96023 - CELL PHYSICAL CHEMISTRY AND QUANTITATIVE BIOLOGY

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze i) sui principi chimico fisici che governano i processi di trasformazioni energetiche, di diffusione e la cinetica di tali processi nelle cellule; ii) su metodi e approcci chimico-fisici quantitativi per la biologia. Comprende come fare misure accurate per verificare una ipotesi predefinita e come comparare i dati sperimentali ottenuti con le predizioni generate da modelli teorici. Lo studente è quindi in grado di utilizzare strumenti di calcolo e sperimentali per la descrizione quantitativa dei processi cellulari.

Contenuti

Chimica fisica cellulare e biologia cellulare attraverso i numeri

La geografia delle cellule:

Le loro strutture, le molecole che le popolano e come variano nel tempo.

i) Dimensioni e Geometria.

Cellule, organelli, elementi costitutivi cellulari, virus. Visualizzazione di cellule e componenti cellulari, un excursus sulle tecniche all'avanguardia.

ii) Censimento molecolare delle cellule: concentrazioni e numeri assoluti.

iii) Forze ed Energie.

La biologia incontra la chimica fisica: primo e secondo principio termodinamico. Energia libera ed energia libera nelle reazioni (bio)chimiche, equilibrio. Regole di entropia ed entropia nella cella.

Forze, Bilancio energetico nella cellula.

iv) Stati della materia. Diagrammi di fase e transizioni di fase. Sistemi con più fasi o componenti. Potenziali chimici. Proprietà di soluzioni a due componenti. Proprietà colligative. Focus su DNA, proteine e membrane biologiche.

v) Velocità e Durata dei processi. Scale temporali per piccole molecole, dogma centrale, altri processi cellulari, ciclo di vita delle cellule. Cinetica chimica: velocità di reazione, ordine e molecolarità. Catalisi enzimatica. Dinamica cellulare e processi di diffusione nella cellula.

vi) Cenni sull'imaging funzionale di cellule viventi e biosensori.

Fondamenti di biostatistica

Come trattare i dati quantitativi:

Cenni di statistica e probabilità con applicazioni ai dati sperimentali. Analisi e presentazione dei dati. Teoria ed esercizi.

Laboratorio:

Esperienze su: i) transizione di fase del DNA; ii) Determinare le velocità e la cinetica di una reazione biochimica; iii) Misurazione chimico-fisica quantitativa dell'attività metabolica delle cellule.

Testi/Bibliografia

Appunti di lezione e slides

Articoli dalla letteratura scientifica

Ron Milo, Rob Phillips. “Cell Biology by the numbers”. 1^st Ed. 2015

Whitlock, Schluter. "The Analysis of Biological Data". 2nd 2015 or 3rd Edition

Rob Phillips, Jane Kondev, Julie Theriot "Physical Biology of the Cell". 2nd Ed. 2012

P.W. Atkins, J. De Paula, Physical Chemistry for the Life Sciences, 2nd Edition

Metodi didattici

Lezioni frontali (32 ore) . Le lezioni frontali verranno affiancate da esercitazioni numeriche (ca 2 ore alla settimana per un totale di 12 ore) e da esercitazioni di laboratorio (15 ore per studente) durante le quali verranno proposti esempi relativi agli argomenti esposti a lezione e che permetteranno allo studente di acquisire competenza nella trattazione quantitativa dei sistemi reattivi.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei Moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione, in presenza, al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio, oppure, su Microsoft Teams, se questa è la modalità scelta dal Formatore. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di accertamento consiste in una parte scritta ed una orale. Durante la prova scritta allo studente verrà richiesto di risolvere alcuni esercizi numerici simili a quelli svolti durante il corso. Lo studente che avrà superato lo scritto potrà sostenere la prova orale volta all'accertamento della comprensione della parte teorica del corso e delle esercitazioni di laboratorio. Verrà inoltre valutata la partecipazione al laboratorio attraverso una relazione scritta sulle attività svolte.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, laboratori, PC, piattaforma di supporto online alla didattica.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Stefania Rapino