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Oggetto:
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Elementi di chimica biologica - Asti

Oggetto:

ELEMENTS OF BIOLOGICAL CHEMISTRY

Oggetto:

Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
SUI0159
Docenti
Prof. Gianfranco Gilardi (Titolare del corso)
Dott. Federico Cesano (Titolare del corso)
Corso di studi
[091701] SCIENZE DELLE ATTIVITÀ MOTORIE E SPORTIVE
Anno
2° anno 3° anno
Periodo didattico
Annuale
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
BIO/10 - biochimica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto
Prerequisiti

NESSUNO


NONE
Propedeutico a

FISIOLOGIA GENERALE

GENERAL PHYSIOLOGY
Oggetto:

Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire le conoscenze di base sulla chimica degli organismi viventi con particolare riferimento all'uomo. Tali conoscenze comprendono la struttura e l'organizzazione della materia vivente (struttura e funzione delle principali macromolecole biologiche) ed i meccanismi biochimici alla base del mantenimento dell'omeostasi negli organismi viventi (metabolismo, respirazione).

 

This course aims at providing essential information on biochemistry of living organisms, with particular reference to humans. This information includes structure and organization of living organisms (structure and function of the main biological macromolecules) and biochemical mechanisms used by living organisms for maintenance of homeostasis (metabolism, respiration)

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza di base del linguaggio scientifico e dei concetti basilari di chimica. Conoscenza delle basi molecolari della struttura e delle funzioni degli organismi viventi, con particolare riferimento all'uomo.

Basic knowledge of the scientific language and of  basic concepts in Chemistry. Fundamental knowledge of molecular basis of structure and functions of living organisms, with particular reference to humans.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

 Il corso si compone di 24 ORE (MODULo DI CHIMICA) e di 40 ore (MODULO DI BIOCHIMICA) di lezioni teoriche. Le slide presentate a lezione sono fornite agli studenti nel materiali didattico disponibile online

The course consists of 24 hours (Chemistry module) and 40 hours (Biochemistry Module) of lectures. The slides presented during lectures are essential and they are available to students as online material.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Scritto di 33 domande a risposta multipla da rispondere in 30 minuti a

disposizione. Ogni risposta esatta equivale ad 1 punto. Il voto finale è dato dalla somma dei punti. Risposet non esatte non portano penalità, cioè non comportano la sottrazione di punti.  Qualora il numero di risposte esatte superi il 30 il voto finale corrisponderà al 30 e LODE.

Per iscriversi all'esame occorre prenotarsi sul sito UNITO.

Occorre presentarsi all'esame con il libretto universitario o con un documento di identità valido.

Non si può sostenere l'esame più di 3 volte durante uno stesso anno accademico.

 

 

Written multiple choice test made of 33 questions to be answered within a total time of 30 minutes. Each correct answer allows to gain 1 mark towards the final mark that is made by the sum of all the single marks. Incorrect answers do not carry a penalty in marks (no marks are subtracted). More than 30 correct answers allows to gain 30 LODE (distinction).

In order to register for the written test, students should use the UNITO platform.

Admittance to the written test requires a valid university card or identity card that is mandatory.

A maximum of 3 attempts to the exams are allowed for each academic year.

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Programma

A) CHIMICA

Richiami di matematica e di fisica: numeri, misure, grandezze, Sistema Internazionale (SI). Prefissi e suffissi nel SI, notazione scientifica. Operazioni con i numeri esponenziali e logaritmi. Esercizi.

Cos'è la chimica? Il metodo sperimentale. Gli Stati della materia. Gli stati della materia. Atomo e struttura della materia. Massa atomica, peso atomico, isotopi, mole, massa molecolare.

Il sistema periodico, la tavola periodica degli elementi. Principali gruppi della tavola periodica: metalli (alcalini, alcalino terrosi), metalli di transizione, non-metalli (alogeni), gas nobili. Variazioni di alcune proprietà chimico fisiche lungo i periodi e lungo i gruppi. Il numero di Avogadro.

Mole, formule e reazioni. Il concetto di mole. Simboli e formule. Formula bruta e di struttura. Alcune reazioni chimiche (sintesi, decomposizione, scambio, doppio scambio). Bilanciamento. Calcoli stechiometrici. Esercizi.

Atomi, ioni, molecole. Elettronegatività. Il legame chimico. Legame covalente puro. Legame covalente polare. Legame ionico. Legame idrogeno. Forze di van der Waals. Gli stati di aggregazione della materia: interazioni intramolecolari e intermolecolari. Interazioni dipolari, legame ad idrogeno, forze di Van der Waals. Liquidi, solidi e transizioni di fase. Struttura elettronica dell'atomo.

Le onde. La propagazione delle onde. La diffrazione. Natura ondulatoria e corpuscolare della luce. Cenni di Meccanica Quantistica. Definizione di orbitale. Orbitali s, p, e d. Orbitali atomici. Configurazione elettronica. Livelli energetici. Principio di indeterminazione di  Heisenberg. Principio di esclusione di Pauli. Principio di Aufbau. Orbitali degeneri. Regola di Hund. Spiegazione delle proprietà chimico fisiche degli elementi mediante la struttura elettronica. Elettroni del guscio di valenza. Regola dell'ottetto.

Formule di struttura di Lewis. Costruzione di strutture di Lewis a partire da formule molecolari. Cenni sulla teoria del legame di valenza. Orbitali atomici ibridi. Ibridazione. Ibridazione del carbonio (sp, sp2, sp3). Legami sigma e legami pigreco. Esercizi.

Le soluzioni. Definizioni di soluto e solvente. La concentrazione. La concentrazione molare: la Molarità. La solubilità. Le regole di solubilità. Equilibrio chimico. Equilibri in soluzione. Soluzioni acquose e elettroliti. L'equilibrio di dissociazione dell'acqua. Elettroliti forti e deboli. Costante di equilibrio. Legge di azione di massa. Coefficienti stechiometrici. Alcune reazioni chimiche. Reazioni di precipitazione.

Definizione di acido e di base (acidi/basi di Brönsted). Reazioni acido-base. Acidi e basi forti, acidi e basi deboli. Acidi poliprotici. pH. Calcolo del pH in varie soluzioni. Dissoluzione di sali e relativo pH. Curve di titolazione acido-base (acido forte più base forte, acido debole più base forte, acido forte più base debole, acido debole più base debole). Gli indicatori. Reazioni di idrolisi. Sostanze anfotere. Soluzioni tampone. Esercizi.

Numero di ossidazione. Reazioni di ossido-riduzione. Bilanciamento delle reazioni REDOX. Esempi.

Definizione di chimica organica. Alcuni dei principali elementi chimici delle molecole organiche: H, C, N, O, S, alogeni. Formula bruta e formula di struttura in chimica organica. Formule di Lewis.

Orbitali ibridi e ibridazione del carbonio (sp3, sp2, sp). L'isomeria. Isomeria di catena, stereoisomeria, isomeria conformazionale e configurazionale, isomeri geometrici e stereoisomeri.

 

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. Hydrolysis reactions. Amphoteric substances. 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.

Testi consigliati e bibliografia

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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.



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Orario lezioni

GiorniOreAula
Giovedì13:30 - 16:30

Lezioni: dal 16/10/2017 al 15/06/2018

Nota: Lezioni Teoriche:
ASTISS
Area De Andrè - Asti

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Ultimo aggiornamento: 14/03/2018 13:22