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Fundamentals of Biophysics at the Nanoscale

Periodo di svolgimento

da Lunedì, 11 Novembre 2019 a Venerdì, 29 Maggio 2020
Ore del corso: 60
Ore dei docenti responsabili: 40
Ore di didattica integrativa: 20

Modalità d'esame

  • Prova orale

Prerequisiti

Consigliato per il corso di perfezionamento in Nanoscienze, suggerito per i corsi in Neuroscienze, Metodi e Modelli per le Scienze Molecolari, adatto anche al corso di perfezionamento in Fisica.
Prerequisiti: principi basilari in ottica, in chimica organica ed inorganica, in meccanica quantistica.

Programma

Il corso si divide in 2 moduli, che si possono anche seguire indipendentemente l’uno dall’altro.

MODULO 1
Misure in microscopia e spettroscopia [1-4]
Rumore nelle misure, incertezze sperimentali, cenni su distribuzioni di probabilità, propagazione degli errori.
Microscopia in trasmissione, riflessione, epifluorescenza. Ingrandimento e risoluzione; tecniche di contrasto; aberrazioni (sferica, cromatica); cenni su dicroici e filtri ottici.
Microscopia confocale: implementazioni, funzione di allargamento del punto, cenni su deconvoluzione, confronto con microscopia a 2 fotoni e TIRF.
Interazione luce-materia: fondamenti (anche quantomeccanici) e strumentazioni per assorbimento, fluorescenza, Raman, eccitazione a più fotoni. Diagrammi di Jablonski e proprietà della fluorescenza. Fluorofori organici: struttura chimica ed utilizzo in microscopia a fluorescenza. Cenni sui quantum dots. Proteine fluorescenti della famiglia della GFP.
La diffusione ed il moto browniano. Tecniche di microscopia a fluorescenza: colocalizzazione, FRAP e tecniche analoghe, FRET, FLIM (fondamenti, strumenti, metodo dei fasori), FCS, superamento del limite di diffrazione (RESOLFT, STED, F-PALM, SIM), spettroscopia e tracking di singole molecole.

Introduzione alla struttura e alla dinamica di molecole biologiche [5]
Forze molecolari; interazioni di legame e di non-legame; energie di legame.
Carboidrati, lipidi e membrane.
Struttura e dinamica di proteine: legame peptidico, struttura secondaria, terziaria e quaternaria; stabilità e folding.
Struttura e dinamica di acidi nucleici: tipi e funzioni, struttura primaria, secondaria e terziaria; struttura quaternaria (nucleosomi e cromatina, ribosomi, nanostrutture di acidi nucleici)

MODULO 2
Basi di MatLab per analisi dati.

 

Obiettivi formativi:

MODULO 1: fornire le basi (anche teoriche) per comprendere quantitativamente esperimenti in biofisica molecolare e cellulare; dare un linguaggio comune in biofisica a studenti con background diversi.

MODULO 2: imparare a implementare algoritmi (funzioni, scripts, GUI) in MatLab.

Riferimenti bibliografici

[1] "Introduzione all'Analisi degli Errori", J. R. Taylor (Cap. 1-4, 9, 11)
[2] "Microscopy from the very beginning", Dr. H. G. Kapitza, © Carl Zeiss Jena GmbH, 1997, 2nd revised edition, disponibile on-line
[3] "Introduction to Confocal Fluorescence Microscopy", Michiel Müller, edited by SPIE press (WA, USA), second edition (2006)
[4] "Fluorescence Applications in Biotechnology and Life Sciences", Ewa M. Goldys ed. (2009), pubblicato da John Wiley & Sons (Hoboken, NJ, USA). Cap. 1-6, 9-11, 16.
[5] "Biophysical Chemistry", Cantor and Schlimmel; Part I

Didattica integrativa

ciclo di seminari
- G.M. Ratto (20)