BIOPHYSICS

Le scienze biologiche e ambientali stanno vedendo un ritmo serrato di scoperte ed innovazioni. Un certo numero di progressi tecnici hanno avuto un impatto molto forte su questi settori, aprendo possibilità che non erano immaginabili solo pochi anni fa. La Biofisica fa uso di concetti e e tecniche fisiche per affrontare i problemi della biologia ed dell’ecologia ed ha avuto molto successo nell’illuminare aspetti fondamentali dei problemi biologici a livello molecolare. Obiettivi del corso sono lo studio di alcuni fenomeni biologici attraverso principi fisici. Esso vuole costituire un ampliamento della base culturale degli studenti di fisica ad un settore in rapido sviluppo e di notevole interesse, sia dal punto di vista fondamentale che dal punto di vista dello sviluppo di possibili applicazioni di interesse del territorio.

Lezioni frontali

Laurea triennale in Fisica o Chimica

La frequenza delle lezioni è obbligatoria. Ogni singolo studente dovrà frequentare almeno il 70% delle lezioni svolte.

1 La vita e la sua base fisica: Che cos'è la vita? Definizione degli organismi viventi. La vita e l'energia. Perché gli organismi hanno bisogno di energia ?
2. Forze ed energie a scala nanometrica: Interazioni intermolecolari e screening elettrostatico. Adesione chimica e stabilità delle molecole.
3. La composizione chimica dei sistemi viventi. Struttura elettronica degli atomi più importanti dal punto di vista biologico. Le stranezze dell’acqua. Il carbonio e le sue peculiarità. Le quattro classi di mattoni biologici ed i loro gruppi funzionali caratteristici. La struttura e le proprietà fisiche del DNA dell’ RNA, delle proteine e della membrana cellulare.
5. Struttura e funzione delle proteine. Dai polimeri alle macchine molecolari. Le interazioni deboli. L'organizzazione strutturale delle proteine: livello primario, secondario, terziario e quaternario di organizzazione. Proteine globulari e fibrose. La stabilità delle proteine. Moto mediante le proteine. Gli enzimi.
6. Le tecniche fisiche e la biologia. Vari tipi di analisi microscopiche. Tecniche di microscopia tradizionale. SEM e TEM. Microscopia di fluorescenza. Microscopia confocale e multifotoni.
7. La cellula. La cellula come unità di base dell'organizzazione biologica. I componenti: membrane, citoscheletro, organelli. Il ruolo centrale delle macromolecole: proteine, acidi nucleici, carboidrati. La tensione superficiale e le proprietà meccaniche delle membrane cellulari. Il moto browniano la viscosità e la loro influenza sul moto delle particelle nella cella. Struttura di base delle cellule procariote ed eucariote. I mitocondri e la generazione di ATP. Il flusso di energia ed informazione nella cellula.
8. La membrana cellulare. Il doppio strato lipidico. Il controllo dei flussi transmembrana: proteine di membrana, trasporto passivo rispetto a quello attivo, la fusione e il rilascio esocitotico. Bioenergetica: batteriorodopsina, fotosintesi, il ruolo dell’ ATP e la struttura dell’ ATPsintasi. Chemiosmotica.
9. Il citoscheletro. Il ruolo del citoscheletro nel movimento cellulare. Il ruolo dei motori all'interno della cellula.
10. I muscoli. Organizzazione strutturale dei muscoli striati.- Meccanismi della contrazione muscolare.- Sistemi contrattili nei muscoli non scheletrici

1) Rodney Cotterill : Biophysics An Introduction Wiley 2002

2) Roland Glaser : Biophysics Springer-Verlag Gmbh 2004

3) Mae-Wan Ho : The Rainbow and the Worm The Physics of Organisms World Scientific Pub Co 2008

4) G.H. Pollack : Cells, Gels and the Engines of Life Ebner and Sons Publishers 2001

Preparazione e presentazione di una tesina scritta di argomento biofisico.

Esame orale relativo ad argomenti del programma.

Il citoscheletro e la sua funzione.

Il mitocondrio e l'ATP.

Funzione dei cloroplasti