BIOPHYSICS

La Biofisica è una scienza interdisciplinare che utilizza e sviluppa teorie e metodi propri delle scienze fisiche per investigare sistemi biologici a tutti i livelli di organizzazione: dalla scala molecolare ad interi organismi, fino agli ecosistemi.

Obiettivo del corso è quello di fornire una visione di insieme della Biofisica, fornendo agli studenti gli strumenti per la conoscenza e la comprensione dello studio dei fenomeni biologici dal punto di vista fisico (knowledge and understanding)

Il corso è finalizzato a far acquisire allo studente una sufficiente familiarità con i concetti di base della Biofisica in maniera da sviluppare la capacità di utilizzare i concetti acquisiti per l'interpretazione e la comprensione di articoli scientifici (applying knowledge and understanding)

Il corso vuole costituire un ampliamento della base culturale degli studenti di Fisica ad un settore in rapido sviluppo e di notevole interesse, stimolando nello studente la capacità di valutare criticamente le informazioni, a volte contradditorie, che si ricavano dalla letteratura (making judgements)

Particolare attenzione verrà posta nell’ acquisizione e impiego del linguaggio tecnico appropriato e alla capacità di presentare in modo sintetico e chiaro i contenuti di un lavoro scientifico, prerogativa allo sviluppo delle abilità comunicative in campo scientifico e professionale (communication skills).

La metodologia utilizzata nel corso tenderà a sviluppare nello studente sia la capacità di focalizzazione sugli aspetti più rilevanti dell'informazione scientifica, sia la capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze attraverso letteratura specializzata (learning skills).

L’insegnamento verrà svolto mediante lezioni frontali. Verranno utilizzati supporti audiovisivi.

Laurea triennale in Fisica o Chimica

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

INTRODUZIONE ALLA BIOFISICA
Una breve storia della vita. L’evoluzione prebiologica. Dagli eobionti alle cellule. Principi modellistici per comprendere i sistemi biologici

INTERAZIONI INTRA E INTERMOLECOLARI
Orbitali atomici. Orbitali molecolari. Legame covalente. Legame ionico. Legame idrogeno. Legame di van der Waals. Ruolo dell’acqua

LE LEGGI CHIMICHE E FISICHE CHE GOVERNANO LE REAZIONI BIOLOGICHE
Le reazioni spontanee e i principi della termodinamica. Ruolo degli enzimi

STRUTTURA DELLE BIOMOLECOLE
Struttura e formazione delle biomolecole. Gruppi funzionali. Carboidrati. Lipidi. Proteine. Nucleotidi ed acidi nucleici. Organizzazione strutturale delle proteine: livello primario, secondario, terziario e quaternario di organizzazione. La struttura e le proprietà fisiche del DNA dell’RNA.

LA CELLULA
La cellula come unità di base dell'organizzazione biologica. I componenti: membrane, citoscheletro, citoplasma, organelli, nucleo. Struttura di base delle cellule procariote ed eucariote. Il moto browniano la viscosità e la loro influenza sul moto delle particelle nella cella. La membrana cellulare: il doppio strato lipidico. Modellizzazione. Le proprietà meccaniche delle membrane cellulari. Il controllo dei flussi transmembrana: proteine di membrana, trasporto passivo rispetto a quello attivo, la fusione e il rilascio esocitotico. Struttura di base delle cellule procariote ed eucariote.

METODI FISICI PER LO STUDIO DI MACROMOLECOLE E CELLULE
Microscopia ottica ed elettronica. Diffrazione di raggi X. Spettroscopia NMR. Spettroscopia in fluorescenza. Centrifugazione

FLUSSO DI ENERGIA E INFORMAZIONE NELLE CELLULE
I mitocondri e la generazione di ATP. La fotosintesi.

L’ACQUA E LA VITA
La struttura dell’acqua e le sue anomalie. Legame idrogeno e trasferimento di informazione. Modelli di strutturazione dell’acqua. Acqua intracellulare. Ruolo dell’acqua nei sistemi biologici.

1) Claudio Nicolini, Adelio Rigo : Biofiisca e Tecnologie Biomediche - Zanichelli 1992

2) Roland Glaser : Biophysics Springer-Verlag Gmbh 2004

3) Peter R. Bergethon: The physical basis of Biochemistry. – Springer 2000

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

5) Stephen L. Wolfe: Biologia molecolare e cellular- - EdiSES 2000

6) Martin Chaplin – Water Structure and Science - www.lsbu.ac.uk/water/

Per l’esame finale lo studente dovrà presentare una tesina scritta approfondendo un argomento di quelli in programma o concordando con il docente altro argomento di Biofisica. La tesina dovrà essere presentata sia in forma elettronica che in forma cartacea, debitamente firmata e siglata, entro il giorno previsto da calendario per la prova d’esame. L’esame orale, che si svolgerà di norma una settimana dopo la data della consegna della tesina, consisterà nella discussione commentata dello/degli argomento/i oggetto della tesina con particolare riguardo alle correlazioni con gli altri argomenti sviluppati nel corso. La valutazione terrà conto, in egual misura, della comprensione e approfondimento degli argomenti trattati nonché della capacità di delineare in maniera sintetica e chiara le interrelazioni con le altre parti di programma.

DATE D'ESAME

Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Magistrale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/LM-17/esami

PROVE IN ITINERE

Non previste.

Organizzazione cellulare

Il ruolo dell’acqua nei sistemi biologici

Tecniche di indagine fisica dei sistemi biologici