- Docente: Gastone Castellani
- Crediti formativi: 6
- SSD: FIS/07
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Fisica (cod. 8025)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, lo studente acquisisce una visione generale della biologia e dei suoi problemi, in relazione ai vari livelli di complessità, e ai metodi fisico-quantitativi e computazionali per affrontarne alcuni aspetti, soprattutto quelli sistemici ('System Biology'), con particolare atenzione al Sistema Nervoso e Immunitario (Apprendimento e Memoria). In particolare, lo studente conosce i principi di alcune tecniche sperimentali di tipo fisico applicabili allo studio dei sistemi biologici con particolare riguardo: - agli aspetti elettrofisiologici; - alle tecniche di 'imaging cellulare e subcellulare' (tra cui microscopia ottica, confocale, tecniche di fluorescenza, microscopia elettronica e a forza atomica, patch clamp ecc.); - alle tecniche di biologia molecolare e di analisi su larga scala dell'espressione genica allo scopo di costruire modelli predittivi multiscala di funzioni biologiche.
Contenuti
(2 h per argomento)
Introduzione al corso: schema del corso, e sua divisione. Caratteristiche fondamentali degli organismi viventi
Composizione degli organismi: natura fisico-chimica degli organismi, principali composti chimici
Struttura di un organismo: cellule, tessuti, organi; in particolare struttura e funzione dei vari compartimenti e organuli cellulari
Richiami di termodinamica; termodinamica e metabolismo
Processi metabolici fondamentali, alla luce della termodinamica
Enzimi: loro proprietà generali e cinetica
Richiami sulle funzioni fondamentali degli organismi: evoluzione e genetica
Processi fondamentali in una cellula: replicazione (mitosi e meiosi), trascrizione e traduzione
Processi fondamentali in un cellula: signalling cellulare
Trasporto di informazione negli organismi viventi
Evoluzione degli organismi (cenni)
Struttura e funzione dei neuroni, loro proprietà elettriche
Nel primo modulo sono incluse le descrizioni delle seguenti tecniche con visita ai laboratori specifici:
a) citofluorimetria
b) Microscopio confocale (e alcune applicazioni di microscopia a fluorescenza)
c) Microscopio elettronico
d) Microscopio a forza atomica
(gli altri laboratori saranno visti all'interno del secondo modulo)
Introduzione ai modelli biologici
Principali caratteristiche del signaling elettrico-biochimico intra ed intercellulare; plasticità sinaptica e reti neurali: modello Hebbiano, anti-Hebbiano e BCM. Modelli fisici del sistema immunitario e del sistema nervoso. Studio delle reazioni biochimiche cellulari, delle interazioni geniche e proteiche con un approccio cinetico-dinamico e cenni al ruolo del noise ed alla Master equation in Biofisica e Biologia dei sistemi (noise estrinseco ed intrinseco).
Basi teoriche
Imaging: cenni di ottica e ottica non lineare; fenomeni di fluorescenza, fosforescenza, luminescenza
Genomica/proteomica: meccanismi di controllo dell'espressione genica; RNA interferenza e silenziamento genico; approccio Systems Biology
Biochimica e biologia sintetica: motori molecolari; nano e microbiotecnologie, microfluidica.
Bioelettromagnetismo: meccanismi di interazione campi e.m. e materia biologica; neurobiofisica.
Tecniche sperimentali
Tecniche di coltura cellulare su diversi substrati.
Microscopia a fluorescenza; imaging molecolare a singola cellula (TIRF, Time Lapse Imaging); Tecniche di misurazione dell'attività elettrica cellulare: Patch Clamp; registrazione di correnti cellulari macroscopiche (whole cell recording); registrazione di correnti da singolo canale ionico (single channel recording).
Misure di espressione genica: RT-PCR, microarray, Chip-Chip array, exon array.
Argomenti avanzati
Origine della vita
Esobiologia ed Astrobiologia
Costruzione di apparati di misura e progettazione di esperimenti
Testi/Bibliografia
Dispense ed appunti delle lezioni
Cellular Biophysics Weiss MIT Press
Metodi didattici
Lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Esame orale finale: illustrazione di una tematica a scelta dello studente con due domande a scelta del docente.
Strumenti a supporto della didattica
Dispense ed esercitazioni al computer
Link ad altre eventuali informazioni
Orario di ricevimento
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