Scienze delle Attività Motorie e Sportive L-22 - Asti

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

FISIOLOGIA GENERALE

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.

  

 

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.

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.

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.

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.

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