Dipartimento di Scienze Liceo Scientifico “A. Vallisneri” di Lucca A. S. 2014/15 Classe V Liceo Scienze Applicate Chimica Nel quinto anno si approfondisce lo studio della chimica organica, con particolare riferimento a materiali di interesse tecnologico e applicativo (polimeri). Biologia In raccordo con la chimica si illustrano i processi biochimici che coinvolgono le principali molecole di interesse biologico. Facendo riferimento anche alle conoscenze fondamentali di chimica organica, si studiano le molecole informazionali, con particolare riferimento al DNA e alle sue funzioni, ricostruendo anche il percorso che ha portato alla formulazione del modello, alla scoperta del codice genetico, alla conoscenza dei meccanismi della regolazione genica ecc.. Tale percorso, che ha posto le basi della biologia molecolare, è molto significativo e potrà essere utilmente illustrato e discusso per favorire la consapevolezza critica del cammino della scienza. Si approfondisce lo studio della biologia molecolare, in particolare analizzando i passi e le conquiste che hanno condotto allo sviluppo dell’ingegneria genetica (retrovirus, enzimi di restrizione, DNA ricombinante, PCR) e alle sue principali applicazioni (terapie geniche, biotecnologie), sia considerandone gli aspetti prettamente tecnologici, sia ponendo l’accento sui problemi che esse pongono al mondo contemporaneo. Si potranno anche esplorare, facendo riferimento a fonti autorevoli, campi emergenti di indagine scientifica avanzata (genomica, proteomica eccetera), per acquisirne in modo consapevole e critico i principi fondamentali. Obiettivi cognitivi trasversali • Stimolare l’integrazione delle competenze, l’organizzazione del lavoro e lo scambio di informazioni attraverso le attività di gruppo e intergruppo. • Stimolare i collegamenti all’interno della disciplina e tra discipline diverse. • Far comprendere l’importanza dell’educazione alla salute nel rispetto di se stessi e dell’ambiente circostante. Biologia e biochimica Obiettivi minimi disciplinari • Conoscere la struttura e la funzione delle biomolecole. • Riconoscere le differenze tra respirazione e fermentazione • Saper spiegare il ruolo della fotosintesi nelle sue fasi • Conoscere il modello del DNA e la scoperta del codice genetico. • Conoscenza del ruolo e delle funzioni delle molecole informazionali. • Conoscere il significato della complessità dei meccanismi di regolazione genica. • Conoscenza delle principali tecniche di ingegneria genetica. • Conoscenza dei meccanismi della variabilità biologica • Conoscenza della storia biologica dell’uomo. Contenuti Biochimica Carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi. Amido e cellulosa. Lipidi: trigliceridi, steroidi. Grassi saturi e insaturi. Proteine: legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria, quaternaria. Stereoisomeria. Enantiomeri. Sostanze otticamente attive, destrogire, levogire. Anomeri. D-amminoacidi, L-amminoacidi. Forma dipolare degli amminoacidi. Enzimi . Reazione enzima-substrato. Coenzimi. L’ATP. Fosforilazione dell’ATP e idrolisi. Energia e vita. La fotosintesi: reazione luce-dipendente e ciclo di Calvin. La glicolisi. Ciclo di Krebs, respirazione cellulare. La fermentazione alcolica e lattica. Vie metaboliche. Biologia Acidi nucleici. DNA e RNA. Modello del DNA: struttura chimica. Esperimenti con i batteriofagi. Modello di Watson e Crick. La duplicazione del DNA. Profreading. Frammenti di Okasaki. Il codice genetico. Decifrazione del codice e universalità. mRNA , tRNA , rRna .. La sintesi proteica. La trascrizione. La traduzione: fase di inizio, allungamento, terminazione. Le mutazioni: puntiformi, di senso, di non senso, delezione. L’anemia falciforme, la PKU, la dominanza incompleta. Regolazione dell’espressione genica nei procarioti. Modello dell’operone. Il cromosoma eucariote. Struttura del cromosoma. Gli istoni. Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti. Eucromatina, eterocromatina. Il DNA del cromosoma eucariote. DNA a sequenza semplice , DNA a sequenze ripetitive interposte, DNA a copia unica. Introni, esoni. La regolazione dalla trascrizione. Maturazione dell’mRNA. La regolazione della traduzione. Coniugazione batterica. Plasmidi F e R . Virus a DNA e RNA. Ciclo litico e ciclo lisogeno. Profagi. La trasduzione batterica, specializzata e generalizzata. Provirus. Retrovirus. Il virus HIV. I trasposoni. Il DNA ricombinante. Gli enzimi di restrizione. Tecniche PCR. Terapie geniche. La teoria dell’evoluzione di Darwin. La selezione naturale. La teoria sintetica. Genetica di popolazione. Il pool genico. L’equilibrio di Hardy-Weinberg. Il flusso genico. Le mutazioni. La deriva genetica: l’”effetto del fondatore “, fenomeno “collo di bottiglia”. Accoppiamenti non casuali. La variabilità genetica. La riproduzione sessuata. La superiorità dell’eterozigote. La selezione naturale: selezione stabilizzante, divergente, direzionale, sessuale. L’adattamento. La specie. La speciazione allopatrica e simpatrica. Isolamento riproduttivo pre e post-zigotico. Modelli evolutivi: evoluzione convergente, divergente. Cladogenesi. Radiazione adattativa: i fringuelli di Darwin. Cambiamenti filetici. Le estinzioni di massa. La teoria degli equilibri punteggiati. Cenni sull’evoluzione della specie umana. Metodologie Lezione frontale: presentazione dell’argomento e degli obiettivi da raggiungere; domande - stimolo per focalizzare l’attenzione e per verificare il possesso dei prerequisiti; esposizione dei contenuti; discussione in classe degli argomenti trattati ed esercizi di rinforzo. Oltre alle lezioni di spiegazione dei contenuti si prevedono attività di laboratorio . Visione di film a contenuto didattico. Verifiche Prove scritte e a risposta chiusa, utili per verificare il grado di apprendimento dei contenuti. Verifiche orali per vagliare la capacità espositiva e di rielaborazione dei contenuti. Recupero Il recupero sarà effettuato in itinere, nella settimana di sospensione ed eventualmente con sportelli didattici. Scienze della Terra Si studiano i complessi fenomeni meteorologici e i modelli della tettonica globale, con particolare attenzione a identificare le interrelazioni tra i fenomeni che avvengono a livello delle diverse organizzazioni del pianeta (litosfera, atmosfera, idrosfera). Si potranno utilmente compiere escursioni e attività sul campo mirate. Si potranno svolgere inoltre approfondimenti sui contenuti precedenti e/o su temi, anche di carattere tecnico-applicativo, scelti ad esempio tra quelli legati all’ecologia, alle risorse, alle fonti energetiche tradizionali e rinnovabili, alle condizioni di equilibrio dei sistemi ambientali (cicli biogeochimici). Tali approfondimenti saranno svolti, quando possibile, in raccordo con i corsi di fisica, matematica, storia e filosofia. Il raccordo con il corso di fisica, in particolare, favorirà l’acquisizione da parte dello studente di linguaggi e strumenti complementari che gli consentiranno di affrontare con maggiore dimestichezza problemi complessi e interdisciplinari. La dimensione sperimentale, infine, potrà essere ulteriormente approfondita con attività da svolgersi non solo nei laboratori didattici della scuola, ma anche presso laboratori di università ed enti di ricerca, aderendo anche a progetti di orientamento. Geologia Obiettivi minimi disciplinari 1. Essere in grado di comprendere l’informazione geologica e trasmetterla con il linguaggio appropriato, in modo chiaro e sintetico. 2. Riconoscere le relazioni tra realtà geologica e realtà biologica. 3. Essere in grado di discutere sulle possibili conseguenze dello sfruttamento delle risorse energetiche e minerarie dell’ambiente. 4. Essere in grado di distinguere le attività tettoniche ed inserirle nel contesto della dinamica terrestre. 5. Individuare le situazioni geologiche che possono assumere carattere di rischio, distinguendo tra eventi naturali o indotti dall’attività umana. Contenuti L'interno della Terra Metodi di indagine. Onde sismiche e interno della Terra. Analisi delle meteoriti. Le discontinuità. Crosta continentale e oceanica. Mantello superiore e inferiore. Astenosfera. Nucleo. Struttura e composizione della crosta continentale e della crosta oceanica. Isostasia. Le strutture continentali Cratoni:scudi e tavolati. Orogenesi:distribuzione geografica degli orogeni.Orogenesi caledoniana, ercinica, alpina. Il calore terrestre Gradiente geotermico. Gli elementi radioattivi. Flusso termico. Movimenti convettivi nel mantello. Il campo geomagnetico I poli magnetici. La bussola. La declinazione magnetica. Il paleomagnetismo. Inversioni di polarità. La Teoria della deriva dei continenti di Wegener. Le strutture oceaniche Le dorsali oceaniche,fosse oceaniche,piano di Benioff. Archi magmatici insulari. Teoria dell'espansione dei fondi oceanici. Meccanismo dell'espansione: le anomalie magnetiche. La Teoria della Tettonica a placche Margini continentali passivi.Margini costruttivi, distruttivi, conservativi. Movimenti convergenti e divergenti. La collisione tra placche oceaniche, placche continentali;la collisione tra placca oceanica e continentale. Fosse tettoniche. Formazione degli oceani. Geografia fisica Obiettivi minimi disciplinari 1) 2) 3) 4) Conoscenza del ciclo dell’acqua. Conoscenza delle caratteristiche dell’atmosfera terrestre. Conoscenza dei fenomeni atmosferici. Conoscenza delle principali fasce climatiche. Contenuti L’atmosfera terrestre: la luce solare, la radiazione elettromagnetica. Variazione dell’insolazione. Zone astronomiche. Composizione gassosa dell’atmosfera. La radiazione solare attraverso l’atmosfera. L’albedo. L’effetto serra. Bilancio energetico. Radiazione netta. Lo strato di ozono. La temperatura dell’aria .Misura della temperatura. Gradiente termico verticale. Fattori che influenzano la temperatura. Escursione termica. Isoterme. Riscaldamento globale. L’umidità dell’aria. Umidità assoluta e relativa. Saturazione , condensazione, punto di rugiada. Ciclo dell’acqua. Le nuvole, la nebbia. La brina. Le precipitazioni orografiche. Il pluviometro. Le isoiete. La pressione atmosferica. Misura della pressione atmosferica. Alta pressione e bassa pressione. La forza di Coriolis e i venti. I venti locali: brezze di mare e di terra. Circolazione generale dell’atmosfera. Venti costanti, venti periodici. I venti in quota: correnti a getto. I climi : principali zone climatiche del pianeta. Cicli biogeochimici. Metodologie Lezione frontale: presentazione dell’argomento e degli obiettivi da raggiungere; domande - stimolo per focalizzare l’attenzione e per verificare il possesso dei prerequisiti; esposizione dei contenuti; discussione in classe degli argomenti trattati ed esercizi di rinforzo. Oltre alle lezioni di spiegazione dei contenuti si prevedono attività di laboratorio . Verifiche Prove scritte e a risposta chiusa, utili per verificare il grado di apprendimento dei contenuti. Verifiche orali per vagliare la capacità espositiva e di rielaborazione dei contenuti. Recupero Il recupero sarà effettuato in itinere, nella settimana di sospensione ed eventualmente con sportelli didattici