,
Strutture furanosiche e piranosiche. Reazioni dei monosaccaridi. Glicosidi. Principali Monosaccaridi, Disaccaridi e Polisaccaridi. Fosfati degli zuccheri,
desossi zuccheri, ammino zuccheri.
Amminoacidi, peptidi e proteine: proprietà e classificazione degli amminoacidi naturali, stereochimica. Proprietà acido-base, punto isoelettrico.
Elettroforesi. Reazione della ninidrina. Peptidi e legame peptidico. Proteine. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Conformazione
nativa di una proteina ed agenti denaturanti. Classificazione delle proteine in base alla loro funzione biologica.
Nucleotidi ed acidi nucleici: basi azotate e struttura dei nucleosidi e dei nucleotidi. DNA: struttura primaria e Struttura secondaria del DNA (doppia
elica). Struttura e funzioni dell’ RNA. Il codice genetico. Nucleotidi biologicamente importanti: ATP, Coenzima A, NAD e FAD.
Nota sul Modulo 1:
Questo modulo viene parzialmente inserito anche nella programmazione del quarto anno. Pertanto alcuni argomenti ( lipidi, carboidrati) devono
considerarsi a cavallo tra la classe quarta e la classe quinta e saranno affrontati in quinta a seconda del programma che si è riuscito a svolgere
durante il precedente anno scolastico.
- Periodo di svolgimento del Modulo: settembre- ottobre-novembre
- Numero ore previste per lo svolgimento del Modulo: 15 ore
Modulo n.2 : ENZIMI
Conoscenze
 Meccanismo d’azione degli enzimi
 Cinetica enzimatica
 Inibizione enzimatica
 Controllo dell’attività enzimatica
 Enzimi immobilizzati
Competenze
 Rappresentare l’equazione cinetica di
Michaelis-Menten,
 Valutare i parametri più significativi (Km e
Vmax) anche in presenza di inibitori
reversibili (competitivi e non)
 Conoscere le tecniche di immobilizzazione
degli enzimi
Conoscere il meccanismo d’azione degli enzimi e il modello cinetico di Michaelis – Menten
Conoscere il meccanismo del controllo dell’attività enzimatica
Capacità
 Saper spiegare l’azione degli enzimi nel
metabolismo cellulare
 Saper spiegare la cinetica degli enzimi
 Valutare i parametri che incidono sulla
cinetica (enzimatica) delle reazioni.
 Saper spiegare i vantaggi dell’utilizzo degli
enzimi immobilizzati.
- Prerequisiti:
 Conoscere l’argomento : amminoacidi e proteine
- Contenuti :
Classificazione internazionale degli enzimi. Cofattori enzimatici. Meccanismo d’azione degli enzimi e sito catalitico. Cinetica delle reazioni catalizzate
da enzimi: equazione di Michaelis-Menten e significato della KM e Vmax. Retta dei doppi reciproci (Lineweaver-Burk). Fattori di regolazione della
velocità di una reazione enzimatica: concentrazione del substrato, concentrazione dell’enzima, pH, temperatura. lnibitori dell’attività enzimatica:
inibizione reversibile competitiva e non competitiva, Variazione della K M e Vmax ed esempi di inibitori; Inibizione irreversibile. Enzimi allosterici:
modelli Monod e Koshland. Effettori allosterici. Cinetica degli enzimi allosterici. Applicazione degli enzimi in campo industriale.
Enzimi extracellulari ed endocellulari. Enzimi in soluzione ed enzimi immobilizzati. Generalità su tecniche di immobilizzazi one. Vantaggi
nell’applicazione degli enzimi immobilizzati in campo industriale.
Periodo di svolgimento del Modulo: novembre, maggio
Modulo n.3 : MICROBIOLOGIA
Conoscenze
 Cellula procariotica e eucariotica
 Batteri, lieviti e muffe
 Coltivazione microrganismi
 Terreni di coltura
 Allestimento di una coltura cellulare
 Tecniche di sterilizzazione
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


Competenze
 Descrivere la curva di crescita di un
microrganismo ed i fattori che la
influenzano.
 Distinguere i terreni di coltura .
 Conoscere le caratteristiche dei materiali
utilizzati in un laboratorio di microbiologia
 Considerare i microrganismi come laboratori
delle fermentazioni.
Capacità
 Saper descrivere le caratteristiche
morfologiche e funzionali della cellula e dei
principali organuli.
 Saper descrivere i fattori ambientali e
nutrizionali che influenzano lo sviluppo di
una popolazione batterica
 Saper descrivere la cinetica di crescita
batterica
 Saper preparare i terreni di coltura
Conoscere la classificazione dei viventi e la morfologia delle cellule microbiche
Conoscere le condizioni di crescita cellulare
Conoscere i processi di crescita microbica
Conoscere le tecniche di sterilizzazione
- Prerequisiti:
 Conoscere le biomolecole
- Contenuti :
L’organizzazione cellulare: cellula eucariotica e cellula procariotica. I virus e ciclo litico. Riproduzione dei microrganis mi. Suddivisione dei
microrganismi: fonti nutritive, fonti energetiche, richiesta di O 2, temperatura, pH, salinità. Nomenclatura.
+
I procarioti. Morfologia e componenti della cellula batterica. Composizione chimica della parete cellulare dei batteri Gram e Gram : Colorazione di
Gram. Formazione dell’endospora.
Gli eucarioti. I Protisti: protozoi (paramecio e vorticella) e protisti algali.
I lieviti: generalità, classificazione, riproduzione ed esigenze nutrizionali.
Le muffe: classificazione, riproduzione ed esigenze nutrizionali.
Terreni di coltura: classificazioni e Costituenti dei terreni colturali. Controllo della crescita microbica e fattori chimici e fisici che la influenzano.
Sterilità e metodi di sterilizzazione. Processi di coltivazione: crescita limitata e non limitata. Modello cinetico di crescita non limitata, curva di
crescita di un microrganismo e produzione di metaboliti. Tasso di crescita specifico e tempo di raddoppio. Crescita in discontinuo e coltura in batch,
cinetica di formazione dei prodotti. Crescita in continuo e controllo ( turbidostato e chemostato). Applicazione dei microrganismi in campo
industriale.
ESPERIENZE DI LABORATORIO previste (Microscopia e allestimento di vetrini. Osservazione di cellule animali, cellule vegetali, cellule di lievito,
fermenti lattici nello yogurt. Sterilizzazione. Preparazione dei Terreni di coltura. Colorazione di Gram…).
- Periodo di svolgimento del Modulo: novembre, dicembre, gennaio
Modulo n.4 : METABOLISMO MICROBICO e REGOLAZIONE
Periodo di realizzazione:
febbraio-marzo
Conoscenze
 Trasmissione dell’informazione genica e
sintesi proteica.
 Meccanismo della regolazione dell’attività
enzimatica
 Replicazione del DNA in vitro (PCR)
 Ciclo glicolitico e metabolismo ossidativo dei
glucidi in aerobiosi e anaerobiosi
 Catabolismo dei trigliceridi
 Metabolismo degli aminoacidi
 Bioenergetica e ciclo dell'ATP (reazioni
accoppiate nella fosforilazione ossidativa)
Competenze
 Saper descrivere il meccanismo generale
della trasmissione dell’informazione genica
e della sintesi proteica
 Saper descrivere i meccanismi di
regolazione del metabolismo studiati
 Saper descrivere le trasformazioni inerenti
ai cicli metabolici.
 Saper individuare nei cicli metabolici le
strategie d'utilizzo dell'energia chimica da
parte di organismi viventi elementari
(batteri)
Capacità
 Saper applicare le informazioni acquisite nel
modulo per la comprensione dei processi
biotecnologici oggetti di studio
 Conoscere il meccanismo generale della trasmissione dell’informazione genica e della sintesi proteica
 Conoscere i meccanismi di regolazione.
 Conoscere il metabolismo microbico
- Prerequisiti:
 Conoscere gli argomenti dei moduli precedenti.
- Contenuti
DNA e biosintesi delle proteine. Replicazione del DNA e complesso DNA polimerasi nella cellula eucariotica e procariotica. La replicazione del DNA
in vitro: Tecnica della reazione a catena della polimerasi (PCR). Trascrizione procariotica ed eucariotica, modifiche post-trascrizionali. Traduzione,
tappe (attivazione amminoacidi, tappe di inizio, allungamento e terminazione) e modifiche post-traduzionali.
Regolazione della sintesi di proteine enzimatiche. Controllo della frequenza di trascrizione genica: enzimi inducibili ed enzimi reprimibili. Operone
lattosio, operone arginina, repressione da catabolita (glucosio).
Regolazione dell’attività delle proteine enzimatiche. Controllo mediante modifiche covalenti delle proteine enzimatiche (irreversibili: attivazione di
zimogeni, reversibili: fosforilazioni e adenilazioni degli enzimi). Controllo mediante l’associazione reversibile di attivat ori o inibitori con enzimi a
struttura III o modulatori positivi o negativi con enzimi a struttura IV ( enzimi allosterici). Enzimi chiave regolatori, inibizione retroattiva (feed-back).
Metabolismo. Fermentazione e respirazione. Principi di bioenergetica. Legami “ricchi di energia”. Ruolo dell’ ATP e di altri composti fosforilati nel
metabolismo cellulare.
Principali vie metaboliche microbiche. Glicolisi o via di Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), via di Entner-Doudoroff (ED), via del fosfogluconato
(generalità), ciclo di Krebs, catena respiratoria terminale e fosforilazione ossidativa. Bilancio energetico. Fermentazioni: Fermentazione alcolica,
fermentazione lattica, fermentazione eterolattica, altre fermentazioni a partire da piruvato (generalità). Bilancio energeti co. Gluconeogenesi.
Metabolismo dei lipidi e bilancio energetico. Metabolismo degli amminoacidi.
- Periodo di svolgimento del Modulo: febbraio, aprile-maggio
Modulo n.4 : GENETICA MICROBICA
Conoscenze
 Mutazioni, agenti mutageni e selezione dei
mutanti, nei batteri
 Trasferimenti genici e ricombinazione
genetica, nei batteri
 Tecnica del DNA ricombinante.
Competenze
 Saper descrivere i meccanismi delle
trasformazioni genetiche studiate
 Saper descrivere le principali applicazioni
industriali del miglioramento genetico dei
batteri
Capacità
biotecnologici oggetti di studio
 Conoscere le modifiche genetiche dei microrganismi e la tecnica del DNA ricombinante nelle linee essenziali
- Prerequisiti:
 Conoscere gli argomenti dei moduli precedenti
- Contenuti :
Le biotecnologie e le modifiche genetiche dei microrganismi. Mutazioni genotipiche (macrolesioni e microlesioni), modalità e classificazione .
Mutazioni fenotipiche. Agenti mutageni. Trasferimenti genici e ricombinazione genetica. Meccanismo della trasformazione batterica. Enzimi di
restrizione: classificazione e impiego. Tecnica del DNA ricombinante: isolamento e purificazione del gene da clonare, trasfer imento del gene nel
DNA di un vettore plasmidico, introduzione di DNA ricombinante in una cellula ospite e tecnica di isolamento di cellule ricombinanti. Clonazione del
DNA ricombinante. Problemi connessi con la produzione di proteine eucariotiche da parte di un batterio, proteine di fusione. Cenni su virus
inattivati per la terapia genica.
- Periodo di svolgimento del Modulo: aprile-maggio
Modulo n.5 : MICRORGANISMI E PRODUZIONI INDUSTRIALI
Conoscenze
 Caratteristiche generali dei fermentatori.
 Produzioni Biotecnologiche
 Microrganismi per le produzioni industriali
 Lieviti (produzione di lieviti a uso
alimentare; fermentazione alcolica:
produzione di etanolo e bevande alcoliche);
 Muffe (fermentazione citrica, produzione di
antibiotici: le penicilline);
 Batteri (fermentazione lattica).
 Produzione biotecnologica di somatostatina
e insulina.
 Utilizzo di batteri per il risanamento
ambientale e per la produzione di
biochemicals e bioplastiche
Competenze
 Saper descrivere i processi produttivi
studiati
 Conoscere le applicazioni delle
biotecnologie nella Green Chemistry
Capacità
biotecnologici oggetti di studio e non
 Saper ricercare in rete, e comprendere,
nuovi processi biotecnologici
 - Obiettivi minimi del Modulo
 Conoscere i processi produttivi nelle loro linee essenziali
- Prerequisiti:
 Conoscere gli argomenti dei moduli precedenti
- Contenuti :
Caratteristiche generali dei fermentatori. Produzioni Biotecnologiche: Lieviti (produzione di lieviti a uso alimentare; fermentazione alcolica:
produzione di etanolo e bevande alcoliche); Muffe (fermentazione citrica, produzione di antibiotici: le penicilline); Batteri (fermentazione lattica).
Utilizzo di batteri per il risanamento ambientale e per la produzione di biochemicals e bioplastiche.
- Periodo di svolgimento del Modulo: maggio/giugno
Notizie comuni a tutti i moduli:
- Tipologia Verifiche:
Prove non strutturate
stimolo aperto e risposta aperta
– risposte non univoche e non programmabili
X Interrogazioni
 Temi
X Relazioni
 Articoli
 Lettere
X Riflessione parlata (verbalizzazione delle
operazioni mentali che si stanno
utilizzando per la soluzione di un
problema/esercizio)
- Modalità didattiche:
X
Apprendimento
cooperativo
 Debriefing
(riflessione
autocritica di ciò che si è
fatto)
Prove semistrutturate
stimolo chiuso e riposta aperta
– risposte non univoche ma in gran parte
predeterminabili grazie a vincoli posti dagli
stimoli  Composizioni
 Saggi brevi
 Riassunti
 Interviste
X Ricerche
X Esperienze di laboratorio
X Risoluzione di problemi
 Esercizi di calcolo
Prove strutturate
stimolo chiuso e risposta chiusa
– risposte univoche e predeterminabili -
X Test vero/falso
X Test a scelta multipla
 Close test
 Corrispondenze
X Brain storming
X Didattica laboratoriale
X Metodologia IBSE
X Documentazione
 Individualizzazione
X Interdisciplinarietà
 Metodo
didattico
(organizzazione
tecniche,
procedure, strumenti idonei a
conseguire un obiettivo)
 Personalizzazione (contratto
formativo)
X
Problem
solving
(pianificazione delle azioni)
- Strumenti didattici:
X Libro di testo
Tagliaferri, Grande
Biotecnologie e Chimica delle
Fermentazioni
Ed. Zanichelli
 Metodo euristico
 Percorso operativo per la
costruzione consapevole della
conoscenza
X Didattica immersiva
X Metodo sperimentale
 Problem posing
 Ricerca Azione
X Lavoro di gruppo
 Role playing
X Strumenti formativi (uso di
mediatori didattici finalizzati
alla visualizzazione grafica e
alla
formalizzazione
di
operazioni logico/mentali –
grafici,
schemi,
tabelle,
diagrammi ...-)
X Appunti
X Laboratorio Virtuale
X Computer
X Lavagna
X Software
X LIM
Considerazioni sulla Metodologia
Le metodologie didattiche, in relazione agli obiettivi definiti, si baseranno su:
lezioni in classe, con il coinvolgimento attivo della scolaresca e con costante riferimento al libro di testo, integrato con f otocopie ed appunti vari;
utilizzo di sussidi multimediali quali presentazioni in Power Point, video e laboratori virtuali; esperienze di laboratorio; visita dei laboratori di ricerca
biotecnologica. Le esercitazioni di laboratorio seguiranno, per quanto possibile, gli argomenti trattati in teoria e costituiranno un utile strumento per
consolidare gli argomenti studiati oltre che un importante momento formativo del lavoro di gruppo. Si cercherà inoltre di sfr uttare anche il momento
della verifica orale come spunto per la ripetizione e l’ulteriore chiarimento e rafforzamento dei concetti studiati. In caso di necessità nel corso
dell’anno verranno organizzate attività di recupero, con interventi individualizzati, e di approfondimento attraverso coinvolgimento attivo degli
studenti mediante ricerche in rete.
Le lezioni verranno proposte secondo una programmazione temporale intermodulare differenziata e trasversale, a causa della co mplessità degli
argomenti trattati e delle rispettive interconnessioni.
Considerazioni sulle Verifiche
L’attività di verifica sarà effettuata attraverso tests scritti, colloqui, relazioni di laboratorio e produzione di elaborati in forma
multimediale. Essa riguarderà il controllo dei risultati raggiunti dagli alunni rispetto agli obiettivi prefissati e contemporaneamente sarà un’occasione
per riesaminare il lavoro svolto in classe ed eventualmente modificare l’attività programmata.
Considerazioni sulla Valutazione
La valutazione sarà basata sul grado di preparazione, sul livello di approfondimento e di autonomia e sulle capacità di esposizione ed
elaborazione in modo semplice e corretto dei contenuti studiati. Tuttavia si terrà conto anche della situazione di partenza, dell’impegno profuso nella
partecipazione al dialogo educativo e dell’acquisizione o meno di un efficace metodo di studio.
Griglie di correzione degli elaborati scritti/Relazioni di laboratorio se previsti dalla Disciplina
Si rimanda alle griglie di valutazione inserite nel POF e approvate dal Collegio dei Docenti.
I Docenti della Disciplina
Anna Madaio
Marilena Colucci
Dario Santoro

Programmazione Disciplinare: Chimica Organica e

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