Corsi di Laurea Corsi di Laurea Magistrale Corsi di Laurea Magistrale
a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
PHYSICS
Insegnamento
BIOLOGICAL PHYSICS
SCP7081737, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
PHYSICS
SC2382, ordinamento 2017/18, A.A. 2019/20
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Curriculum PHYSICS OF MATTER [002PD]
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese BIOLOGICAL PHYSICS
Sito della struttura didattica http://physics.scienze.unipd.it/2019/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile MARIO BORTOLOZZI FIS/07

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2017

Syllabus
Prerequisiti: Il materiale didattico e le lezioni del docente saranno in inglese.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso si propone di illustrare agli studenti alcune delle più stimolanti sfide culturali e scientifiche lanciate dalla biologia moderna e di mostrare loro come applicare i metodi della fisica per dare risposte e sviluppare nuovi modelli e nuove teorie. Insieme a conoscenze fondamentali di biologia e biofisica classica, lo studente acquisirà la capacità di svolgere simulazioni numeriche mediante l'utilizzo del software Matlab.
Modalita' di esame: La verifica finale consta di una prova scritta ed una orale. La prova scritta consiste nella scrittura di una relazione su un modello biologico simulato dallo studente in Matlab. La prova orale consiste nella presentazione mediante slide in Powerpoint di un articolo scientifico recente inerente gli argomenti del corso.
Criteri di valutazione: La prova d'esame mira ad accertare l'acquisizione delle conoscenze di base fornite dal corso mediante esercitazioni pratiche che avvicinino lo studente al modus operandi della ricerca: soluzione di problemi scientifici e presentazione dei risultati ottenuti mediante scrittura di articoli e presentazioni orali.
Contenuti: Introduzione: cos'è la biofisica, approcci top-down e bottom-up.
La cellula vivente: cellule eucariotiche e procariotiche, struttura della cellula e funzione dei suoi costituenti, divisione cellulare.
L'acqua: struttura e proprietà chimico-fisiche dell'acqua, interazione acqua-proteine, proprietà ottiche dell'acqua, pH e sistemi tampone, incubatori cellulari.
Membrane e canali: conduttanza, circuito equivalente della cellula, potenziale di Nernst, tecnica del voltage-clamp, modello di Hodgkin-Huxley, potenziale d’azione dei neuroni e sua simulazione, conduzione saltatoria e cellula di Schwann, il patch-clamp, setup di elettrofisiologia, derivazione dei parametri elettrici cellulari, misura della corrente di singolo canale, tipologie di canali voltaggio-attivati e loro bloccanti, la sinapsi nel muscolo e nel sistema uditivo, modello di canale a due stati, modelli a tre stati e a multi-stato, recettori, energie di attivazione dei canali.
Diffusione: leggi di Fick, diffusione da sorgente puntiforme, random walk e approccio Monte Carlo, interazione delle particelle con i boundary, random walk su griglia, simulazioni numeriche di diffusione, discretizzazione del laplaciano diffusivo, sfere di idratazione, equazione di Kramer, mobilità elettrica, equazione di Nernst-Planck.
Permeabilità: coefficiente di partizione, equazioni di Goldman-Hodgkin-Kats, deviazioni dalla legge di Ohm, selettività ionica, permeabilità di singolo canale, saturazione, teoria di Eyring, modelli dei canale sodio e potassio.
Reazioni chimiche: reazioni enzimatiche, equazione di Michaelis-Menten, pompe SERCA e PMCA, dye fluorescenti, indicatori dello ione calcio (Ca2+), configurazione di un microscopio a fluorescenza, relazione fra fluorescenza del dye e concentrazione di Ca2+, fotodanneggiamento, dye raziometrici, condizioni di non equilibrio fra Ca2+ e dye, simulazioni numeriche di dinamica del Ca2+, creazione di un modello e confronto con gli esperimenti, dinamiche del Ca2+ nel sistema uditivo e nella cellula cardiaca, modellizzazione di una geometria complessa mediante mesh.
Dinamica molecolare: DNA, RNA e proteine, il dogma centrale della biologia, aminoacidi, folding e strutture delle proteine, simulazione della dinamica delle proteine, modello di energia potenziale, algoritmi di calcolo, condizioni al contorno ed esempi di modelli.
Reti neurali: machine learning, tipologie di apprendimento, neurone artificiale e schemi di rete neurale, error backpropagation, visione artificiale e riconoscimento della voce, organoidi cerebrali, macchine di Boltzmann.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali ed esercizi in aula.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Slide Power Point, filmati e dispense fornite dal docente.
Testi di riferimento:
  • M. Daune, Molecular Biophysics. --: Oxford University Press, 1999. Cerca nel catalogo
  • Meyer B. Jackson, Molecular and Cellular Biophysics. --: Cambridge University Press, 2006. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Interactive lecturing
  • Working in group
  • Problem solving
  • Utilizzo di video disponibili online o realizzati
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • Kaltura (ripresa del desktop, caricamento di files su MyMedia Unipd)
  • Top Hat (active quiz, quiz)
  • Matlab