Biofisica

A.A. 2020/2021
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/03 FIS/07
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'obiettivo del corso 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 del corso 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.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Le lezioni si svolgeranno su Zoom. Per gli esercizi di gruppo si utilizzeranno le breakout rooms. Le lezioni verranno svolte in modalità sincrona e registrate. Le registrazioni saranno disponibili su Ariel. Si farà uso quando possibile di piattaforme per esercizi e sondaggi online.
Programma
1. Introduzione alla biofisica
Biofisica e biologia quantitativa
Dimensoni e organizzazione della cellula
Scale di tempo dei processi cellulari
Modelli biologici: e. coli, lievito, drosophila
Energetica della cellula

2. Termodinamica e meccanica statistica dei processi cellulari
Entropia e meccanica statistica: cenni introduttivi
Rna polimerasi
Equilibrio osmotico
Sistemi a due stati
Cammino aleatorio e macromolecole
DNA, forza-estensione

3. Meccanica della cellula
Introduzione all'elasticità
Filamenti: trazione, flessione, torsione
Polimeri: "worm-like chain"
Meccanica del citoscheletro
Membrane: elasticità,forma, vescicole
Membrane attive

4. Dinamica e cinetica cellulare
Idrodinamica
Diffusione
Dinamica in ambienti affollati
Cinetica cellulare
Polimerizzazione dell'actina
Microtubuli e instabilità dinamica
Motori molecolari
Divisione cellulare
Prerequisiti
Per seguire il corso 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
Il corso prevede una serie di lezioni teoriche svolte anche con l'utilizzo di materiale multimediale. Lo studente avrà a disposizione una serie di materiali didattici (video e slide, sia prodotti dal docente che reperiti online). I materiali potranno essere consultati prima di ogni lezione e le lezioni in aula permetteranno una discussione più approfondita del materiale didattico e comprenderanno anche brevi esercizi necessari a fissare l'apprendimento.
Materiale di riferimento
Rob Phillips, Jane Kondev, Julie Theriot Herman Garcia, Physical Biology of the Cell (2nd edition). Garland Science, 2012. ISBN-13: 978-0815344506
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 0
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 0
Lezioni: 42 ore
Docente: Zapperi Stefano
Docente/i
Ricevimento:
11-12 mercoledì
zoom (inviare mail per prendere appuntamento)