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Oggetto:
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Biofisica statistica

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Statistical biophysics

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Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
INT0743
Docente
Prof. Alessandro Pelizzola (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
Anno
1° anno
Periodo
Secondo Semestre
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/02 - fisica teorica, modelli e metodi matematici
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Inglese
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Propedeutico a
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso di propone di introdurre gli studenti ad alcune applicazioni di idee e modelli della fisica statistica a fenomeni biologici. L'accento è posto sui fenomeni cooperativi, sia all'equilibrio termico che fuori di esso, nei polimeri e nei biopolimeri, che vengono modellizzati come sistemi interagenti con molti gradi di libertà. 

Conoscenza e comprensione
L'insegnamento forma lo studente alla modellizzazione e all'analisi di problemi complessi nel campo della biologia, fornendo il linguaggio e le conoscenze necessarie nei settori della biofisica molecolare e cellulare e della bioinformatica, e inquadrandole alla luce delle metodologie fisico-statistiche e computazionali.


Capacità di applicare conoscenza e comprensione
L'insegnamento conduce lo studente ad applicare le proprie capacità di modellizzazione e analisi in un contesto fortemente interdisciplinare. Lo studente apprende ad individuare le caratteristiche principali, fisiche e/o informazionali, di un sistema biologico e a tradurle in un modello sulla base del quale formulare delle predizioni.

The course aims to introduce students to some applications of ideas and models of statistical physics to biological phenomena. The focus is on cooperative phenomena, both at and out of thermal equilibrium,  in polymers and biopolymers, which are modelled as interacting systems with many degrees of freedom.

Knowledge and understanding

The course teaches the student how to model and analyze complex problems in biology, providing the necessary language and knowledge in molecular and cellular biophysics and bioinformatics, in the framework of statistical physics and computational methodologies.


Applying knowledge and understanding

The course leads the students to apply their modelling and analysis skills in a highly interdisciplinary context. Students learn to single out the main physical and informational features of a biological system and to translate them into a model on the basis of which predictions can be formulated.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Lo studente deve acquisire alcuni elementi di base della biologia molecolare e deve imparare ad applicare le tecniche della fisica statistica ad alcuni problemi della fisica dei sistemi biologici, principalmente nel campo dei biopolimeri.

The student must acquire some basic elements of molecular biology and must learn to apply the techniques of statistical physics to some problems from the physics of biological systems, mainly in the field of biopolymers.

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Programma

 

Introduzione alla biologia molecolare: la cellula, piccole molecole, proteine e acidi nucleici.
Tiraggio di una singola molecola di DNA: esperimenti, la catena Freely Jointed, la catena unidimensionale cooperativa, la catena worm-like.
Denaturazione termica del DNA: esperimenti, modello zipper, modello di Poland-Scheraga.
La transizione elica-coil.
Collasso dei polimeri: teoria di Flory.
Collasso dei polimeri semiflessibili: modelli reticolari e il modello a tubo.
Cammino autoevitante e modello O(n).
Introduzione al folding e al design delle proteine.
Folding dell'RNA e struttura secondaria.
Unfolding meccanico di proteine e RNA.
Motori molecolari.
Fisica delle regolazione genica.
Membrane a doppio strato autoassemblanti.

Introduction to molecular biology: the cell, small molecules, proteins and nucleic acids.
Stretching a single DNA molecule: experiments, the Freely Jointed Chain, the one-dimensional cooperative chain, the worm-like chain.
DNA melting: experiments, zipper model, Poland-Scheraga model.
The helix-coil transition.
Polymer collapse: Flory's theory.
Collapse of semiflexible polymers: lattice models and the tube model.
The self-avoiding walk and the O(n) model.
An introduction to protein folding and design.
RNA folding and secondary structure.
Protein and RNA mechanical unfolding.
Molecular motors.
Physics of genetic regulation.
Self-assembling bilayer membranes.


 

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali, utilizzando principalmente slides per l'introduzione alla biologia molecolare e sia lavagna che slides per il resto del corso. Dopo aver trattato ciascun argomento vengono proposti dei problemi, che vengono poi risolti dopo qualche lezione, in modo che gli studenti abbiano il tempo per provare ad affrontarli autonomamente.

Frontal lectures, using mainly slides for the introduction to molecular biology, and a mixture of blackboard and slides for the rest of the course. Problems are proposed after completing each topic and then solved after a few lectures, so that students have time to try and find their own solutions.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale. La prova tipicamente consiste di domande su 2-3 argomenti, il primo dei quali è scelto dello studente. La durata è tipicamente dell'ordine dei 40 minuti.

Oral test, typically involving questions on 2-3 topics, the first one being chosen by the student. The duration is typically around 40 minutes.

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Attività di supporto

Testi consigliati e bibliografia

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K. Sneppen and G. Zocchi, Physics in molecular biology, Cambridge
P. Nelson, Biological Physics, Freeman
B. Alberts et al, Molecular biology of the cell, Garland


Slides e appunti del docente vengono messi a disposizione degli studenti.

K. Sneppen and G. Zocchi, Physics in molecular biology, Cambridge
P. Nelson, Biological Physics, Freeman
B. Alberts et al, Molecular biology of the cell, Garland


Lecture notes and slides will be provided.



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Note

Il corso si svolge nella seconda metà del secondo semestre, presso il Politecnico di Torino.

La frequenza è facoltativa, ma fortemente consigliata.

The course is held at Politecnico di Torino, in the second half of the second semester.

Attendance is not compulsory but strongly recommended.

Il corso è mutuato da 

https://didattica.polito.it/pls/portal30/sviluppo.offerta_formativa.corsi?p_sdu_cds=37:24&p_lang=IT

 

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 28/09/2022 15:07
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