Corso di laurea: Scienze biologiche ambientali Programmazione per l'A.A. 2019/2020  

PROGRAMMA: I parte: Il concetto di organismo vivente. La teoria cellulare. Procarioti ed Eucarioti. Organismi unicellulari e pluricellulari. I livelli di organizzazione degli organismi pluricellulari. Ordini di grandezza delle dimensioni dei diversi organismi e dei diversi livelli di organizzazione. Composizione chimica dei viventi. L'acqua: sue caratteristiche di interesse biologico. Sospensioni e soluzioni. Gli ioni. Il pH delle soluzioni. Il legame idrogeno.L' atomo di Carbonio e la chimica della vita. Il concetto di "simmetria" nei composti del Carbonio di interesse biologico. Le macromolecole dello ialoplasma: i principali glucidi di interesse biologico.I principali lipidi di interesse biologico (fosfolipidi, acidi grassi, steroidi, Idrofilia e idrofobia. Composti idrosolubili e liposolubili. Le proteine: struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Proteine glicosilate e lipoproteine. Gli enzimi come catalizzatori biologici. Gli acidi nucleici. Struttura del DNA. Struttura e biosintesi degli RNA. I riboenzimi. I ribosomi: generalità sulla sintesi proteica. La cellula come unità fondamentale degli organismi viventi. Caratteristiche comuni e differenze tra procarioti ed eucarioti, tra cellule vegetali ed animali. Metodi di studio della cellula Le membrane cellulari: composizione chimica e caratteristiche. Il modello a mosaico fluido. Proteine intrinseche ed estrinseche. Proteine glicosilate e glicolipidi e lipoproteine di membrana. La membrana plasmatica ed il "riconoscimento" tra cellule. Il glicocalice. Permeabilità e trasporto attivo. I canali ionici e pompe ioniche. Il metabolismo energetico: dalla fotosintesi alla respirazione. Trasportatori di elettroni e di protoni. Nucleotidi trifosfati. Canali ionici Na, K, Ca. Processi di endocitosi e di esocitosi. Potenziale di membrana. Endocitosi mediata da recettori. I cetrioli. Il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso. Il vacuolo centrale delle cellule vegetali. L' apparato del Golgi. I lisosomi e la digestione endocellulare. Pinocitosi e fagocitosi. I Perissisomi. Organuli delimitati da membrana caratterizzati dalla presenza di membrane interne: mitocondri e plastidi delle cellule vegetali. Probabile origine di mitocondri e plastidi. Caratteristiche delle membrane di questi organuli. Rapporto tra organizzazione strutturale e funzione del metabolismo energetico delle membrane di mitocondri e cloroplasti (cenni). Cenni sulla presenza dei canali ionici che agiscono sulla ATP-sintetasi.
Parte II: Cenni sui quattro tessuti fondamentali: Tessuto epiteliale, tessuto nervoso, Tessuto muscolare striato scheletrico e cardiaco, Tessuto connettivo. Il citoscheletro. Microtubuli, microfilamenti e filamenti intermedi. La parete rigida delle cellule vegetali. Il movimento cellulare. Controllo e regolazione dei movimenti endocellulari. Movimento ameboide. Ciglia e flagelli. Giunzioni Intercellulari. Giunzioni meccaniche (desmosomi); giunzioni sigillanti; giunzioni comunicanti e di accoppiamento elettronico. I plasmodesmi delle cellule vegetali. Analogie funzionali tra giunzioni comunicanti delle cellule animali e plasmodesmi delle cellule vegetali.Le membrane endocellulari nelle cellule eucariotiche. Biogenesi delle membrane. Il nucleo degli eucarioti e il suo equivalente nei procarioti. Struttura del nucleo interfasico. Eucromatina ed eterocromatina. Eterocromatina strutturale e facoltativa. Il nucleolo. Involucro nucleare e pori nucleari. Comunicazioni nucleo-plasmatiche. Composizione chimica della cromatina e sua organizzazione. Gli istoni e i nucleosomi.Il ciclo cellulare. L' interfase ( fasi G1, S, G2). Il DNA e la sua funzione genetica. DNA a sequenza unica, mediamente e altamente ripetitivo. Codice genetico e sintesi proteica. Il DNA nei mitocondri e nei plastidi. Biosintesi e funzione degli RNA messaggero, ribosomiale e di trasferimento. Attivazione selettiva dei geni e differenziamento. Nuclei interfasici con caratteristiche peculiari: i cromosomi politenici. Il ciclo cellulare: la divisione cellulare. Cellule apolidi, diploidi e poliploidi. La mitosi (divisione equazionale) nelle cellule animali e vegetali. La divisione cellulare nei procarioti. Il "cromosoma" batterico.I cromosomi eucariotici. Struttura dei cromosomi. Modello del cromosoma ad anse superavvolte. La meiosi o divisione riduzionale. Cellule somatiche e cellule germinali. Fase apolide e fase diploide. Meiosi zigotica, intermedia e terminale.

C. Lewin “Cellule”, Zanichelli

Alberts et al., Biologia molecolare della Cellula, Zanichelli

Alberts et al. L'essenziale di Biologia Cellulare e molecolare Zanichelli

Analisi matematica
Gli insiemi e le loro operazioni, notazioni varie. Gli insiemi numerici: da N a R, necessità di un ampliamento.
Definizione di funzione e relativa classificazione; funzioni pari e dispari: esempi, riconoscimento e conseguenze grafiche.
Simbolo di sommatoria e suo uso per indicare polinomi di grado n.
Insieme dei numeri razionali, insieme dei reali e struttura di campo.
Valore assoluto di un numero e disuguaglianza triangolare.
Definizione di intervallo: chiuso, aperto; definizione di intorno.

Classificazione di funzioni. Dominio e segno di funzioni algebriche razionali e irrazionali, trascendenti.
Definizione di limite finito per x che tende ad un valore finito: verifica di limite.
Limite infinito per x che tende ad un valore finito: verifica; asintoto verticale.
Limiti finito e infinito per x che tende ad infinito: asintoto orizzontale; asintoto obliquo di funzioni algebriche razionali fratte.

Funzione continua in un punto e in un intervallo. Classificazione di discontinuità: la funzione parte intera, le funzioni il cui grafico ammette asintoti verticali; discontinuità eliminabile: funzioni definite a rami.
Le funzioni elementari come funzioni continue. Teorema di unicità del limite. Limiti di funzioni continue
Teorema del confronto o “dei carabinieri”. Teoremi sulle funzioni continue: di Weierstrass, dei valori intermedi, di esistenza degli zeri.
Definizione del numero di Nepero. Limiti notevoli di funzioni trascendenti e loro conseguenze: esempi relativi.

Definizione di derivata e suo significato geometrico. Applicazione alla fisica e ad altre scienze applicate.
Funzioni non derivabili in un punto, classificazione dei punti di non derivabilità: punti angolosi, cuspidi e flessi a tangente verticale; esempi di ogni tipo.
Derivate di funzioni elementari con dimostrazione.
Derivata di una somma e di un prodotto con dimostrazione ed esempi di applicazione.
Relazioni tra derivabilità e continuità.
Definizione di funzione crescente e decrescente.
Derivata della funzione reciproca di una funzione derivabile (con dimostrazione) e di un quoziente: esempi di applicazione.
Funzioni composte: definizioni, esempi, derivata di una funzione composta. Studio completo di una funzione.
Definizione di max e min relativo e teorema di Fermat. Ricerca dei max e min relativi
(con il metodo dello studio del segno della derivata prima)e assoluti.
Teoremi di Rolle, Cauchy e Lagrange: esempi e significati geometrici.
Teorema di De l’Hopital. Confronto di infinitesimi e confronto di infiniti.
Calcolo delle derivate successive. Convessità e concavità di una curva, determinazione di flessi a tangente obliqua: determinazione delle tangenti inflessionali.
Sviluppo di una funzione in serie di Taylor / Mc Laurin: applicazione ad alcune funzioni notevoli.

Funzioni invertibili: definizione ed esempi.
Derivata della funzione inversa di una data: caso di arcsinx, arcosx e arctanx.

Introduzione alle matrici, scrittura matriciale, somma di matrici e prodotto righe per colonne.
Matrice nulla, identica, matrice trasposta di una data.
Determinante di una matrice e suo calcolo nei casi 2x2 e 3x3 ( regola di Sarrus).
Regola generale di calcolo di determinanti di matrici nxn: regola di Laplace.
Rango di una matrice: definizione e determinazione.
Definizione e determinazione dell'inversa di una matrice data.
Sistemi lineari di n equazioni in m incognite: teorema di Rouchè-Capelli e teorema di Cramer(caso n x n).

Integrali indefiniti: definizione di funzioni primitive, integrali immediati e quasi immediati.
Definizione di integrale definito mediante le somme di Riemann. Teorema della media integrale. Funzione integrale e teorema fondamentale del calcolo integrale, teorema di Torricelli Barrow. Applicazioni al calcolo di aree e applicazioni alla fisica.
Integrazione di funzioni algebriche razionali fratte con denominatore di 2° grado con delta positivo, nullo. Integrali riconducibili all'arcotangente
Integrali indefiniti risolvibili per sostituzione. Regola di integrazione per parti. Esercizi relativi: integrale di (senx)^2; integrali che si risolvono iterando il procedimento.
Integrali generalizzati e impropri, approssimazione numerica degli integrali definiti con il metodo dei rettangoli.Esercizi di applicazione

Introduzione delle funzioni di due variabili: dominio e grafico nello spazio tridimensionale. Curve di livello. Continuità di funzioni di due variabili, significato e calcolo delle derivate parziali prime e seconde, matrice Hessiana; ricerca dei massimi e minimi relativi liberi.

Equazioni differenziali: ordine di una equazione, integrale generale, integrale particolare: problema di Cauchy.
Equazioni differenziali a variabili separabili: esempi relativi
Equazioni differenziali del primo ordine lineari: esempi relativi

Analisi statistica
Statistica descrittiva: tabelle e grafici, istogrammi e grafici a torta. Indici di posizione: media, moda e mediana percentili e quartili, media pesata.
Indici di dispersione: varianza e deviazione standard.
Valutazione delle incertezze nelle misurazioni: errori assoluti, relativi e percentuali.
Tabelle statistiche bimodali: distribuzioni congiunte; dipendenza e indipendenza.
Metodo dei minimi quadrati, Covarianza, Coefficiente di correlazione lineare.
Calcolo combinatorio. Disposizioni semplici e con ripetizione; permutazioni semplici e con ripetizione; combinazioni semplici e con ripetizioni; coefficiente binomiale nelle sue diverse forme, potenza di un binomio con formula di Newton.
Definizione classica di probabilità:esempi relativi. Teoremi della probabilità totale e composta.
Il concetto di variabile aleatoria e le distribuzioni discrete e continue.
Distribuzione discreta: distribuzione binomiale, definizione ed esempi relativi.
Distribuzione normale: funzione di densità, curva di Gauss. Introduzione della funzione di ripartizione e uso delle tavole per il calcolo della probabilità di eventi aleatori con distribuzione normale: esempi relativi

PER ACQUISIRE PRE-REQUISITI NON GIA' IN POSSESSO
P.Boieri, G.Chiti, Precorso di matematica , Zanichelli
  
TESTI BASE
 Silvia Annarone
Matematica sul campo
Metodi ed esempi per le scienze della vita
Pearson
Marco Bramanti, Carlo Domenico Pagani, Sandro Salsa,
Analisi matematica 1 con elementi di geometria e algebra lineare,
2014, Zanichelli
P.Marcellini, C.Sbordone, Esercitazioni di matematica – Vol.I tt.1,2,3,4, 2009, Liguori

introduzione
Stati di aggregazione della materia. Sistemi omogenei ed eterogenei. Sostanze ed elementi chimici.

Struttura atomica della materia
Proprietà atomiche: massa e dimensioni. Numero di Avogadro, concetto di mole. Simboli chimici e loro significato quantitativo.

Struttura dell' atomo
Modello di Bohr. Principio di indeterminazione. Natura ondulatoria
dell'elettrone. Orbitali atomici. Numeri quantici. Configurazione elettronica degli elementi. Regole dell' Aufbau. Il sistema periodico degli elementi. Proprietà periodiche.

Il legame chimico
Legame ionico, covalente e di coordinazione. Proprietà del legame: ordine, distanza ed energia. Elettronegatività e momento dipolare. Teoria del legame chimico: orbitali ibridi, risonanza. Proprietà magnetiche delle molecole. Legami intermolecolari. Legame a idrogeno.

Formule chimiche
Nomenclatura dei composti inorganici. Numero di ossidazione. Struttura di molecole e ioni tipici.

Le reazioni chimiche. Le ossidoriduzioni

Lo stato gassoso
Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas ideali. Legge di Dalton per le
miscele gassose. Densità e densità relativa dei gas e delle miscele
gassose. Massa molecolare media di una miscela gassosa. Metodi
sperimentali per la determinazione delle masse molecolari di sostanze
gassose. Gas reali, equazione di Van der Waals. Teoria cinetica dei gas.
Lo stato solido
Strutture cristalline e loro simmetrie. Solidi molecolari, ionici,
covalenti e metallici. Polimorfismo ed allotropia.
Lo stato liquido
Tensione superficiale di un liquido. Viscosità e tensione di vapore.

Termodinamica
Definizione di sistema termodinamico. Funzioni di stato e variabili di
stato. Trasformazioni cicliche e aperte. Trasformazioni reversibili ed
irreversibili. Calore, lavoro ed energia interna. Primo principio della
termodinamica. Entalpia e legge di Hess. Entropia. Secondo principio
della termodinamica. Processi spontanei. Energia libera.

Equilibrio chimico
Criteri di spontaneità ed equilibrio nelle reazioni chimiche. Legge di azione di massa e sua derivazione. Equilibri omogenei ed eterogenei.

Soluzioni
Concentrazione e sue unità. Proprietà colligative delle soluzioni ideali.

Equilibri acido-base
Definizioni generali. Forza degli acidi e delle basi. Struttura e proprietà acido-base. Autoionizzazione dell' acqua. Il pH. Calcolo del pH di soluzioni acide, basiche e saline. Soluzioni tampone. Titolazioni acido-base e curve di titolazione.

Equilibri di solubilità
Solubilità e fattori che la influenzano. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione a comune.

Cenni di cinetica chimica
Velocità di reazione. Equazione di Arrhenius. Energia di attivazione. Catalisi

SARANNO RESI DISPONIBILI DAL DOCENTE

A – Generalità (2 CFU)
1. Gli animali tra i viventi; 2. Definizioni di Tassonomia, Identificazione, Classificazione, Faunistica e Biogeografia; 3. Categorie tassonomiche e taxa; 4. Analogia, omologia, convergenza adattativa; 5. Criteri e metodi di classificazione; 6. Ricostruzione filogenetica; 7. Concetti di specie; 8. La struttura della specie; 9. Proprietà della specie: variabilità ; 10. Proprietà della specie: capacità di dispersione e tolleranza ecologica; 11. Meccanismi evolutivi; 12. La selezione naturale; 13. Speciazione; 14. Isolamento riproduttivo; 15. Regole di nomenclatura zoologica
B - Sistemi e apparati (2 CFU)
1. Fasi dello sviluppo embrionale; 2. Cavità del corpo; 3. Simmetria; 4. Classificazione del Regno Animalia; 5. Riproduzione: generalità e confronto tra riproduzione sessuale e asessuale; 6. Tipi di riproduzione asessuale; 7. Gonocorismo: caratteri sessuali; 8. Gonocorismo: riconoscimento del partner e sincronizzazione; 9. Gonocorismo: copula; 10. Ermafroditismo; 11. Partenogenesi; 12. Strategie riproduttive e cure parentali; 13. Apparati digerenti e funzione alimentare; 14. Strategie alimentari negli animali; 15. Funzioni e struttura del tegumento; 16. I colori negli animali; 17. Colorazioni adattative; 18. Funzioni della respirazione; 19. Fattori fisici nella respirazione; 20. Fattori biologici e ambientali nella respirazione; 21. Strutture respiratorie negli animali
C – Sistematica (3 CFU)
1) PROTOZOI; 2) PORIFERI; 3) RADIATI (Cnidari: Idrozoi, Scifozoi, Antozoi Esacoralli, Antozoi Ottocoralli), Ctenofori); 4) PLATELMINTI (Turbellari, Trematodi, Cestodi); 5) NEMATODI; 6) ANELLIDI (Policheti Erranti, Policheti Sedentari, Oligocheti, Irudinei); 7) MOLLUSCHI (Poliplacofori, Scafopodi, Bivalvi, Gasteropodi, Cefalopodi Nautiloidi, Cefalopodi Coleoidi); 8) Artropodi CHELICERATI (Merostomi, Aracnidi: Scorpioni, Ragni, Opilioni, Pseudoscorpioni, Acari); 9) Artropodi CROSTACEI (Branchiopodi, Ostracodi, Copepodi, Cirripedi, Malacostraci); Artropodi UNIRAMI (Chilopodi: Geofilomorfi, Scolopendromorfi, Litobiomorfi, Scutigeromorfi - Insetti: Tisanuri, Efemerotteri, Odonati, Ortotteri, Plecotteri, Isotteri, Blattari, Dermatteri, Fasmidi, Mantoidei, Anopluri, Eterotteri, Omotteri, Afanitteri, Ditteri, Coleotteri, Lepidotteri, Imenotteri); 10) ECHINODERMI (Crinoidi, Oloturoidei, Ofiuroidei, Asteroidei, Echinoidei); 11) CORDATI (Ascidiacei, Agnati, Condritti, Osteitti, Anfibi: Anuri, Urodeli; Rettili: Cheloni, Sauri, Ofidi; Uccelli, Mammiferi: Insettivori, Chirotteri, Lagomorfi, Roditori, Carnivori, Artiodattili, Cetacei).
D – Applicazioni della zoologia al monitoraggio ambientale (2 CFU)
Valutazione della qualità biologica dei corsi d’acqua con i Macroinvertebrati, con esercitazioni sul campo

Qualsiasi testo universitario recente di Zoologia, Biologia animale o Biodiversità animale (ad es.: Hickman et al. Zoologia. McGraw-Hill ISBN: 978 88 386 1538 2).
Altro materiale (pdf, ppt, schede di riconoscimento) fornito dal docente.

Parte generale
La nozione di organismo vegetale
La cellula vegetale: parete cellulare, plastidi e vacuoli.
Tessuti meristematici primari e secondari, tessuti parenchimatici, tegumentali, conduttori e meccanici.
La radice: struttura primaria e secondaria; cuffia, meristema apicale, centro quiescente, cilindro centrale, periciclo, endoderma e banda di Caspary, corteccia; attività del cambio; radici laterali ed avventizie; assorbimento dell'acqua e dei sali minerali, radici specializzate per funzioni di riserva.
Il fusto: apice meristematico, zona di differenziamento; struttura primaria e secondaria; cambio cribrovascolare; legno omoxilo ed eteroxilo; sughero, fellogeno e felloderma; ramificazione.
La foglia: forma, struttura e funzione; epidermide, mesofillo, fasci conduttori; meccanismo stomatico; abscissione.
Il fiore struttura e funzione.
Cicli vitali, alternanza di generazione, meccanismi di impollinazione, fecondazione.
Il frutto: sviluppo dell'embrione; endosperma; sviluppo del frutto
Il seme, disseminazione.
Il movimento dell'acqua e dei soluti nella pianta.
Adattamento delle piante ai diversi ambienti: idrofite, igrofite, mesofite, freatofite e xerofite.
La fotosintesi.

Parte sistematica
Principi di tassonomia, classificazione e nomenclatura scientifica.
Batteri e cianobatteri.
Funghi: Glomeromycota (zigomiceti), Ascomycota e Basidiomycota; Funghi anamorfici
Alghe: Haptophyta (coccolitofori), Chlorophyta, Rhodophyta, alghe brune e diatomee.
Muschi ed epatiche: Bryophyta.
Crittogame vascolari: Psilophyta, Lycophyta, Sphaenophyta e Pterophyta.
Spermatofite: Gimnosperme ed Angiosperme monocotiledoni e dicotiledoni. Principali famiglie.
Preparazione ed osservazione di preparati istologici microscopici di radici, fusti e foglie.
Osservazione e descrizione di preparati microscopici di tutti i taxa in programma.
Escursione botanica.

Mauseth J.D., 2020. Botanica. Fondamenti di biologia delle piante. IV edizione italiana. Casa editrice Idelson-Gnocchi.
Raven P.H., Evert R.F., Eichhorn S.E., 2002. Biologia delle piante. Sesta Edizione. Zanichelli, Bologna.
G. Pasqua, G. Abbate, C. Forni, 2019. Botanica generale e Diversità vegetale
Iv Edizione. Piccin Editore.

Il corso di lingua inglese per il corso di laurea in Scienze biologiche e ambientali mira all'acquisizione del vocabolario specifico delle scienze, attraverso reading comprehension mirate ed incentrate sui seguenti argomenti: principi di ecologia, scienze della terra, fauna, caratteristiche del terreno, inquinamento, rifiuti, energia e ambiente. Le comprensioni del testo saranno accompagnate da una riflessione grammaticale di livello B1.

M. Kolenatý, English for Environmental Studies, 2014.
M. Vince, Macmillan English Grammar in Context, 2008.

Fisica
Modelli, teorie, leggi, misure e incertezze. Unità di misura (Sistema Internazionale).
Descrizione del moto: cinematica in una dimensione, cinematica in due dimensioni, vettori.
Forza e massa. Leggi di Newton. Moto circolare. Legge di gravitazione.
Lavoro. Energia cinetica. Potenza. Forze conservative. Energia Potenziale. Conservazione dell’energia meccanica.
Quantità di moto. Moto rotatorio e momenti.
Vibrazioni e onde (moto armonico, suono).
Corpi in equilibrio.
Fluidi (statica, dinamica, viscosità, tensione superficiale).
Richiami di: temperatura e teoria cinetica, calore, principi della termodinamica, macchine termiche, entropia.
Carica elettrica e campo elettrico. Potenziale elettrico ed energia elettrica; capacità. Dielettrici. Correnti elettriche. Circuiti in corrente continua. Magnetismo. Induzione elettromagnetica e leggi di Faraday.
Proprietà magnetiche della materia.
Onde elettromagnetiche e loro spettro.
La luce: ottica geometrica. Natura ondulatoria della luce (interferenza, diffrazione, spettroscopia, polarizzazione). Strumenti ottici.
Teorie quantistiche e Effetto fotoelettrico. Modelli dell’atomo. Lunghezza e ipotesi di De Broglie. Microscopio elettronico e a forza atomica. La meccanica quantistica e i numeri quantici.


Teoria degli Errori
Il metodo sperimentale, la misura sperimentale, gli strumenti di misura.
Unità di misura, unità di scala, analisi dimensionale.
Errori di misura: errori casuali e sistematici.
Valutazione delle incertezze nelle misure dirette. Cifre significative. Discrepanza.
Errori nelle misure ripetute: media come miglior stima, deviazione standard, deviazione standard della media. Distribuzione gaussiana.
Propagazione degli errori: somma e differenze, prodotti e quozienti.
Calcolo degli errori per funzioni di una variabile e per funzioni di più variabili.
Metodo dei minimi quadrati.
Coefficiente di correlazione.
Grafici: scala lineare, scala semilogaritmica, scala logaritmica.

Attività di Laboratorio
- Errori casualie propagazione delle incertezze
- Statica dei fluidi
- Pendolo e moto armonico
- Uso del multimetro e Legge di Ohm

- Giancoli “Fisica ” edizione con Fisica Moderna - III Edizione- Casa Editrice Ambrosiana
- Taylor “Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche” - Zanichelli