Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Francesco SPINOZZI
Lingua di erogazione: INGLESELessons taught in: ENGLISH
Laurea Magistrale - [SM04] BIOLOGIA MOLECOLARE E APPLICATA Master Degree (2 years) - [SM04] APPLIED AND MOLECULAR BIOLOGY
Dipartimento: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'AmbienteDepartment: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'Ambiente
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2021-2022
Anno regolamentoAnno regolamento: 2021-2022
Opzionale
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 48
TipologiaType: D - A scelta dello studente
Settore disciplinareAcademic discipline: FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
Inglese
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 e esercitazioni di laboratorio di raggi X. La frequenza al corso, seppure non obbligatoria, è fortemente consigliata. La frequenza al al laboratorio di raggi X è obbligatoria.
The course includes theoretical lectures and X-ray laboratory practicals. Course attendance, although not mandatory, is strongly recommended. Attendance laboratory practicals is mandatory.
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
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
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. Eseguire un esperimento di diffrazione dei raggi X su dispersioni acquose di lipidi, analizzare i risultati e identificare la fase lipidica.
Competenze trasversali.
Lo svolgimento delle esercitazioni in laboratorio di raggi X, svolte mediante un lavoro di gruppo, e l'elaborazione della relazione di laboratorio 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
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
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 be also able to perform X-ray diffraction experiments on aqueous dispersions of lipids, analyse the results and identify the lipid phase.
Transversal Skills.
The activity during the x-ray laboratory practicals, carried out in a working group, and the preparation of a laboratory report help to improve student's autonomy and communication skills.
Contenuti (lezioni frontali, 5 CFU)
Richiami di termodinamica: energia libera e potenziale chimico 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 Teoria di Debye-Hückel 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 di laboratorio (1 CFU)
Diffrazione di raggi X e fasi lipidiche
Contents (classroom lectures, 5 CFU)
Concepts of thermodynamics: free energy and chemical potential; 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; Debye-Hückel theory; Monte Carlo method; Molecular Dynamics method. 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.
Laboratory Practicals (1 CFU)
X-ray diffraction and lipid phases
L'esame consiste in una prova orale, durante la quale viene valutata la relazione di laboratorio di raggi X.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
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.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
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).
Criteri di attribuzione del voto finale.
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, which also assesses the experimental report on X-ray laboratory practicals.
Learning Evaluation Criteria.
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.
Learning Measurement Criteria.
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).
Final Mark Allocation Criteria.
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.
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2021-2022
Università Politecnica delle Marche
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