Biofisica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'obiettivo dell'insegnamento è di fornire una panoramica sulla biofisica cellulare illustrando come principi fisici alla base della meccanica, della termodinamica, della idrodinamica e della cinetica influenzino il comportamento cellulare.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine dell'insegnamento avrà acquisito le seguenti abilità:
1) Conoscerà le basi del funzionamento e della struttura di una cellula.
2) Conoscerà il codice genetico e la sua funzione.
3) Sarà in grado di fornire stime quantitative per oggetti e processi rilevanti per la cellula.
4) Saprà come applicare i metodi della teoria dell'elasticità allo studio di filamenti e membrane biologiche.
5) Sarà in grado di interpretare semplici processi cellulari tramite l'uso della meccanica statistica (ad esempio: apertura di canali ionici, cinetica ligando-ricettore, variazione di conformazione delle proteine).
6) Conoscerà i modelli di base per lo studio statistico dei filamenti biologici.
7) Saprà applicare l'idrodinamica nel contesto cellulare
8) Conoscerà alcuni processi dinamici e cinetici rilevanti per il funzionamento cellulare, quali polimerizzazione, diffusione e trasporto molecolare.
1) Conoscerà le basi del funzionamento e della struttura di una cellula.
2) Conoscerà il codice genetico e la sua funzione.
3) Sarà in grado di fornire stime quantitative per oggetti e processi rilevanti per la cellula.
4) Saprà come applicare i metodi della teoria dell'elasticità allo studio di filamenti e membrane biologiche.
5) Sarà in grado di interpretare semplici processi cellulari tramite l'uso della meccanica statistica (ad esempio: apertura di canali ionici, cinetica ligando-ricettore, variazione di conformazione delle proteine).
6) Conoscerà i modelli di base per lo studio statistico dei filamenti biologici.
7) Saprà applicare l'idrodinamica nel contesto cellulare
8) Conoscerà alcuni processi dinamici e cinetici rilevanti per il funzionamento cellulare, quali polimerizzazione, diffusione e trasporto molecolare.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
1. Cellule eucariote e procariote. La struttura della cellula.
2. Le membrane cellulari. Fasi termodinamiche degli acidi grassi.
3. Proprietà elastiche della membrana lipidica.
4. Proteine trans-membrana. Elettroforesi. Pressione osmotica.
5. Canali ionici. Canali meccanosensitivi.
6. Trascrizione e traduzione. Il central dogma.
7. DNA e trascrizione. Fasi del DNA. Promotori.
8. Controllo della trascrizione. Modelli termodinamici.
9. Il caso del Lac repressor
10. Dinamica della regolazione della trascrizione
11. Dinamica della traslazione delle proteine. Gillespie algorithm.
12. Genetic switches.
13. Delayed response and oscillations. Network trascripzionali.
14. Motivi nei network trascripzionali. ATP.
15. Kinetic proofreading.
16. Neuroscienze teoriche. Il neurone.
17. Statistica deli spike. Reverse correlation.
18. Sistema visuale: retina e corteccia visuale primaria.
19. Decoding. Reti neurali.
20. Network feedfoward e ricorrente
21. Memoria associativa. Plasticità e learning
2. Le membrane cellulari. Fasi termodinamiche degli acidi grassi.
3. Proprietà elastiche della membrana lipidica.
4. Proteine trans-membrana. Elettroforesi. Pressione osmotica.
5. Canali ionici. Canali meccanosensitivi.
6. Trascrizione e traduzione. Il central dogma.
7. DNA e trascrizione. Fasi del DNA. Promotori.
8. Controllo della trascrizione. Modelli termodinamici.
9. Il caso del Lac repressor
10. Dinamica della regolazione della trascrizione
11. Dinamica della traslazione delle proteine. Gillespie algorithm.
12. Genetic switches.
13. Delayed response and oscillations. Network trascripzionali.
14. Motivi nei network trascripzionali. ATP.
15. Kinetic proofreading.
16. Neuroscienze teoriche. Il neurone.
17. Statistica deli spike. Reverse correlation.
18. Sistema visuale: retina e corteccia visuale primaria.
19. Decoding. Reti neurali.
20. Network feedfoward e ricorrente
21. Memoria associativa. Plasticità e learning
Prerequisiti
Per seguire l'insegnamento è necessario conoscere le basi della meccanica classica e della termodinamica, come insegnate nei corsi del primo e secondo anno della laurea triennale in fisica.
Metodi didattici
Lezioni frontali
Materiale di riferimento
Philips et al., Physical Biology of the Cell, Garland Science
Boal, Mechanics of the Cell, Cambridge University Press
Alon, An introduction to system biology, Chapman & Hall
Dayan & Abbott, Theoretical neuroscience, MIT Press
Boal, Mechanics of the Cell, Cambridge University Press
Alon, An introduction to system biology, Chapman & Hall
Dayan & Abbott, Theoretical neuroscience, MIT Press
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nell'insegnamento.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 3
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 3
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 3
Lezioni: 42 ore
Docente:
Tiana Guido
Siti didattici
Docente/i