Introduzione alla biologia cellulare e molecolare: La cellula. DNA, RNA. Proteine. Lipidi e membrane cellulari
Le forze a livello molecolare: Forze viscose. Forze elastiche. Forze termiche. Forze chimiche. Termodinamica dei sistemi viventi.
Biofisica molecolare: Motori molecolari. Meccanica dei polimeri biologici. Interruttori molecolari. Canali ionici. Tecniche di indagine di singole molecole biologiche.
Biofisica cellulare: Il neurone. Il muscolo. Meccanotrasduzione. Meccanosensazione.
- J. Howard, "Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton", Sinauer Associates, inc. Publishers
- "An introduction to single molecule biophysics", edited by Yuri L. Lyubchenko, CRC Press
- G.M.Cooper and R.E.Hausman “La Cellula – un approccio molecolare” Piccin Editore
- ERIC R. KANDEL, JAMES H. SCHWARTZ, THOMAS M. JESSELL, STEVEN A. SIEGELBAUM, A. J. HUDSPETH, “PRINCIPLES OF NEURAL SCIENCE", Fifth Edition, McGraw-Hill
- Daniel Johnston and Samuel M. Wu, "Foundations of Cellular Neurophysiology", A Bradford Book
Obiettivi Formativi
Il corso ha l'obiettivo di fornire i fondamenti della moderna biofisica molecolare, illustrando numerosi esempi dell'applicazione dei principi fisici a sistemi biologici e descrivendo le principali pubblicazioni scientifiche che hanno contribuito ha delineare la biofisica molecolare. Tali fondamenti verranno utilizzati per descrivere sistemi cellulari complessi quali il neurone e il muscolo e processi cellulari quali la meccanotrasduzione e meccanosensazione
Prerequisiti
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Metodi Didattici
Lezioni frontali
Altre Informazioni
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Modalità di verifica apprendimento
Esame orale
Programma del corso
Introduzione alla biologia cellulare e molecolare
• La cellula (eucariota, procariota)
• DNA, RNA. La catena della sintesi proteica.
• Proteine (struttura primaria, secondaria, terziaria, quaternaria)
• lipidi e membrane cellulari
Le forze a livello molecolare
• forze viscose:
- i) le basi molecolari delle forze viscose ii) numero di Reynolds
• forze elastiche:
- i) le basi molecolari delle forze elastiche ii) la dinamica sovra-smorzata di proteine, citoscheletro e cellule
• forze termiche:
- i) Legge di Boltzmann ii) Equipartizione dell’energia iii) Diffusione e moto Browniano iv) spostamento quadratico medio
• “forze” chimiche:
- i) Enzimi ii) Cambiamenti conformazionali iii) cinetica enzimatica iv) Reazioni bimolecolari v) Teoria di Eyring e Kramers vi) coordinate di reazione vii) dipendenza delle reazioni con il potenziale e la forza
• Termodinamica dei sistemi viventi: energia libera, entropia, ordine
Biofisica molecolare
• motori molecolari:
- i) motori processivi e non processivi. ii) motori lineari e rotativi iii) ciclo chemo-meccanico. iv) meccanoregolazione della processività. v) “thermal ratchet”
• meccanica dei polimeri biologici:
- i) citoscheletro ii) DNA iii) curva forza-estensione di macromolecole e DNA iv) modelli “worm-like chain”
• Interruttori molecolari:
- i) Repressore Lac e regolazione genica. ii) Diffusione facilitata
• Canali ionici, canali voltaggio-dipendenti e canali meccanosensibili
• Cenni di tecniche di indagine di singola molecola: i) Registrazioni di singolo canale (“patch clamp”) ii) Microscopia ottica di singola molecola iii) Microscopia di Forza Atomica iv) Pinzette ottiche v) Pinzette magnetiche
Biofisica cellulare
• il neurone
- i) potenziale di membrana ii) potenziale d’azione iii) reti neuronali iv) nervi, muscoli, sinapsi v) Misura e induzione di segnali elettrici in cellula: “patch clamp”, elettrostimolatori, fluorofori sensibili al potenziale, optogenetica.
• Il muscolo
- i) accoppiamento eccitazione/contrazione ii) teoria dello scorrimento dei filamenti iii) meccanoregolazione della contrazione muscolare iv) Misura della contrazione muscolare dalla singola molecola alla cellula
• Meccanotrasduzione e Meccanosensazione
i) Meccanotrasduzione: conversione di segnali meccanici in segnali biochimici ed elettrici. i) Sviluppo cellulare e meccanotrasduzione. ii) Adesione e meccanotrasduzione. iii) Microscopia di forza iv) Misure di viscoelasticità e rigidità cellulare. v) Modelli cellulari meccanobiologici.
ii) Meccanosensazione: l’orecchio i) processamento delle onde acustiche nell’orecchio ii) hairy cells iii) meccanotrasduzione e meccanosensazione