588SM - Biofisica Sperimentale 2020
Section outline
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Descrizione del corso
Dalle forze inter-molecolari alla meccano biologia: una introduzione alla biofisica sperimentale.
Il corso vuole introdurre gli studenti a concetti, formalismi, metodologie e strumentazioni prettamente fisici che trovano utili applicazioni in biologia e medicina.
Il corso è suddiviso in due parti. Nella prima, dopo una essenziale introduzione ai concetti fondamentali della biologia molecolare, verranno descritte le strutture e il funzionamento di proteine e acidi nucleici con cenni di fisica dei biopolimeri, di forze intermolecolari ed dei processi di self-assembling, fibrillazione e folding; verrà discussa la relazione struttura-funzione delle proteine, processi di folding/unfolding e di formazione di fibrille amiloidi. Infine, saranno discussi la struttura della membrana cellulare, interazioni proteina-ligando e il bio-rioconoscimento molecolare.La seconda parte del corso si concentra sui principali aspetti della meccanica dei biopolimeri e cellulare, descrivendo i fenomeni di adesione cellulare, migrazione e meccanotrasduzione che regolano molte delle funzioni vitali a livello cellulare e degli organismi superiori.
Gli argomenti trattati verranno illustrati con esempi di esprimenti tratti dalla letteratura e dalle attività dirette dei docenti; con l’occasione verranno illustrate nel dettaglio le moderne tecniche sperimentali applicate alla biofisica.
Al termine del corso se possibile verrà organizzata una visita presso i laboratori di Basovizza dove gli studenti potranno svolgere un esperimento concordato con i docenti.
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Introduzione al corso (L. Casalis e D. Cojoc)
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Lezione_1 File PDF
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HS-HR AFM File PDF
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Miosina V File MOV
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Rivetti File PDF
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Argomenti:
- The cell is the basic unit of life
- Components and structure of a cell
- The importance of cell mechanics and mechanotransduction
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Lezione 1 File PDF
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Argomenti
2.1. Forces at molecular and cell level
- Physical forces and their magnitudes at the single-molecule level
- Modeling complex mechanical devices as protein machines by using three elements: Spring, Dashpot, Mass
- Mass, Stiffness and Damping of Proteins
2.2. Thermal forces, diffusion, and chemical forces
- Boltzmann’s law
- Principle of Equipartition of Energy
- Diffusion equation and Einstein relation
- Autocorrelation function and Power Spectrum
- Chemical equilibria and the effect of force on chemical equilibria
- Rate theory of chemical reactions and the effect of force on the chemical rate constant
- Ligand - receptor binding and unbinding, protein unfolding
- Single molecule force spectroscopy experiments
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3.1 Motor proteins (types, working principles) L8-L9
3.1.1.Motor proteins classification
3.1.2. Actin- and microtubule- based motor proteins.
3.1.3. Force generation by Motor Proteins
3.1.4. Muscle contraction
3.1.5. Experiment example: A myosin II nanomachine mimicking the striated muscle
3.2. Cytoskeleton structure and Force generation by the cytoskeleton. L10
3.2.1. Cytoskeleton filaments: types, structure, localization and function
3.2.2. Cytoskeleton filaments polymerization and depolymerization.3.2.3. Forces generated by polymerization / depolymerization3.2.4. Cell motility induced by cytoskeleton filaments, examples. -
Meccanobiologia cellulare 4. Experimental techniques to study cell mechanics and mechanotransduction
4.1. Cellular mechanotransduction (basic principles and examples) L11
4.2. Optical, magnetic and acoustic tweezers L7, L11
4.3. Super resolution optical microscopy techniques (STED, PALM) L12- Lab visit and experimental optical tweezers cell mechanics session at CNR IOM