File PDF 68.1 Kb - Dipartimento di Fisica

Testi del Syllabus
Docente
SPORTELLI LUIGI
Anno offerta:
2012/2013
Insegnamento:
27005366 - ELEMENTI DI BIOFISICA
Corso di studio:
0727 - FISICA
Anno regolamento: 2010
CFU:
5
Settore:
FIS/07
Tipo attività:
D - A scelta dello studente
Partizione studenti:
-
Anno corso:
3
Periodo:
Primo Semestre
Sede:
UNIVERSITA' DELLA CALABRIA
Matricola: 001698
Testi in italiano
Tipo testo
Testo
Lingua insegnamento
Italiano
Contenuti
Proprietà caratteristiche delle cellule. Biopolimeri biologici: DNA, RNA,
Proteine. Proprietà fisico-chimiche dell’acqua. Interazioni deboli in sistemi
biologici. Elementi di Meccanica quantistica. Spettroscopie per lo studio
dei biosistemi: Assorbimento ottico e Fluorescenza e loro applicazione
allo studio dei biopolimeri. Spettroscopia di risonanza magnetica di spin
elettronico e sue applicazioni.
Testi di riferimento
- Biochimica, D. Voet & J.G. Voet, Zanichelli – 1997 o testi equivalenti
- Biophysical Chemistry, Part II: Thechniques for the study of biological
structure and function, C. R. Cantor & P. R. Schimmel, Freeman & Comp.
– 1980
- Biophysics, W. Hoppe, W. Lohmann, H. Markl, H. Ziegler, Springer Verlag
– 1983
- Appunti da prendere a lezioni
Obiettivi formativi
Obiettivo del corso è quello di introdurre lo studente allo studio della
materia soffice biologica con particolare riferimento alle proteine e di
fargli acquisire conoscenze di alcune tecniche spettroscopiche
particolarmente utili per lo studio delle proprietà strutturali e dinamiche
di biosistemi.
Prerequisiti
Conoscenze di Elementi di Meccanica quantistica
Metodi didattici
Lezioni e laboratorio
Altre informazioni
Orario di ricevimento: Lunedì 11:30 – 13:30 previo appuntamento
telefonico o preso via e-mail.
Studio docente: Edificio 30C - piano 5° - stanza 4
Email: [email protected]
Recapito telefonico: +39 0984.496076 - +39 0984.496073
Modalità di verifica
dell'apprendimento
Esame orale con eventuale discussione di una relazione di laboratorio
Programma esteso
Cenni sulle cellule procariotiche ed eucariotiche. Macromolecole
biologiche: DNA e RNA. Proteine: ammino acidi, legame peptidico (CONH-). Ripiegamento dei biopolimeri proteici: struttura -elica, 310, ,
-strand. Diagramma di Ramachandran. Struttura terziaria e quaternaria
delle proteine. Esempi di proteine fibrose e di proteine globulari (Hb, Mb).
Proprietà fisico-chimiche dell’acqua.
Interazioni deboli nei biosistemi: interazione dipolo-dipolo ed effetto della
temperatura, interazione dipolo permanente-dipolo indotto, dipolo
transiente-dipolo indotto, forze di dispersione. Macromolecole in
soluzione: teoria di Debye-Huchel.
Spettroscopia di assorbimento ottico UV-VIS. Relazione fra ε(ν) e
proprietà elettroniche molecolari. Legge di Lambert-Beer. Schema di uno
spettrofotometro. Transizioni molecolari di dipolo elettrico: * *,
n*. Assorbimento ottico dei cromofori proteici, del DNA e di gruppi
prostetici. Analisi degli spettri di assorbimento. Effetti sugli spettri di
assorbimento della polarità del mezzo di dispersione.
Fluorescenza di biomolecole: coefficiente di emissione spontanea, vita
media radiativa, fattori che influenzano l’emissione di fluorescenza
(intersystem crossing, internal conversion, quenching). Stato di tripletto
(fosforescenza). Schema a blocchi di uno spettrofluorimetro. Spettri di
emissione e di eccitazione. Emissione del Trp in proteine native e
denaturate e di “probes” fluorescenti caratteristici.
Tipo testo
Testo
Elementi di spettroscopia di risonanza magnetica: di spin elettronico
(ESR) e nucleare (NMR). Interazione Zeemann ed iperfine. Schema a
blocchi di uno spettrometro ESR. Applicazione della spettroscopia ESR
allo studio dei radicali liberi.
Testi in inglese
Tipo testo
Testo
Lingua insegnamento
Italian
Contenuti
Structural properties of cells. Biopolymers: DNA, RNA, Proteins. Physicochemical properties of water. Weak interactions in biological systems.
Principles of Quantum Mechanics. Spectroscopies for the investigation of
bio-systems: Optical absorption and Fluorescence and their application to
study biopolymers. Introduction to Magnetic Resonances (NMR and ESR).
Electron Spin Resonance (ESR) spectroscopy and its application to study
free radicals.
Testi di riferimento
- Biochimica, D. Voet & J.G. Voet, Zanichelli – 1997 or similar books
- Biophysical Chemistry, Part II: Thechniques for the study of biological
structure and function, C. R. Cantor & P. R. Schimmel, Freeman & Comp.
– 1980
- Biophysics, W. Hoppe, W. Lohmann, H. Markl, H. Ziegler, Springer Verlag
– 1983
- Appunti che gli studenti prendono a lezione
Obiettivi formativi
The main goal of this course is to introduce the students to the study of
the Biological Soft Matter, in particular of the proteins, and to give them
knowledges on some spectroscopies widely used to investigate the
structural and dynamics properties of bio-systems.
Prerequisiti
Knowledge of Principles of Quantum Mechanics
Metodi didattici
Lectures and lab
Altre informazioni
Office hours for students:
Monday 11:30 – 13:30 by previous tel. or e-mail contact.
Office: building 30C - 5th floor - room 4
Email: [email protected]
Telephone: +39 0984.496076 - +39 0984.496073
Modalità di verifica
dell'apprendimento
Oral exam
Programma esteso
Prokaryotic and eukaryotic cells. DNA: Nucleotides, DNA double helix,
Hydrogen bonds, Stacking of the bases, Melting of the DNA double helix.
RNA: basis, nucleotides, outline on m-RNA,
t-RNA, r-RNA. Protein: Amino acids, peptide bond, relationship triplet of
nucleotides-amino acids, dihedral angles, secondary structures.
Ramachandran plot. Hydrogen bonds in proteins. Structural Proteins.
Globular proteins (Hb, Mb).
Water in biology. Physical-chemical properties of water. Buffers.
Weak interactions in biology: Charge-dipolo, dipolo-dipolo, Temperature
effect on dipolo-dipolo interaction, permanent dipolo-induced dipolo,
istantaneous dipolo-induced dipolo.
Macromolecules in electrolyte solution: Theory of Debye-Huckel.
Spectroscopies for the investigation of biosystems. Properties of the
electromagnetic radiation. Principles of quantum mechanics: wave
function, operators, Schroedinger eq., Born-Oppenheimer principle. Twolevel system: interaction of light with molecules, transition dipoles,
energy states of molecules, extinction coefficient. Spectral properties of
simple molecules. Spectroscopic analysis of biopolymers: Proteins, DNA.
Spectrum sensitivity to local environment.
Fluorescence spectroscopy: basic principles, factors Influencing
fluorescence intensity, experimental measurements. Properties of typical
fluorescent groups. Sensitivity of Fluorescence to the environment.
Tipo testo
Testo
Effect of quenchers.
Principles of magnetic resonance (NMR, ESR): Larmor precession.
Relaxation processes. Bloch equations. Important implications of the
Bloch equations.
Quantum mechanical aspect of ESR: Zeeman interaction, Transition
between Zeeman levels (selection rules), resonance absorption lines,
hyperfine interaction (contact interaction).
Interaction of an unpaired electron with equivalent protons. Shape of the
ESR signal. The nitroxide free radical DTBN. Description of an ESR
spectrometer: klystron, wave guide, circulator, resonance cavity, PSD,
AFC, electromagnet .
Practical n. 1: Optical absorption of chromophores in media with different
polarity.
Practical n. 2: Fluorescence of Trp in water, ethanol, n-exano and in
Human Serum Albumin in the native and thermal unfolded state.
Practical n. 3: ESR of the nitroxide free radical DTBN in different solvents.