Insegnamento FISICA DEL DNA E DELLE BIOMOLECOLE
| Nome del corso di laurea | Fisica |
|---|---|
| Codice insegnamento | GP005939 |
| Sede | PERUGIA |
| Curriculum | Fisica della materia |
| Docente responsabile | Alessandro Paciaroni |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2017 |
| Erogato | Erogato nel 2017/18 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | FIS/03 |
| Anno | 1 |
| Periodo | Secondo Semestre |
| Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | Proprietà strutturali di DNA e proteine. Diffrazione di raggi X e neutroni per lo studio della struttura di biomolecole. Proprietà dinamiche delle proteine.Transizioni non cooperative e cooperative nelle biomolecole. |
| Testi di riferimento | -Philip Nelson-Biological Physics_ Energy, Information, Life-W. H. Freeman (2003) -Ken A. Dill, Sarina Bromberg-Molecular Driving Forces_ Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics, and Nanoscience-Garland Science (2010) -Amit Kessel_ Nir Ben-Tal-Introduction to proteins _ structure, function, and motion-CRC Press (2011)(Chapman & Hall_CRC mathematical and computational biology series (Unnumbered)) |
| Obiettivi formativi | L'insegnamento rappresenta la prima presentazione dettagliata di metodi sperimentali e teorici di tipo fisico su sistemi molecolari biologici (DNA e proteine), con particolare attenzione per le proprietà strutturali e dinamiche. L'insegnamento ha come obiettivo principale quello di fornire agli studenti le basi per: 1) comprendere i meccanismi fondamentali alla base dei processi funzionali legati all'attività biologica di DNA e proteine 2) affrontare lo studio sperimentale e teorico di sistemi molecolari biologici al livello strutturale e dinamico. Le principali conoscenze acquisite saranno: - elementi di base sulle interazioni intra- e inter-molecolari in DNA e proteine - elementi di base di diffrazione e scattering a basso angolo da biomolecole - modellizzazione di strutture terziarie di biomolecole - modellizzazione lineare e non-lineare di dinamica di biomolecole - modellizzazione di proprietà elastiche di biomolecole - elementi di base sulle transizioni di fase in biomolecole Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: - analizzare la risposta di biomolecole in seguito a perturbazioni esterne di tipo meccanico, termico o chimico - interpretare risultati di esperimenti eseguiti su biomolecole in termini di proprietà microscopiche - progettare esperimenti per sondare, ed eventualmente ottimizzare, proprietà di flessibilità strutturale e stabilità meccanica e termica di biomolecole. |
| Prerequisiti | Requisito necessario al fine di comprendere e saper applicare gran parte degli argomenti trattati nell'insegnamento è aver sostenuto con successo gli esami di Analisi Matematica I, Fisica I e Fisica II, e preferibilmente anche Meccanica Analitica. Conoscenze fondamentali sulle equazioni differenziali, di meccanica ondulatoria e di temodinamica sono molto importanti. Inoltre la modellizzazione delle proprietà elastiche del DNA e delle Biomolecole richiede anche la conoscenza delle equazioni di Hamlton. E' anche importante aver seguito nel primo semestre le lezioni dell'insegnamento di Meccanica Quantistica, ai cui concetti fondamentali si fa riferimento frequentemente nel corso del presente insegnamento. |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato in lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del programma. |
| Altre informazioni | Lezioni presso il Dipartimento di Fisica |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame prevede una prova orale. Tale prova orale consiste in un colloquio avente l'obiettivo di accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunti dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma ( diffrazione di raggi X per lo studio della struttura di biomolecole, diffrazione di neutroni per lo studio della struttura di biomolecole, scattering a basso angolo per lo studio di proprietà strutturali di biomolecole a bassa risoluzione, modellizzazione di molecole biologiche per lo studio delle rispettive proprietà dinamiche, cooperatività e stabilità di biomolecole). Nella prova orale si verifica la capacità dello studente di comunicare con chiarezza ed in modo autonomo i contenuti teorici dell'insegnamento. La prova orale dura circa 50 minuti, dipendendo anche dalla facilità di esposizione dello studente. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Composizione chimica del DNA e struttura primaria. Geometria spaziale e struttura secondaria del DNA. Forze alla base della struttura secondaria. Polimorfismo del DNA. Struttura terziaria del DNA. Modelli approssimati della struttura del DNA. Elementi di diffrazione di raggi X. Diffrazione da singola e doppia elica. Struttura del DNA da diffrazione di raggi X. Il modello di Watson e Crick. Scattering a basso angolo di raggi X. Elementi di scattering di neutroni. Lunghezza di scattering. Pseudopotenziale di fermi. Scattering coerente e incoerente. Contrasto isotopico. Scattering a basso angolo di neutroni. Scattering a bassso angolo applicato su G-quadruplex. Amminoacidi. Struttura primaria, secondaria, terziaria delle proteine. Dinamica delle proteine. Relazione con la funzionalità. Modello a sottostati conformazionali. Transizioni cooperative in biomolecole. Modelli elastici di biopolimeri. Forze entropiche. Esperimento di stretching di singola molecola di DNA e interpretazione. Modello a due stati: freely jointed chain 1D model. Cooperatività. Modello cooperativo di catena 1D. Matrice di trasferimento. Transizione elica-coil in proteine. |