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English
Conoscenze di base di fisica, chimica, biochimica e biologia, con particolare riferimento alle proprietà molecolari della materia biologica.
Students are expected to have had basic courses in physics, chemistry, biochemistry and biology.
Sono previste lezioni teoriche, ed esercitazioni computazionali. La frequenza al corso, seppure non obbligatoria, è fortemente consigliata.
The course includes theoretical lectures and computational exercises. Course attendance, although not mandatory, is strongly recommended.
Approfondire la conoscenza dei principi fisici che stanno alla base dei processi molecolari nei sistemi viventi, in riferimento alla termodinamica statistica, alla meccanica quantistica, alle forze intermolecolari e alla struttura dell'acqua. Conoscere le principali tecniche di indagine delle molecole biologiche basate sulla diffusione dei raggi X e dei neutroni
Essere in grado di identificare le principali forze che regolano un processo biomolecolare e che determinano la struttura e la stabilità di proteine e aggregati lipidici. Acquisire la capacità di calcolare alcune proprietà fisiche delle molecole biologiche tramite file script di gnuplot.
Lo svolgimento delle esercitazioni computazionali e l'elaborazione della relazione contribuiscono a migliorare il grado di autonomia di giudizio e la capacità comunicativa degli studenti.
A better understanding of the physical principles that rule out the molecular processes in living systems, with emphasis on statistical thermodynamics, quantum mechanics, intermolecular forces and structure of water. Knowledge of the main techniques of strucural investigation of biological molecules based on X-ray and neutron scattering
Students should be able to identify the main forces that underlie a biomolecular process and that determine structure and stability of protein and lipid aggregates. They will acquire the ability to calculate some physical properties of biological molecules through gnuplot script files.
The activity during the computational exercises and the preparation of a report help to improve student's autonomy and communication skills.
Contenuti (lezioni frontali, 5 CFU)
Richiami di termodinamica: energia libera e potenziale chimico. Introduzione a Gnuplot e allo sviluppo di file script. Probabilità termodinamica e entropia. Cenni di termodinamica statistica. Alcuni fondamenti di elettrostatica. Cenni di meccanica quantistica. Geometria di una catena polimerica. Forze intermolecolari. La struttura dell’acqua, effetti di idratazione. Molecole idrofobiche e idrofiliche. Idratazione di proteine. Analisi conformazionale e forze che determinano la struttura delle proteine. I raggi X. Vettore di scattering. Fattori di struttura atomici. Scattering di un reticolo monodimensionale di atomi. Condizione di van Laue. Scattering di un reticolo 3D. Densità elettronica. Metodo delle sostituzioni isomorfe multiple. Diffrazione da polveri. La legge di Bragg. Diffrazione di sistemi lipidi/acqua. Fasi lipidiche. Diffusione a piccolo angolo dei raggi X e dei neutroni. Fattore di forma e fattore di struttura di proteine in soluzione.
Esercitazioni computazionali (1 CFU)
Contents (classroom lectures, 5 CFU)
Concepts of thermodynamics: free energy and chemical potential; Introduction to Gnuplot and script file development. Thermodynamic probability and entropy. Concepts of statistical thermodynamics. Concepts of quantum mechanics. Geometry of a polymeric chain; Some fundamentals of electrostatics. Intermolecular forces. The structure of the water, hydration effects. Hydrophobic and hydrophilic molecules; Hydration of proteins. X rays. The scattering vector. Atomic structure factors. Scattering from a mono-dimensional array of atoms. van Laue's conditions. Scattering from a 3D lattice. Electron density. Multiple isomorph replacement method. Powder diffraction. The Bragg law. Diffraction from lipid / water systems. Lipid phases. Small angle X-ray and neutron scattering. From factor and structure factor of proteins in solution.
Computational Practicals (1 CFU)
L'esame consiste in una prova orale, durante la quale verrà valutata la relazione sul problema assegnato allo studente dal docente.
Viene valutata la capacità dello studente di conoscere l'apporto della biofisica molecolare nella descrizione quantitativa di importanti aspetti che riguardano la struttura e la trasformazione delle molecole biologiche.
Il voto finale è misurato in una scala da 0 e 30. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).
Il voto finale viene attribuito valutando la prova orale e tenendo conto della relazione di laboratorio. La lode viene attribuita quando lo studente abbia dimostrato piena padronanza della materia.
The exam consists of an oral test, during which the report on the problem assigned to the student by the teacher will be evaluated.
It will be assessed the student's ability to know the contribution of Molecular Biophysics in the quantitative description of relevant aspects regarding the structure and the transformation of biological molecules.
The final mark is expressed in a scale from 0 to 30. The exam is passed when the mark is greater than or equal to 18. Students can be awarded with the honour mark (30 cum laude).
The final mark is attributed evaluating the oral test and taking into account the X-ray laboratory report. The honour mark is given when the student has demonstrated full mastery of the subject.
Appunti di lezione.
R. Glaser, Biophysics, Springer K.E.
van Holde, W.C. Johnson, P.S. Ho, Principles of Physical Biochemistry, Prentice Hall.
M. Daune, Molecular Biophysics, Oxford University Press.
Lecture notes.
R. Glaser, Biophysics, Springer K.E.
van Holde, W.C. Johnson, P.S. Ho, Principles of Physical Biochemistry, Prentice Hall.
M. Daune, Molecular Biophysics, Oxford University Press.
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