Physics of the living cell
Prerequisiti
IV e V anno corso ordinario di tutte le discipline
(Esame mutuabile anche da studenti di perfezionamento, consigliato per "Nanoscienze", "MEMOS", "Data Science", "Fisica", "Neuroscienze")
Programma
Physics of the living cell
(basic principles, open questions, advanced methods)
Introduzione:
- Da Schrodinger ad oggi: Introduzione alla biofisica, scienza applicata.
Microscopia a fluorescenza per esplorare il mondo biologico
- Fluorescenza: principi base e proprietà
- Metodi basati sulla fluorescenza:
o Fluorofori cellulari intrinseci e Microscopia “Label-free”: applicazioni
o Fluorescenza geneticamente codificata: la proteina fluorescente verde e i suoi mutanti
o Nuove frontiere: fluorofori organici per l'imaging di cellule vive
- Metodi basati sulla fluorescenza per sondare le interazioni molecolari:
o Trasferimento di energia per risonanza di Forster
o Anisotropia di fluorescenza
o Tempo di vita delle fluorescenza e sua sensibilità alla nanoscale (metodi di misura e di analisi)
- Metodi basati sulla fluorescenza per sondare la dinamica molecolare:
o Metodi basati sulle perturbazioni: ad es. Recupero della fluorescenza dopo Photobleaching
o Metodi basati sulla fluttuazione: dalla spettroscopia di correlazione di fluorescenza a punto singolo a quella spaziotemporale (scanning, raster, pair)
o Metodi basati sulla localizzazione: tracciamento di singole molecole
o Tracciamento orbitale e imaging basati sul feedback
- Metodi basati sulla fluorescenza per ottenere super risoluzione:
o Microscopia per “espansione chimica”
o Metodi di localizzazione
o Metodi di localizzazione con utilizzo di fluorofori foto-attivabili (microscopia PALM e STORM)
o Microscopia STED
Casi di studio biologici:
Caso di studio 1. Eterogeneità di membrana: esiste? Che ruolo funzionale?
Caso di studio 2. Organizzazione del citoplasma procariorico ed eucariotico: “crowding” molecolare ed organelli senza membrana
Caso di studio 3. L’enigma del poro nucleare: quale struttura? Quale funzione?
Caso di studio 4. Misure dinamiche in sistemi dinamici: come studiare gli organelle sub-cellulari?
Caso di studio 5. Crowding molecolare e sua regolazione con i ritmi circadiani: cosa ci insegna il neurone? (Prof. Ratto)
Obiettivi formativi
Apprendimento dei principi di base che regolano la struttura e l'attività delle cellule, con particolare attenzione ai processi alla nanoscala. Apprendimento delle metodiche più avanzate di indagine dei meccanismi presentati. Conoscenza degli ambiti di frontiera della ricerca sulla scala cellulare e sub-cellulare.
Riferimenti bibliografici
Phillips et al. Physical Biology of the Cell