Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
PHYSICS ORD. 2017

Biological physics

6

Physics of matter

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 48 0 0 85

Periodo

AnnoPeriodo
I anno2 semestre

Frequenza

Facoltativa

Erogazione

Convenzionale

Lingua

Italiano

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
25/02/201914/06/2019

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
affine/integrativo Nessun ambitoFIS/036


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof. BORTOLOZZI MARIOFIS/07Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Altri Docenti

Non previsti

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste

Bollettino

Il materiale didattico e le lezioni del docente saranno in inglese.

Il corso si propone di illustrare agli studenti alcune delle più stimolanti sfide culturali e scientifiche lanciate dalla biologia moderna e di mostrare loro come applicare i metodi della fisica per dare risposte e sviluppare nuovi modelli e nuove teorie. Insieme a conoscenze fondamentali di biologia e biofisica, lo studente acquisirà la capacità di svolgere simulazioni numeriche mediante l'utilizzo del software Matlab.

Lezioni frontali ed esercizi in aula.

Acidi nucleici, proteine e lipidi: struttura della cellula vivente, il dogma centrale della biologia, struttura primaria del DNA, la struttura a doppia elica. Forze molecolari nelle strutture biologiche: origine elettrica delle energie di interazione, interazioni tra cariche e dipoli permanenti, dipoli indotti, forze di dispersione, legami idrogeno, repulsione sterica. Proprietà elementari degli ioni in soluzione: random walk, elettrodiffusione, equazione di Nernst-Planck, sfere di idratazione e coefficienti di diffusione di piccoli ioni. Proprietà elementari dei canali: la membrana come capacitore, conduttanza di singolo canale e selettività ionica. Il canale K+. Permeabilità selettiva delle membrane: le equazioni di Goldman-Hodgkin-Katz, permeabilità dei canali a ioni diversi, il potenziale d’azione dei neuroni. Permeabilità selettiva dei canali: modelli a singolo e multi ione, applicazioni ai canali Na+ e K+. Meccanismi di apertura-chiusura dei canali: modelli ed esperimenti di patch-clamp. Agenti bloccanti dei canali. Simulazioni numeriche al livello atomico: algoritmi generali di simulazione, condizioni periodiche al contorno, termostati e barostati. Configurazione energetica: minimizzazione dell'energia, interazioni e force field, potenziale Lennard Jones, interazioni elettrostatiche, legami chimici, polarizzazioni. Dinamica delle proteine: analisi delle traiettorie, deviazioni, fluttuazioni, correlazioni. Ponti salini. Tecniche avanzate: calcoli di energie libere, potenziale di forza media. Struttura e funzione dei canali di membrana: calcolo di conduttanze e permeabilità di singolo canale di connessina.

La verifica finale consiste in una prova scritta a risposte multiple riguardante gli argomenti del corso ed la simulazione in Matlab di un semplice modello biologico.

La prova d'esame mira ad accertare l'acquisizione delle conoscenze di base fornite dal corso, nonché la capacità di comprendere e risolvere problemi biofisici.

M. Daune, Molecular Biophysics. : Oxford University Press, 1999 Meyer B. Jackson, Molecular and Cellular Biophysics. : Cambridge University Press, 2006

Slide Power Point, filmati e dispense fornite dal docente.