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Docente
MATTEO CECCARELLI (Tit.)
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
INGLESE 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[60/68]  FISICA [68/40 - Ord. 2020]  FISICA MEDICA E APPLICATA 6 48
[60/68]  FISICA [68/70 - Ord. 2020]  TEORIA, SIMULAZIONE E PROGETTAZIONE DI NUOVI MATERIALI 6 48

Obiettivi

1. Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente estenderà le proprie conoscenze di fisica allo studio di sistemi e processi biologici a partire dalla scala molecolare. In particolare le conoscenze delle strutture biologiche piu importanti, proteine, membrane e acidi nucleici, e le loro interazioni fondamentali; i metodi sperimentali per la risoluzione delle strutture e di spettroscopica; i modelli di trasporto attraverso canali e le tecniche di elettrofisiologia. Sara in grado di comprendere per i vari processi gli aspetti inerenti la fisica.

2. Conoscenze e capacità applicative

Lo studente svilupperà la capacità di analizzare semplici problemi di biofisica e di stimare in maniera qualitativa gli ordini di grandezza delle variazioni di massa ed energia che accompagnano tali processi. Sarà in grado di applicare semplici modelli statistici allo studio di fenomeni biologici quali il trasporto e il riconoscimento molecolare.

3. Autonomia di giudizio

Lo studente svilupperà la capacita di analizzare in maniera critica un dato fenomeno e analizzarlo tramite una teoria e/o un modello.

4. Capacità di apprendere

Lo studente acquisirà le abilità di apprendimento necessarie per intraprendere in maniera proficua ulteriori studi nel campo della biofisica. In particolare, lo studente acquisirà familiarità con i concetti, le metodologie, le teorie e i modelli più comuni nello studio della biofisica, e sarà quindi favorito nello studio di argomenti affini e/o più avanzati sia nell'ambito di un’eventuale tesi di Laurea Magistrale in Fisica sia nell’ambito del corso di Dottorato di Ricerca in Fisica

5. Abilità nella comunicazione 

Lo studente acquisirà le conoscenze di base necessarie a discutere con linguaggio appropriato tematiche di biofisica.

Prerequisiti

I prerequisiti riguardano le nozioni di fisica generale, chimica generale e di meccanica statistica.

Contenuti

Introduzione alla Biofisica Molecolare:
Cosa e’ la biofisica
Il numero di Avogadro e l’unita di misura della massa
Fluidodinamica
Reazioni chimiche: Cinetica e termodinamica
Forze molecolari

Le macromolecole biologiche e i complessi biologici
Membrane, Proteine, Acidi Nucleici e loro complessi
L’acqua come mediatore e le teorie di solvatazione

La compartimentalizzazione in biologia
La membrana cellulare
Il trasporto: diffusione, osmosi e filtrazione

Metodi per la determinazione di strutture a risoluzione atomica: NMR, Xray, Free Xray Laser, Cryo-EM

L’elettricita nelle cellule
La teoria di Hodgkin/Huxley degli impulsi nervosi
L’azione degli anestetici
L’elettrofisiologia e i sensori
L’equazione di Nerst-Planck
Fenomeni di non-equilibrio e risposta veloce
Il modello GHK

Biomimetica: il trasferimento elettronico nella fotosintesi
Il modello spin-Bosone e la teoria di Marcus dell’ET
Il proton transfer e le scale di tempo

La teoria della superficie di energia: dal folding al trasporto
Il folding delle proteine come reazione complessa
Fenomeni di trasporto diffusivo: da Einstein a Kramer

Transizioni di fase e affollamento:
Accumulazione assiale dei globuli rossi
Affollamento nelle cellule

Metodi Didattici

Il corso prevede 24 incontri per un totale di 48 ore di lezioni frontali. Alcuni argomenti verranno presentati in maniera fenomenologica, altri in maniera più approfondita con la derivazione esplicita dei risultati principali. Verranno inoltre discusse diverse applicazioni mediante la soluzione esplicita di esercizi ed esempi durante la lezione. Alcune attivita potranno essere tenute online.

Verifica dell'apprendimento

Esame scritto con semplici esercizi da svolgere.
Esame orale consistente nella discussione di una relazione su un argomento di approfondimento concordato con il docente.
Verranno valutati a riguardo i seguenti aspetti:
-Capacità di utilizzo del linguaggio e della terminologia appropriati.
Acquisizione delle nozioni e comprensione dei concetti introdotti nel Corso.
-Capacità di riutilizzo critico delle nozioni acquisite.
Capacità di elaborazione dei dati in maniera indipendente e approfondita.
-Capacità di esporre l'argomento di approfondimento in maniera professionale, chiara e concisa.

Il giudizio verrà elaborato sulla base del raggiungimento degli obiettivi sopraesposti. Per superare la prova sarà in particolare indispensabile mostrare di aver acquisito capacità di riutilizzo critico delle nozioni e di elaborazione dei dati in maniera organizzata, indipendente e professionale.

Testi

- Rob Phillips et al., Physical Biology of the Cell, second edition (2013), Editor: Garland Science
- Philip Nelson, Biological Physics: Energy, Information, Life, Updated first edition (2008), Editor: WH Freeman and Company
- A. Kuznetsov: Charge Transfer in Chemical Reaction Kinetics

Altre Informazioni

Gli studenti che frequentano riceveranno via e-mail le diapositive delle lezioni, i testi degli esercizi svolti in classe, gli avvisi e i calendari.

Questionario e social

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