ISTITUTO STATALE DI ISTRUZIONE SUPERIORE “ITALO CALVINO” – CITTÀ DELLA PIEVE PG CLASSE 5° A Liceo Scientifico a. s. 2019-2020
PROGRAMMA SVOLTO DI SCIENZE NATURALI Docente Simona Stefanelli
LIBRI DI TESTO:
F. Tottola, A. Allegrezza, M. Righetti: “Biochimica – Linea blu. Chimica organica, Biochimica, Ingegneria genetica e biotecnologie”. A. Mondadori Scuola
A. Bosellini: “Le Scienze della Terra: Minerali, rocce, vulcani,terremoti. Vol. B; Zanichelli
A. Bosellini: “Le Scienze della Terra: Atmosfera, fenomeni meteorologici, geomorfologia climatica. Vol. C - Tettonica delle placche. Vol. .D”; Zanichelli
SCIENZE DELLA TERRA (capitolo 8B - volume B) I terrremoti
- Il terremoto
- Comportamento elastico delle rocce (Teoria del rimbalzo elastico per spiegare la genesi dei sismi, ipocentro ed epicentro)
- Ciclicità statistica dei fenomeni sismici
- Onde sismiche (onde P, onde S, onde L, maremoti)
- Misure delle vibrazioni sismiche(sismografi e sismogramma).
- Distribuzione dei terremoti (le fasce di sismicità corrispondono ai limiti di placca: dorsali, fosse oceaniche, zone continentali soggette a separazione, zone ad elevata attività vulcanica, orogeni recenti) - Energia dei terremoti (scala Richter basata sulla magnitudo che misura l’energia liberata) - Intensità dei terremoti (Scala MCS, scala d’intensità che si basa sugli effetti del sisma.
- Previsione e prevenzione dei terremoti (cenni)
SCIENZE DELLA TERRA (Capitoli: 1D, 2D, 3D, 4D - volume D)
L’interno della Terra
- La struttura stratificata della Terra (struttura a strati identificata grazie alle caratteristiche del campo gravitazionale ed allo studio delle onde sismiche).
Crosta, mantello e nucleo (strati e discontinuità:discontinuità di Moho, discontinuità di Gutenberg/2900Km e discontinuità di Lehmann/5200Km, tale modello della struttura interna è basato sul criterio chimico-mineralogico ).
Litosfera, astenosfera e mesosfera (tale modello della struttura interna è basato sulle proprietà reologiche delle rocce )
- l calore interno della Terra. Origine del calore interno (calore primordiale e calore radiogenico).
Gradiente geotermico. Il flusso di calore (è massimo nelle aree continentali giovani interessate da sismicità e vulcanesimo e nelle aree oceaniche nei pressi delle dorsali dove si ha l’espansione oceanica) - Il nucleo. La zona d’ombra (zona d’ombra delle onde P legata alla discontinuità di Gutemberg, zona
d’ombra delle onde S legata alla presenza di un nucleo esterno fluido). Composizione del nucleo - Il mantello (mantello superiore: mantello litosferico e astenosfera, zona di transizione e mantello
inferiore). Correnti convettive del mantello (il mantello assume un comportamento plastico di un corpo viscoso quando è sottoposto a sollecitazioni nell’ordine di milioni di anni, il mantello è interessato da continui moti convettivi)
- La crosta (crosta continentale e crosta oceanica a confronto: eventuali stratificazioni, spessore, densità, composizione, età)
- Il campo magnetico della Terra
- Il paleomagnetismo (magnetizzazione residua per la presenza di minerali ferromagnetici). Le inversioni di polarità
La tettonica delle placche: una teoria unificante
- Concetti generali e cenni storici (la Teoria della Tettonica delle Placche -1960- spiega in modo unificante i fenomeni geologici di origine endogena)
- Che cos’è una placca litosferica
- I margini delle placche (margini trasformi o conservativi/faglie a scorrimento orizzontale, margini divergenti o in accrescimento/dorsali oceaniche, margini convergenti o distruttivi/zone di subduzione) - Quando sono «nate» le placche (cenni)
- Placche e moti convettivi (varie sono le ipotesi a sostegno del movimento delle placche, consideriamo però solo l’approccio globale dell’intero processo che vede coinvolte litosfera e mantello nei movimenti convettivi che agitano l’interno della Terra)
- Il mosaico globale
- Placche e terremoti (zone sismiche: dorsali oceaniche, faglie, fosse oceaniche e archi insulari, catene montuose generate per compressione)
- Placche e vulcani. Vulcani legati alla subduzione (vulcani esplosivi/lave acide). Vulcani legati alle dorsali oceaniche (vulcani effusivi/ lave basaltiche). Vulcani intraplacca (i più noti sono i punti caldi) L’espansione del fondo oceanico
- Le dorsali medio-oceaniche (sistema scoperto verso la seconda metà degli anni cinquanta) - La struttura della crosta oceanica
- Espansione del fondo oceanico (Ipotessi di Herry Hess del 1960: produzione di litosfera a livello delle dorsali e riassorbimento a livello delle fosse). Il meccanismo dell’espansione (cenni generali)
- Prove dell’espansione oceanica. Le anomalie magnetiche dei fondi oceanici (bande simmetriche parallele alle dorsali con magnetizzazione residua che presentano alternativamente anomalie + e -). Età dei sedimenti oceanici (al max 170 milioni di anni, mentre l’età delle zone più antiche della litosfera continentale risalgono a circa 3,8 miliardi di anni fa) . Il flusso di calore nelle dorsali oceaniche.
Rapporto età profondità della crosta oceanica. Le faglie trasformi (presenti nelle dorsali, rappresentano la conseguenza dell’espansione dei fondi oceanici e sono zone di sismicità). I punti caldi (esempio le isole Hawaii)
I margini continentali
- Tipi di margine continentali. I margini continentali passivi. Margini continentali trasformi
- Margini continentali attivi. La fossa oceanica. La zona di subduzione. L’intervallo arco-fossa. L’arco magmatico. L’area di retroarco
- Tettonica delle placche e orogenesi (orogenesi da collisione: Himalaya - Alpi, orogenesi da attivazione:
Ande, orogenesi da accrescimento crostale: catene dell’America nord-occidentale) - Gli oceani perduti: le ofioliti (cenni)
CHIMICA ORGANICA (unità H1 – H2 – H3-H4) La chimica del carbonio
- I composti organici: le molte facce del carbonio.
- L’ibridazione (sp3 tetraedrica, sp2 planare, sp lineare).
- I legami carbonio-carbonio: singolo, doppio e triplo (legame σ e legame π, legami saturi /semplici, legami insaturi/multipli)
- Isomeria: stessa combinazione, diversa struttura
- Isomeri di struttura: isomeri di catena (varie ramificazioni), isomeri di posizione (diversa posizione dello stesso gruppo funzionale), isomeri funzionali (differente gruppo funzionale)
- Isomeri conformazionali: la rotazione del legame C-C
- Isomeri configurazionali: isomeria geometrica e isomeria ottica - Acidi e basi: elettrofili e nucleofili
- La rottura dei legami: distribuire gli elettroni - Carbocationi e radicali liberi
Gli idrocarburi
- Idrocarburi: i composti organici più semplici
- Alcani: idrocarburi saturi. Nomenclatura degli alcani. Proprietà fisiche. Proprietà chimiche e reattività degli alcani .Cicloalcani: catene chiuse ad anello
- Alcheni: il doppio legame. Nomenclatura degli alcheni. Proprietà fisiche degli alcheni. Reazioni degli alcheni. Polimerizzazione. Dieni: due doppi legami
- Alchini: triplo legame
- Idrocarburi aromatici (detti anche areni): la delocalizzazione elettronica. Nomenclatura degli idrocarburi aromatici. Proprietà fisiche degli areni. Reattività degli idrocarburi aromatici. I composti aromatici più comuni
I gruppi funzionali
- I gruppi funzionali: la specificità dei comportamenti
- Alogenuri alchilici (formula generale R-X, gruppo funzionale -X): sostituzioni. Nomenclatura e preparazione degli alogenuri alchilici. I più comuni alogenuri alchilici
- Alcoli: l’ossidrile legato ad una catena alchilica (formula generale R-OH, gruppo funzionale -OH, ).
Nomenclatura e preparazione degli alcoli ( primari, secondari, terziari, dioli/glicoli). Proprietà fisiche degli alcoli. Reattività degli alcoli (cenni inerenti la reazione di eliminazione: si rompe il legame C-O, si forma un alchene +H2O). Cenni inerenti la reazione di ossidazione degli alcoli . Gli alcoli più comuni - Fenoli:caratteristiche generali
- Eteri: simili agli alcani (cenni) - Tioli (cenni)
- I composti carbonilici: aldeidi e chetoni (gruppo carbonilico: C=O, carbonio sp2, legame tra carbonio e ossigeno è polarizzato). Nomenclatura e preparazione di aldeidi e chetoni. Proprietà fisiche di aldeidi e chetoni. Reattività (addizione nucleofila al doppio legame, reazione tra aldeide o chetone e un alcol con formazione di emiacetali e acetali nelle aldeidi e emichetali e chetali nei chetoni. Composti carbonilici più comuni
- Ammine: l’azoto organico (composti derivati dall’ammoniaca per sostituzione degli idrogeni con gruppi alchilici o arilici). Proprietà fisiche e basicità delle ammine
- Composti eterociclici: atomi diversi nell’anello (cenni)
- Acidi carbossilici: la combinazione di due funzioni ( gruppo carbossilico/ -COOH, Carbonio con ibridazione sp2). Nomenclatura degli acidi carbossilici. Proprietà fisiche. L’acidità degli acidi carbossilici.
I derivati degli acidi carbossilici: gli ESTERI e le AMMIDI Acidi e loro derivati di uso comune
Polimeri di sintesi (cenni presenti nella sezione del testo “Per Approfondire” in appendice):
lunghe catene formate dalla ripetizione di molecole semplici per polimerizzazione. PE, PVC, PET, il MaterBi.
BIOCHIMICA (unità I1 ) Biomolecole:il puzzle della vita
- La biochimica: pochi elementi, molti composti (H, O, C, N,P,S, carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici)
- I carboidrati: energia e sostegno. I monosaccaridi. I disaccaridi. I polisaccaridi - I lipidi: catene idrofobiche. I trigliceridi. I fosfolipidi. I glicolipidi. Gli steroidi
- Le proteine: innumerevoli combinazioni. Gli amminoacidi. Il legame peptidico. Organizzazione e struttura delle proteine. Ruolo delle proteine negli organismi.
- Gli acidi nucleici: i polimeri della vita
- Piccole quantità determinanti: vitamine e sali minerali
DALLA BIOLOGIA MOLECOLARE ALLE BIOTECNOLOGIE (Unità L1 – L2 - L3)
Virus e Batteri
- Virus: i non viventi
- L’organizzazione di base dei viventi - La riproduzione virale
- I virus procariotici: il ciclo litico e il ciclo lisogeno
- I virus eucariotici: virus a DNA e virus a RNA (virus dell’influenza umana e virus dell’HIV)
- Il trasferimento genico nei procarioti: il trasferimento genico verticale (scissione binaria) e il trasferimento genico orizzontale (la trasformazione, la trasduzione e la coniugazione)
- Elementi genici mobili: i plasmidi(plasmidi metabolici, i plasmidi R e i plasmidi F)
Dalla doppia elica alla genomica
- La biologia molecolare: il primo passo verso lo studio del genoma.
- La tecnologia del DNA ricombinante (l’ingegneria genetica)
- Enzimi e siti di restrizione: enzimi di restrizione, siti di restrizione, frammenti di restrizione, estremità coesive
Clonaggio e clonazione
- Il clonaggio molecolare: enzima di restrizione, DNA ligasi, vettore di clonaggio, trasformazione o trasfezione, gene per la resistenza a un antibiotico e gene reporter
- I vettori di clonaggio: vettori plasmidici, virus, cosmidi, cromosomi artificiali di lievito e cromosomi artificiali batterici
- Caratteristiche presenti nei vettori di clonaggio: sito ori, polylinker, gene reporter
- La clonazione riproduttiva: la Pecora Dolly e la clonazione terapeutica con le cellule staminali embrionali per sostituire tessuti malati (per curare patologie che richiedono trapianti)
- La PCR: tecnica per amplificare il DNA
- L’elettroforesi su gel: tecnica per separare ed identificare i frammenti di DNA - Il metodo Sanger: tecnica per determinare la sequenza del DNA
- Le librerie genomiche e le librerie a cDNA - La sonda a DNA per l’identificazione di un gene - Il progetto genoma umano
- L’epigenetica
- La tecnica di editing genetico: CRISPR/Cas9 (tecnica utilizzata per l’inattivazione di un gene o per il ripristino della funzionalità di un gene)
Le tecnologie per la vita
- Le biotecnologie: dalle origini alle moderne applicazioni
Le biotecnologie in campo biomedico
- La produzione di biofarmaci (l’insulina, l’ormone della crescita) , i vaccini ricombinanti (il vaccino contro l’epatite B)
- Gli anticorpi monoclonali (utilizzati sia nella diagnostica per individuare la presenza di un determinato antigene sia per scopi terapeutici per contrastare il cancro o malattie autoimmuni)
- La terapia genica germinale, la terapia genica somatica (in vivo, ex vivo) che utilizza come vettori dei retrovirus o l’editing genetico per sostituire geni non funzionanti, la terapia genica incontra con successo le cellule staminali.
- Le cellule staminali: definizione, classificazione in base alla potenza.
Le cellule staminali a confronto: le cellule staminali embrionali (pluripotenti), le cellule staminali adulte (multipotenti) e le cellule staminali pluripotenti indotte.
L’impiego delle cellule staminali nella medicina rigenerativa per rigenerare i tessuti danneggiati (le staminali ematopoietiche usate nei trapianti di midollo per curare leucemie e linfomi, le cellule staminali della cute per produrre tessuti epiteliali)
- Gli animali GM: i topi knock-out utilizzati per comprendere la funzione della proteina che non sono più in grado di produrre e come modello per lo studio di alcune patologie (per esempio l’obesità)
Le biotecnologie per l’agricoltura e per l’ambiente - Differenza tra organismi geneticamente modificati (OGM) e transgenici
- Le piante GM: l’utilizzo dell’Agrobacterium tumefaciens per ottenere piante transgeniche (mais Bt ingegnerizzato con il gene del Bacillus thuringensis che produce una tossina insetticida , soia, colza, cotone, Golden rice); i pro e i contro delle colture OGM.
- Il biorisanamento: tecnica per bonificare un ambiente inquinato (batteri “mangia petrolio”) Le biotecnologie nelle scienze forensi e non solo
- Il DNA fingerprinting (impronta del DNA): metodo d’indagine basato sull’analisi di brevi sequenze di DNA (microsatelliti) per individuare il colpevole di un crimine, le sofisticazioni alimentari e per realizzare test di paternità.
Città della Pieve, giugno 2020
