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Biofisica (coorte immatricolati 2011/2012)

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Anno accademico 2011/2012

Codice dell'attività didattica
MFN1199
Docenti
Prof. Davide Lovisolo
Dott. Alessandra Fiorio Pla
Corso di studi
[f008-c501] LM in Biologia Cellulare e Molecolare (Classe LM-06)
Anno
2° anno
Periodo didattico
I semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
BIO/09 - fisiologia
Oggetto:

Sommario insegnamento

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Programma


Le leggi del flusso applicate ai soluti ionici, partendo dalle equazioni del flusso viste nel corso di Fisiologia Cellulare. Cenni di termodinamica dei processi irreversibili. Richiami delle leggi dei flussi per soluti non ionici

Le leggi dell’elettrodiffusione. Da Fick a Nernst-Planck
Equilibrio e stazionarietà. Dai concetti termodinamici ai flussi di membrana. Diffusione libera e attraverso membrane. Dal potenziale di equilibrio dei singoli ioni al potenziale di riposo di una membrana selettiva: Goldman-Hodgkin-Katz
L’applicazione alle membrane biologiche i circuiti equivalenti di membrana. Permeabilità e conduttanze . Selettività, potenziale di inversione
Membrane cellulari: struttura e funzione; Lipid rafts, caveolae, signalplexes

Membrane intracellulari: ruoli non convenzionali
Variazione dei rapporti di permeabilità e generazione di segnali elettrici ai capi della membrana: quali parametri chimici e fisici possono generare queste variazioni? Ligandi intra-ed extracellulari. Pressione, Temperatura, Interazioni proteina-proteina, Voltaggio. Ruolo del voltaggio come attivatore  particolare e specifico: la comunicazione veloce (ma non solo…). I canali voltaggio-dipendenti e l’eccitabilità elettrica: breve excursus storico
dal potenziale d’azione alle correnti: il modello di Hodgkin e Huxley
dalle correnti macroscopiche al singolo canale. Quando si precisa il concetto di canale? Canali VOCs e attivati da ligandi: una storia QUASI parallela.

TECNICHE DI STUDIO (CRISTALLOGRAFIA, TECNICHE ELETTROFISIOLOGICHE, BIOLOGIA MOLECOLARE)
teoria stocastica dei canali. Dal singolo canale alla corrente macroscopica

oltre H&H: i Ca2+ VOCs. Revisione del concetto di soglia di eccitabilità e di fenomeni tutto-nulla. La diversità dei canali per il K+.

ruoli dei VOCS in cellule non eccitabili: ruolo nella proliferazione cellulare e crescita tumorale dei canali per il Na, K VOCS

flussi di calcio e regolazione di processi funzionali: non solo Ca VOCs. I canali cationici attivati dal II messaggeri.  

  • simulazione al computer (3h)  

Ruoli dei canali indipendenti da ioni: canali ionici visti come proteine (enzimi, scaffold..)
Ruolo dei canali indipendente dal flusso di cariche: regolazione del volume cellulare.

due esempi di Canali ionici non VOCs: TRP channels and PIEZO (ampliando il discorso ENaC).
Dinamiche spaziotemporali di messaggeri diffusibili: Ca2+, NO, cAMP e AA. Proprietà strutturali e funzionali di microdomini intracellulari. Vincoli fisici e meccanici alla libera diffusione intracellulare.

Tecniche in fluorescenza per studiare secondi messaggeri in cellule vive (live cell imaging)

  • esposizione articolo (10’ + 5’ discussione)





Fluxes laws for ionic solutions. Themordinamics and ion fluxes. Electrodiffusion laws: from Fick to Nernst-Planck.
Equilibrium potentials and Nernst equation. Goldman- Hodgkin- Katz equation.
From theory to biological membranes: free diffusion and membrane diffusion. Membranes as circuits. Ion permeability, ion selectivity. Reversal potential.
Electrical signal generation across the membrane: chemical and physical parameters involved in eliciting electrical signals. Intra and extracellular ligands, pressure, temperature, Voltage.
Voltage and ligand-gated channels and their role in fast trasmission
Action Potential: Hodgkin and Huxley model. Whole cell and Single channel currents
Voltage gated Ca2+ and K+ channels
Cell membranes: lipid rafts, caveolae and signalplexes. Unconventional role for intracellular membranes.
Voltage-gated channels in non excitable cells: role in cell proliferation and tumor progression.
Ion channels as proteins: functional role independent from ion fluxes. Role in cell volume regulation.
Examples of non voltage-gated channels: TRP channels and PIEZO channels.
Spatiotemporal dinamycs of intracellular diffusible second messengers: Ca2+, gasotransmitters, cAMP.
Cellular bioimaging using fluorescent probes: FRET, FRAP, TIRF.



Il corso si propone di approfondire alcuni aspetti della biofisica classica. Ulteriore obiettivo formativo consiste nell’analizzare quantitativamente alcuni approcci tecnici e concettuali ai meccanismi di trasduzione del segnale intracellulare in chiave molecolare e postgenomica, con approfondimenti su temi particolari.


Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito internet  


L’esame consisterà in una prova scritta, a domande aperte. Alla votazione finale concorrerà il giudizio sulla presentazione e discussione di un articolo che ogni studente dovrà svolgere nelle ore dedicate a Seminari.
Nel caso lo studente voglia migliorare il voto ottenuto nello scritto, sosterrà una prova integrativa orale.


Non è richiesta nessuna propedeuticità.

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria; per i corsi di laboratorio e le attività di esercitazione relative ai corsi la frequenza è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste.  

Testi consigliati e bibliografia



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Ultimo aggiornamento: 28/09/2012 10:12
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