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Oggetto:
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Elementi di chimica biologica - Asti

Oggetto:

ELEMENTS OF BIOLOGICAL CHEMISTRY

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
SUI0159
Docenti
Prof. Gianfranco Gilardi (Titolare del corso)
Dr. Valentina Crocellà (Titolare del corso)
Corso di studio
[091701] SCIENZE DELLE ATTIVITÀ MOTORIE E SPORTIVE
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
Di base, Affine o integrativo
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
BIO/10 - biochimica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Scritto
Prerequisiti

Conoscenza degli strumenti matematici e fisici di base necessari per la comprensione di contenuti scientifici più specifici in ambito chimico e biochimico.

Basic knowledge of the mathematical and physical instruments and formalism needed to properly deal with Chemistry and Biochemistry problems.
Propedeutico a

FISIOLOGIA GENERALE

GENERAL PHYSIOLOGY
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

Obiettivi formativi

In accordo con gli Obiettivi formativi specifici del Corso di Laurea, l'insegnamento si propone di fornire le conoscenze di base utili alla successiva specializzazione professionale dello studente e della studentessa con particolare attenzione alle conoscenze che siano di interesse per le Scienze Motorie. In particolare i moduli di Chimica e di Biochimica hanno come obiettivi di fornire le conoscenze di base della chimica generale e organica e della chimica degli organismi viventi con particolare riferimento all'uomo. Tali conoscenze comprendono:

Modulo di Chimica

  • la conoscenza di base della struttura e delle proprietà della materia, in termini di struttura atomica e legame chimico;
  • la conoscenza delle basi della chimica generale e organica.

Modulo di Biochimica

  • la struttura e l'organizzazione della materia vivente (struttura e funzione delle principali macromolecole biologiche);
  • i meccanismi biochimici alla base del mantenimento dell'omeostasi negli organismi viventi (metabolismo, respirazione).

In entrambi i moduli, gli argomenti saranno trattati  al fine di contribuire a stabilire le basi fondamentali indispensabili e trasversali fruibili nelle differenti applicazioni  delle professioni delle Scienze Motorie e Sportive.

  

 

According to the general aims stated by the Course Council, this teaching aims at providing basic knowledge useful for the subsequent professional specialization of the student, focusing on the basic concepts which are of interest for the Sport Sciences. In particular, the Chemistry and Biochemistry modules supply the essential information on general and organic chemistry and on biochemistry of living organisms, with particular reference to humans. This information includes:

Chemistry Module

  • Basic knowledge of the structure and properties of matter, focusing on atomic structure and chemical bonding;
  • Basic knowledge of General and Organic Chemistry.

Biochemistry Module

  • structure and organization of living organisms (structure and function of the main biological macromolecules);
  • biochemical mechanisms used by living organisms for maintenance of homeostasis (metabolism, respiration).

In both modules the topics will be presented in order to provide the basic requirements for the different professional applications of sports education.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Al termine dell’insegnamento lo studente e la studentessa dovranno conoscere i concetti fondamentali di chimica generale e organica utili in ambito professionale e le basi molecolari della struttura e delle funzioni degli organismi viventi, con particolare riferimento all'uomo. 

Più in dettaglio, lo studente dovrà:

  • Conoscere i livelli su cui si organizza la materia  e le sue principali proprietà.
  • Conoscere e utilizzare il concetto di mole, massa atomica, massa molecolare.
  • Conoscere a livello semplice la struttura dell'atomo quantistico e la natura dei principali tipi di legame chimico.
  • Conoscere le reazioni chimiche elementari.
  • Conoscere il concetto di pH e di equilibrio chimico.
  • Conoscere i principali composti organici e gruppi funzionali di interesse in ambito biochimico.
  • Conoscere la struttura e la funzione delle macromolecole biologiche (carboidrati, proteine, acidi nucleici, lipidi).
  • Conoscere i principi del funzionamento degli organismi viventi, il ruolo e le funzioni delle principali vie metaboliche.

Lo studente e la studentessa dovranno inoltre:

Acquisire dimestichezza con il linguaggio tecnico in ambito chimico-biochimico, sviluppando una capacità comunicativa dei temi trattati anche verso altri interlocutori.

Applicare i concetti generali della chimica e della biochimica a temi di interesse più generale che vengono incontrati nelle attività motorie.

At the end of the course, the student should know the fundamental concepts of inorganic and organic chemistry useful in the professional field and the molecular basis of structure and functions of living organisms, with particular reference to humans.

More in details, the results will include:

  • Knowing the levels on which matter is organized.
  • Knowing and correctly using the concepts of mole, atomic mass, molecular mass.
  • Knowing the basis of the quantum atomic structure and the principal kinds of chemical bounds.
  • Knowing the concept of chemical reactions and their basic classification
  • Knowing and correctly using the concepts of pH and chemical equilibrium.
  • Knowing the principal organic compounds and functional groups of interest in the field of Biochemistry.
  • Knowing the structure and functions of the biological macromolecules (carbohydrates, proteins, nucleic acids, lipids).
  • knowing the principles of functioning of living organisms, the role and functions of the main metabolic pathways.

In addition, the results will include:

Acquiring a robust and unambiguous technical language in the chemical-biochemical domain. A communicative capacity of the topics treated towards other interlocutors is expected as well.

Applying basic concepts of Chemistry and Biochemistry to topics of more general interest that are encountered in the professional field. 

Oggetto:

Programma

A) CHIMICA

1. Richiami di matematica e di fisica. Numeri esponenziali, proprietà delle potenze, logaritmi, operazioni con i logaritmi, formule dirette e formule inverse, grandezze fisiche (fondamentali e derivate), unità di misura e Sistema Internazionale (SI), prefissi e suffissi nel SI, notazione scientifica.

2. Gli Stati di aggregazione della materia. Passaggi di stato, composizione della materia, sostanze pure e miscele, elementi e composti, miscele omogenee ed eterogenee.

3. Atomo e struttura della materia. Particelle sub-atomiche (elettroni, protoni e neutroni), numero atomico e numero di massa. Isotopi, abbondanza naturale e massa atomica relativa. Unità di massa atomica. La tavola periodica degli elementi. Principali gruppi della tavola periodica: metalli (alcalini, alcalino terrosi), metalli di transizione, lantanidi, attinidi, non-metalli (alogeni), gas nobili.

4. I modelli atomici. Modello di Thomson, modello di Rutherford, modello di Bhor, modello atomico ad orbitali. Funzione d’onda. Cenni di Meccanica Quantistica. Dualismo onda-corpuscolo.  Principio di indeterminazione di Heisenberg. Definizione di orbitale. Numeri quantici: numero quantico principale, numero quantico secondario, numero quantico magnetico, numero quantico di spin. Orbitali s, p, d e f. Principio di esclusione di Pauli. La Configurazione elettronica. I Livelli energetici. Regola di Hund. Regola della diagonale. Orbitali degeneri. 

5. Il legame chimico. Elettroni del guscio di valenza. La regola dell'ottetto. Le molecole e i legami chimici. Formule molecolari e formule di struttura. Potenziale di ionizzazione, affinità elettronica ed elettronegatività. Teoria del legame di valenza. Il legame covalente puro. Il legame covalente polare. Il legame dativo. Il legame ionico. I legami deboli: legame a idrogeno e forze di Van der Waals. Il legame metallico.

6. Formule di struttura di Lewis. Strutture di Lewis di atomi, ioni poliatomici e molecole. Costruzione di strutture di Lewis a partire da formule molecolari. Strutture limite e ibridi di risonanza. 

7. Teoria del legame di valenza. Orbitali atomici ibridi e geometria molecolare (tetraedrica, trigonale planare, lineare). Ibridazione sp, sp2, sp3. Ibridazione del carbonio (sp, sp2, sp3). Esempi. Legami sigma e legami pi-greco. 

8. La massa molecolare. Il numero di Avogadro. Il concetto di mole. 

9. Definizione di reazione chimica. Classificazione delle reazioni chimiche (sintesi, decomposizione, scambio, doppio scambio). Reazioni reversibili e irreversibili. Reazione diretta e inversa. Coefficienti stechiometrici. Bilanciamento delle reazioni chimiche. La legge di conservazione di massa. Lo stato di ossidazione. Regole per determinare lo stato di ossidazione. Numero di ossidazione più comune degli elementi.  Reazioni di ossido-riduzione. Definizione di agente ossidante e agente riducente.

10. Cinetica chimica. Energia di attivazione. Stato di transizione. Definizione di catalizzatore. Profili energetici di reazioni catalizzate e non catalizzate.

11. Le soluzioni. Definizione di soluto e solvente. Solubilità. Soluzione satura e corpo di fondo. Fattori che influenzano la solubilità. La concentrazione. Soluzioni concentrate e diluite. Concentrazione percentuale: concentrazione peso-volume, concentrazione volume-volume, concentrazione peso-peso.  La Molarità. Regole di solubilità. Equilibrio chimico.  La costante di equilibrio. Principio dell’equilibrio mobile. 

12. Acidi e basi. Teoria di Brønsted – Lowry. Definizione di acido coniugato e base coniugata. Equilibri di dissociazione acido-base in soluzione acquosa. Costante di dissociazione acida e basica. L'equilibrio di dissociazione dell'acqua. Il prodotto ionico dell’acqua. Definizione di soluzioni acide, basiche e neutre. Acidi forti e deboli. Basi forti e deboli. Acidi monoprotici e poliprotici. Reazioni acido-base. Definizione di sale. pH e pOH. Calcolo del pH e del pOH in varie soluzioni. La scala del pH. La misura del pH: le cartine indicatrici. 

13. Cenni di chimica organica. Alcuni dei principali elementi chimici delle molecole organiche: H, C, N, O, S, alogeni. La chimica del carbonio. Formule di struttura di composti organici: formule di lewis, formule razionali e formule condensate. Ibridazioni dell’atom di carbonio: sp3, sp2 ed sp. Legami sigma e legami pi-greco: legami semplici, doppi e tripli. La chimica dell’ossigeno, dell’azoto, dello zolfo e dell’idrogeno. Composti organici con catene aperte (lineari o ramificate) e con catene cicliche. I gruppi funzionali. Classificazione degli idrocarburi. Idrocarburi alifatici: alcani, alcheni e alchini. Ibridazione del carbonio negli idrocarburi alifatici Nomenclatura sistematica degli idrocarburi alifatici. Esempi di vari idrocarburi alifatici. I radicali alchilici: metile, etile e propile. Definizione di isomeria. Isomeria di catena. Stereoisomeria di conformazione.  Conformazioni limite: sfalsata ed eclissata. Esempi di stereosisomeria conformazionale: etano e butano. Isomeria geometrica. Isomeria ottica: definizione di stereocentro, definizione di chiralità e proprietà degli enantiomeri.  Idrocarburi aromatici. Delocalizzazione elettronica. Radicale arilico. Derivati del benzene. Sostituenti orto- meta- e para-. Idrocarburi aromatici policiclici. Composti eterociclici aromatici. Alcoli. Classificazione degli alcoli e nomenclatura. Alcoli aromatici. Aldeidi e chetoni, acidi carbossilici, eteri, ammine (classificazione delle ammine), ammidi. Cenni di nomenclatura. Gli amminoacidi.  Il legame peptidico.

 

B) PROPEDEUTICA BIOCHIMICA

1. CENNI DI CHIMICA GENERALE. Gli elementi chimici della materia vivente. L'acqua. Dissociazione elettrolitica, dissociazione dell'acqua, pH. Acidi e basi. Tamponi biologici.

2. CENNI DI CHIMICA ORGANICA. Idrocarburi saturi, insaturi, aromatici. Alcoli, fenoli, eteri e tioli. Il gruppo carbonilico, aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici e loro derivati. Ammine e ammidi.

3. LA BIOCHIMICA. Che cos'è la biochimica, studio delle molecole biologiche. Principi generali della nutrizione.

 

C) LE BIOMOLECOLE.

4. CARBOIDRATI. Monosaccaridi, oligosaccaridi, polisaccaridi

5. LIPIDI. Triacilgliceroli, acidi grassi; colesterolo e derivati; lipidi di membrana e cenni sulla struttura e la funzione delle membrane biologiche.

6. ACIDI NUCLEICI, BASI MOLECOLARI DELL'EREDITARIETA' ED ESPRESSIONE GENICA. Nucleotidi. Struttura del DNA e del RNA. Cenni sui meccanismi di replicazione, trascrizione e traduzione.

7. AMMINOACIDI, PEPTIDI E PROTEINE. Funzione delle proteine. Amminoacidi. Legame peptidico e peptidi. Struttura delle proteine. Classificazione e proprietà delle proteine. Collagene.

8. EMOPROTEINE. Emoglobina, mioglobina, citocromi. Il trasporto dell'ossigeno e della CO2.

9. SISTEMA CONTRATTILE. Le proteine contrattili actina e miosina, il meccanismo della contrazione muscolare. Fonti energetiche per la contrazione muscolare.

 

D) METABOLISMO

10. ENZIMI. Ruolo degli enzimi nel metabolismo. Principali caratteristiche biochimiche degli enzimi. Meccanismi di regolazione dell'attività enzimatica. 

11. VITAMINE. Ruoli e funzioni biologiche delle vitamine liposolubili e idrosolubili

12. METABOLISMO DEI CARBOIDRATI. Glicolisi, acidosi lattica, glicemia, diabete, metabolismo del glicogeno.

13. METABOLISMO DEI LIPIDI, AMMINOACIDI E PROTEINE. Catabolismo dei lipidi e degli amminoacidi. Ureogenesi. Cenni alla digestione delle macromolecole biologiche.

14. METABOLISMO CENTRALE. Metabolismo energetico, sintesi di ATP. Ciclo degli acidi tricarbossilici. Trasporto elettronico e fosforilazione ossidativa.

A) CHEMISTRY.

Basis in Mathematics and Physics: Numbers, Measures, Base Units, The International System (SI) of Units. Prefixes and suffixes in SI, Scientific notation. Operations with exponential and logarithmic numbers. Exercises.
What is Chemistry? The experimental method. The states of matter. Atom and structure of Elements. Atomic mass and atomic weight numbers, isotopes, molecular mass and Mole concept.
The basis of the periodic system: the Periodic Table of the elements. Main group elements: Alkali Metals, Alkaline Earth Metals, Transition Metals group, Boron group, Carbon Group, Nitrogen Group, Chalcogens, Halogens, Noble Gases. Variations of some physical & chemical properties over periods and groups. The Avogadro's number.
Symbols and chemical formulas, chemical reactions, stoichiometry and Mole relations in balanced equations. Empirical formula, molecular formula, structural formula. Some chemical reactions (synthesis, decomposition, exchange and double exchange reactions). Balance chemical equation and stoichiometric calculations. Exercises.
Atoms, ions, molecules. Electronegativity. Chemical bonds. Pure covalent bond. Polar covalent bond. Ionic bond. Hydrogen bond. Aggregation states of matter: intramolecular and intermolecular interactions. Dipolar interactions, hydrogen bonding, van der Waals forces. Liquids, solids and phase transitions. Electronic atomic structure.
Waves, wave propagation. Diffraction. Wavy and corpuscular theory of light. Quantum Mechanics. Definition of orbital. s, p, and d orbital. Atomic orbitals. Electronic configuration. Energy levels. Heisenberg's principle. Pauli's principle. Aufbau's principle. Hund's rule for degenerate orbitals. Physical properties of elements as provided by the electronic structure. Valence electrons.
Lewis structure formulas. Valence bond theory. Hybrid atomic Orbitals. Hybridization. Hybridization of carbon (sp, sp2, sp3). Sigma and pi bonds. Exercises.

Definitions of Solute, solvent and solutions. Concentration. Molar concentration: Molarity. Solubility. The solubility rules. Chemical equilibrium and equilibrium solutions examples. Water solutions and electrolytes. The water dissociation equilibrium. Strong and weak electrolits. Equilibrium constant. Law of mass action. Stoichiometric coefficients. Some chemical reactions. Precipitation reactions.
Brønsted concept of Acids and Bases. Acid-base reactions. Strong acids/bases, weak acids/bases. Polyprotic acids. pH. Calculation of pH in various solutions. Dissolution of salts and related pH values. Acid-base titration curves (strong acid + strong base, weak acid + strong base, strong acid + weak base, weak acid + weak base). The pH indicators. Exercises.
Oxidation number. Redox Reactions and balancing. Examples.
Organic chemistry definition. Some of the main chemical elements in Organics: H, C, N, O, S, halogens. condensed formula and skeletal formulas in Organic Chemistry. Lewis Formulas.
Hybrid Orbitals and carbon hybridization (sp3, sp2, sp). The isomers. Structural isomers, stereoisomers, conformational and configurational isomers, geometric isomers and stereoisomers.
The functional groups and some of the main organic compounds: alicyclic hydrocarbons (cycloalkanes, cycloalkenes, cyclodienes, cycloalkanes), aromatic hydrocarbons and polynuclear and etherocyclic compounds, alcohols, aldehydes and ketones, carboxylic acids, esters, ethers , amines, amides. Nomenclature. Exercises.

B) INTRODUCTORY CONCEPTS.

1. FUNDAMENTAL CHEMICAL CONCEPTS. Chemical elements of living matter. The role of water. Electrolytic dissociation, dissociation of water, pH. Acids and bases. Biological buffers.

2. FUNDAMENTALS IN ORGANIC CHEMISTRY. Saturated, unsaturated and aromatic hydrocarbons. Alcohols, phenols, ethers and thiols. The carbonyl group, aldehydes and ketones. Carboxylic acids and their derivatives. Amines and amides.

3. FUNDAMENTALS IN BIOCHEMISTRY. What is the biochemistry, the study of biological molecules. General principles of nutrition.

 

C) BIOMOLECULES.

4. CARBOHYDRATES. Monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides

5. LIPIDS. Triacylglycerols, fatty acids; cholesterol and derivatives; membrane lipids and notes on the structure and function of biological membranes.

6. NUCLEIC ACIDS, MOLECULAR BASIS OF GENE HEREDITY AND GENE EXPRESSION. Nucleotides. Structure of DNA and RNA. Outline of the mechanisms of replication, transcription and translation.

7. AMINO ACIDS, PEPTIDES AND PROTEINS. Protein function. Amino acids. Peptides and peptide bond. Protein structure. Classification and properties of proteins. Collagen.

8. HEME PROTEINS. Hemoglobin, myoglobin, cytochromes. The transport of oxygen and CO2.

9. MUSCLE CONTRACTION. Contractile proteins actin and myosin, the mechanism of muscle contraction. Sources of energy for muscle contraction.

 

D) METABOLISM

10. ENZYMES. Role of enzymes in metabolism. Main biochemical characteristics of enzymes. Mechanisms of regulation of enzyme activity.

11. VITAMINS. Roles and biological functions of fat soluble and water-soluble vitamins.

12. METABOLISM OF CARBOHYDRATES. Glycolysis, lactic acidosis, glycemia, diabetes, glycogen metabolism.

13. METABOLISM OF LIPIDS, AMINOACIDS AND PROTEINS. Catabolism of lipids and amino acids. Ureogenesis. Digestion of biological macromolecules.

14. CENTRAL METABOLISM. Bioenergetics and catabolism. Energy metabolism, synthesis of ATP. Citric acid cycle. Electron transport and oxidative phosphorylation.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Le lezioni dell'insegnamento hanno una durata complessiva di 64 ore, suddivise in 24 ore per il modulo di chimica e 40 ore per il modulo di biochimica. Salvo ulteriori restrizioni ingenerate dall'andamento pandemico, che verranno prontamente comunicate, la modalità di somministrazione del corso prevede lezioni frontali in presenza con eventuali videoregistrazioni delle medesime sulla piattaforma Webex, in ogni caso verranno fornite lezioni video registrate o audio-presentazioni specificatamente allestite. Il materiale didattico verrà reso disponibile tramite la piattaforma Moodle attraverso la pagina E-Learning. Le istruzioni per l’utilizzo della piattaforma sono disponibili a questo link. Fino a quando l’emergenza sanitaria sarà in corso, la frequenza alle lezioni non sarà obbligatoria.

Teaching classes last 64 hours, 24 hours for Chemistry module and 40 hours for Biochemistry Module. Provided there have been no later restrictions due to the pandemic situation, which will be promptly communicated, the course’s methods of administration provide front lectures in attendance with possible video records of the same on the Webex platform. In any case, video records lessons or audio presentations will be supplied, specifically prepared. The teaching material will be available by means of the Moodle Platform through the E-learning page. Instructions on how to use the platform are available at this link. As long as the medical emergency is ongoing, attendance to lectures is not mandatory.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame del corso di Elementi di Chimica Biologica è scritto, con domande a risposta multipla su piattaforma Moodle. Per accedere alla piattaforma occorre conoscere le proprie credenziali di login (username e password) sul sistema di ateneo (credenziali della posta elettronica unito). Il numero di domande di Chimica e Biochimica è rapportato al peso in CFU dei due moduli (3 CFU per il modulo di Chimica e 5 CFU per il modulo di Biochimica). Per ulteriori dettagli sulla struttura dell’esame scritto si rimanda alla lezione introduttiva di ciascun modulo, disponibile sulla piattaforma Moodle.

 

The exam is a written multiple-choice test, taken on the platform MOODLE. This requires login with the student username and password used for the email of Unito. The number of Chemistry and Biochemistry questions is related to the weight in CFU of the two modules (3 CFU for the Chemistry module and 5 CFU for the Biochemistry module). For further details on the structure of the written exam, please refer to the introductory lecture of each module, available on the Moodle platform.

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Slides del corso

CHIMICA:

M. Stefani e N. Taddei, "Chimica, biochimica e biologia applicata" (III edizione), Zanichelli,  2015. (Capitoli 1-10).

T. Bellini, "Chimica medica e propedeutica biochimica", Zanichelli, 2017. (per integrazioni).

 

BIOCHIMICA:

A. Di Giulio, A. Fiorilli, C. Stefanelli. Biochimica per le scienze motorie, 2011, Casa Editrice Ambrosiana.

D.L. Nelson, M. M. Cox. Introduzione alla biochimica di Lehninger, 4° Edizione, 2011, Zanichelli Editore.

F.A. Betteheim, W.H. Brown, M.K. Campbell, S.O. Farrell. Chimica e Propedeutica Biochimica, Edises

 

Slides of the lectures.

CHEMISTRY:

M. Stefani e N. Taddei, "Chimica, biochimica e biologia applicata" (III ed., Zanichelli,  2015. (Chapters 1-10).

T. Bellini, "Chimica medica e propedeutica biochimica", Zanichelli, 2017.

 

BIOCHEMISTRY:

A. Di Giulio, A. Fiorilli, C. Stefanelli. Biochimica per le scienze motorie, 2011, Casa Editrice Ambrosiana.

D.L. Nelson, M. M. Cox. Introduzione alla biochimica di Lehninger, 4° Edizione, 2011, Zanichelli Editore.

F.A. Betteheim, W.H. Brown, M.K. Campbell, S.O.



Oggetto:

Orario lezioniV

GiorniOreAula
Lunedì16:00 - 19:00
Giovedì13:30 - 16:30

Lezioni: dal 11/10/2021 al 21/01/2022

Nota: Lunedì: Professor Gilardi
Giovedì: Professoressa Crocellà

Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    01/09/2021 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    01/06/2022 alle ore 00:00
    N° massimo di studenti
    260 (Raggiunto questo numero di studenti registrati non sarà più possibile registrarsi a questo corso!)
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 16/09/2021 16:59
    Non cliccare qui!