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CELL PHYSIOLOGY

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CELL PHYSIOLOGY

Codice attività didattica
MFN1191
Docente
Prof. Luca Munaron (Titolare)
Corso di studio
LM in Cellular and Molecular Biology
Anno
1° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
BIO/09 - fisiologia
Erogazione
Tradizionale
Lingua
English
Frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Good knowledge of basic Cell Biology (Biologia Cellulare) and General Physiology (Fisiologia Generale).
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire gli strumenti teorici, tecnici e concettuali per affrontare criticamente lo studio delle funzioni cellulari.

This is a 6 credit course aimed to provide theoretical, technical and methodological background to critically investigate cell functions.

Particular attention will be focused on live cell imaging techniques as experimental tools to investigate intracellular processes in time and space.

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Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Conoscenza dei principi fondamentali della Biologia funzionale della cellula eucariota, con particolare attenzione al metodo sperimentale e all'approccio quantitativo.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Capacità di analizzare criticamente e quantitativamente problemi teorici e sperimentali relativi alle funzioni cellulari. Capacità di analizzare criticamente articoli specialistici sperimentali ed articoli di rassegna pubblicati su riviste internazionali.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Autonomia nella validazione critica ed analitica delle informazioni ottenute da fonti diversificate ed accreditate.

ABILITÀ COMUNICATIVE
Capacità di descrivere in forma scritta ed orale argomenti di Fisiologia Cellulare mediante l'utilizzo di un linguaggio scientifico specialistico.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Capacità di apprendere autonomamente concetti di biologia funzionale a livello specialistico.

KNOWLEDGE AND LEARNING SKILLS. Theoretical and experimental approaches for the quantitative study of cell membranes and intracellular signaling.

USE OF KNOWLEDGE AND LEARNING SKILLS. At the end of the course, the student is expected to be able to:

-  use multiple experimental tools and results to solve a biological problem in cell physiology 


-  discuss the strenght and limitations of the results published on a research paper

-  communicate such findings using appropriate and clear biological language 


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Programma

Studio dinamico delle funzioni cellulari. Unitarietà e specializzazione.
LA CELLULA COME SISTEMA COMPLESSO. Vincoli fisici e chimici alla libera diffusione intracellulare. Lipid rafts, Caveolae, signalplexes.
LEGGI DELLA DIFFUSIONE. I e II legge di Fick. Coefficiente di diffusione. Permeabilità.
TECNICHE DI LIVE CELL IMAGING con sonde fluorescenti. Fluorescenza. Microscopia convenzionale e confocale. Super-risoluzione.
FRET, FRAP, TIRF, Flash Photolysis. Nanoparticelle e nanodevices.
High throughput cell imaging. Analisi dinamica dei processi di permeazione, diffusione, traslocazione e trafficking vescicolare.
BASI MOLECOLARI DI FISIOLOGIA SENSORIALE. Proteine TRP. Polimodalità e Multifunzionalità dei TRP (canali, enzimi, recettori, sensori). Meccanismi di trasduzione non convenzionali.
APPROCCIO COMPUTAZIONALE ALLA FISIOLOGIA CELLULARE. Cell Modeling. Conservazione di massa. Reazione-diffusione. Non linearità e Bistabilità. Modeling multiscala (dalla trasduzione intracellulare alla morfogenesi). Cell modeling e biologia sintetica.

PART I

Cell physiology investigates ‘processes’ in living cells: the importance of time, space and quantification.

What does ‘complexity’ mean? Are cells complex?

The diffusion of cellular biomolecules and membrane permeability: theory and measurements.

General overview of membrane transports (link with biophysics). Patch clamp.

Let’s use the properties of light to measure diffusion of proteins and intracellular messengers involved in cell signaling: fluorescence microscopy.

Look at nature to find experimental solutions: GFP-based systems. FRET-based approaches. Pros and cons.

Single molecule (vesicle) tracking, TIRF, FRAP and Flash Photolysis. Pros and cons.

Can we study cell signaling as a whole and networking system? Why and how? An integrated view of cell signaling. Protein-protein interaction, calcium, cAMP, cGMP, and gasotransmitters: many processes in space and time.

Integration of Calcium and cAMP signaling. Calcium homeostasis: microdomains, CICR, mitochondria, SOCE.

Beyond and together with experimental biology: computational strategies and the need for interdisciplinary approaches.

Modeling cell signaling at multiscale levels: diffusion-reaction law

Molecular crowding, expected and unexpected contraints to free diffusion. What did we learn from all these approaches?

PART II

How to sense the extracellular environment? Membrane biosensors and ion channels

Molecular sensory hubs: Transient receptor potential proteins (TRP) and the revolution of sensory cell physiology.

Evolution of sensory systems and the role of TRP.

Catching the light: phototransduction in Drosophila.

Chemotransduction: taste and olfaction in vertebrates.

Sensing the temperature.

How many mechanotrasductions? From touch to hearing.

What did we learn from TRP story? The heart of cell physiology (and evolution) is the structure/function redundancy.

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Modalità di insegnamento

The course is articulated in 48 hours of formal in‐class lecture time and in many hours of at‐home work solving practical exercises. 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

The course grade is determined on the basis of a written examination. It may be integrated by a brief oral discussion.

The examination (2 hours) tests the student's ability to do the following:

- Present briefly the main ideas, concepts and results developed in the course, also explaining the meaning and scope of the experimental approaches behind the validity of the results .


- Use effectively the concepts and the result to answer questions and solve theoretical and experimental problems .

The above is accomplished by asking the student to answer 2-3 open questions and 10 closed questions (multiple choise, short answer and fill in the blanks)
.

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Attività di supporto

Weekly homework sets will be assigned, and their solution will be posted and (if time allows) discussed in class. 

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Testi consigliati e bibliografia

Articoli e siti web selezionati. Vedi Moodle

Selected papers and websites. See Moodle.

For some topics selected textbooks available at DBIOS library.

 

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Note

Course website

Registrazione
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    Ultimo aggiornamento: 04/06/2019 12:36
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