Corso di laurea magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi

Biofisica statistica

Statistical biophysics

Anno accademico 2013/2014

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Modalità di verifica dell'apprendimento
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Note
• Strumenti didattici

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. 

Risultati dell'apprendimento attesi

Il corso forma lo studente alla modellizzazione e all'analisi di problemi complessi nel campo della biologia, fornendo il linguaggio e le conoscenze necessarie nel settore della biofisica molecolare e inquadrandole alla luce delle metodologie fisico-statistiche e computazionali.

Il corso 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.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale

Programma

ENGLISH

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.

ITALIANO

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.

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

Note

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

La frequenza è facoltativa, ma fortemente consigliata.

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