Introduzione al Corso: La Biofisica

Transcript

1 Introduzione al Corso: La Biofisica Fisica 1 : Scienza sperimentale che coordina le nozioni sui fenomeni naturali in un unico sistema di leggi in modo che risultino deducibili per via logica da un insieme ridotto di principi. Fisica 2: Scienza che studia gli aspetti più generali dei fenomeni naturali [...] cercando quanto vi é di essenziale per risalire alle leggi che li governano e ai principi universali da cui queste derivano (dal greco φυσισ : 'natura'). Physics 3 : [...] [Physics] deals with those fundamentals questions on the structure of matter and the interactions of the elementary constituents of nature [...]. Its goal is the formulation of comprehensive principles, or laws of physics, [...] that typically are expressed with economy and precision in the language of mathematics. 1 Enciclopedia Scientifica Tecnica - Garzanti (1977) 2 Dizionario della Lingua Italiana - G.Devoto & G.C. Oli (1977) 3 Encyclopaedia Britannica

2 Biologia 1 : Scienza che tende a stabilire le leggi generali che regolano la vita attraverso lo studio degli organismi viventi considerati da un punto di vista morfologico, fisiologico e patologico. Biologia 2 : Scienza che studia i fenomeni della vita e le leggi che li governano; comprende varie branche, quali la b.generale, che si occupa delle leggi generali che regolano l'esistenza dei viventi (come fenomeno naturale), la fisiologia, la zoologia, la botanica, la patologia ecc. Biology 3 : Biology may be defined as an area of learning that deals with all of the physico-chemical aspects of life. But [...] there has been an overlapping of the field of biology with other scientific disciplines. [...] sciences, chemistry and physics, for example, are integrated with those of biology in such areas as biochemistry and biophysics.

3 Biofisica 1 : Branca della biologia che studia l'influenza esercitata dagli agenti fisici sui fenomeni biologici e, più in generale, che si occupa di tutti quei fenomeni che sono al limite tra la biologia e la chimica-fisica. Biofisica 2 : Scienza che comprende quei campi di ricerca scientifica specializzata che si occupano di quegli aspetti degli organismi che richiedono per il loro studio e la loro comprensione una competenza specialistica nella fisica contemporanea. Biophysics 3 :In its broadest sense, biophysics is concerned with the solution of biological problems in terms of the concepts of physics and other physical sciences. [...]Biophysics and the intimately related subject molecular biology now are firmly established as cornerstones of modern biology.

4 "La Biofisica assume come dati di partenza (insieme fatti conosciuti e principi esplicativi) i principi generali della fisica e tutte le note conseguenze che da essi derivano per via deduttiva, e si propone di spiegare in base ad essi la possibilità dell'insorgere di sistemi materiali quali gli organismi viventi, nonché l'intera fenomenologia cui essi danno luogo." Mario Ageno - Introduzione alla Biofisica Milano: Edizioni scientifiche e tecniche Mondadori 1975 "There is still much lack of knowledge about this advanced level of organisation of matter, we call 'life', and its novel non-material consequences. owever, at this stage it is simply 'lack of knowledge', and not 'discrepancy' with the present concepts of physics. Eigen M. and P. Schuster. (1978) "The hypercycle. A principle of natural self organization", Springer-Verlag.

5 Biophysics is that branch of knowledge that applies the principles of physics and chemistry and the methods of mathematical analysis and computer modeling to understand how biological systems work Biophysical Society

6 Questioni di metodo il Biofisico (biologia): adatta il problema biologico agli strumenti (concettuali e sperimentali) che la Fisica gli fornisce il Biofisico (fisica): costruisce gli strumenti (concettuali e sperimentali) adatti al problema biologico

7 Definizione di sistema vivente Problemi di definizione delle Bio -discipline difficoltà di definire in modo non ambiguo il sistema vivente caratteristiche che siano proprie di tutti e solo gli organismi viventi

8 ES: Si definisce vivente un sistema in grado di auto riprodursi Reazioni a catena Es: produzione di Cloro molecolare.

9 gli alcani danno luogo a reazioni di sostituzione R C R'' R' X R X C R'' R' C 4 + Cl 2 C 3 Cl + Cl

10 1.Inizio Cl Cl hν, calore. 2 Cl Nella prima fase della reazione si scinde il legame Cl-Cl 2.Propagazione. C + Cl Nella seconda C fase un atomo (radicale) di cloro induce la scissione di un legame 4 + Cl C- del metano 2 C 3 Cl + Cl. C + Cl

11 C 4 + Cl 2 C 3 Cl + Cl 3.Propagazione. C + Cl Cl C Cl + Cl. Nella terza fase il radicale metile induce la scissione di una seconda molecola di cloro.

12 Riassumendo 1 Cl Cl 2 Cl. 2 C + Cl. C. Cl 3 C. + Cl Cl C Cl + Cl.

13 4.Termine. C +. C C C. +. C Cl C Cl Cl.. + Cl Cl 2 La reazione a catena si interrompe quando due radicali si combinano per formare una molecola stabile

14 INIZIO propagazione Cl +Cl Cl 2 TERMINE

15 Reazione di polimerizzazione (formazione di polimeri da soluzione di monomeri) p1: La forza dell interazione tra due monomeri è funzione solo della distanza tra i loro baricentri; p2: La forma del potenziale di interazione è tale che si esercita: a) una forza repulsiva forte a breve distanza; b) una forza attrattiva media che decresce con la distanza; c) una forza repulsiva debole a lunga distanza.

16 E = energia di interazione tra due monomeri (in u.a.) d = distanza tra monomeri (in unità di monomero) (E min, d(e min )): coordinate del punto di equilibrio energia e distanza di legame tra due monomeri)

17 per muoversi dal punto di equilibrio (sia per aumentare che per diminuire la distanza tra monomeri) é necessario fornire energia formazione di un dimero = processo esoenergetico con liberazione di energia (energia di legame) dimero stabile rispetto alla rottura in due monomeri

18 Dimero Trimero Tetramero d 12 d 12 d 23 d 13 = 2 d 12 d 23 d 34 d 13 = 2 d 24 = 2 d 14 = 3 E 12 E dimero = -4.7 E 12 E 23 E 13 = E trimero = -7.1 E 12 E 23 E 34 E 13 = E 24 = E 14 = E tetramero = -8.3 E (tetrametro) = -8.3 > E(dimero) + E(dimero) = (-4.7)+ (-4.7) = -9.4 formazione spontanea (E<0*) di dimeri, trimeri e tetrametri da monomeri separazione spontanea del tetrametro in due dimeri (-8,3) = -1.1 processo di (ri)produzione di dimeri *il contributo entropico all'energia di Gibbs é trascurato

19 -4.7

20 Dimero Trimero Tetramero d 12 d 12 d 23 d 13 = 2 d 12 d 23 d 34 d 13 = 2 d 24 = 2 d 14 = 3 E 12 E dimero = -4.7 E 12 E 23 E 13 = E trimero = -7.1 E 12 E 23 E 34 E 13 = E 24 = E 14 = E tetramero = -8.3 E (tetrametro) = -8.3 > E(dimero) + E(dimero) = (-4.7)+ (-4.7) = -9.4 formazione spontanea (E<0*) di dimeri, trimeri e tetrametri da monomeri separazione spontanea del tetrametro in due dimeri (-8,3) = -1.1 processo di (ri)produzione di dimeri *il contributo entropico all'energia di Gibbs é trascurato

21

22 Dimero Trimero Tetramero d 12 d 12 d 23 d 13 = 2 d 12 d 23 d 34 d 13 = 2 d 24 = 2 d 14 = 3 E 12 E dimero = -4.7 E 12 E 23 E 13 = E trimero = -7.1 E 12 E 23 E 34 E 13 = E 24 = E 14 = E tetramero = -8.3 E (tetrametro) = -8.3 > E(dimero) + E(dimero) = (-4.7)+ (-4.7) = -9.4 formazione spontanea (E<0*) di dimeri, trimeri e tetrametri da monomeri separazione spontanea del tetrametro in due dimeri (-8,3) = -1.1 processo di (ri)produzione di dimeri *il contributo entropico all'energia di Gibbs é trascurato

23

24 Dimero Trimero Tetramero d 12 d 12 d 23 d 13 = 2 d 12 d 23 d 34 d 13 = 2 d 24 = 2 d 14 = 3 E 12 E dimero = -4.7 E 12 E 23 E 13 = E trimero = -7.1 E 12 E 23 E 34 E 13 = E 24 = E 14 = E tetramero = -8.3 E (tetrametro) = -8.3 > E(dimero) + E(dimero) = (-4.7)+ (-4.7) = -9.4 formazione spontanea (E<0*) di dimeri, trimeri e tetrametri da monomeri separazione spontanea del tetrametro in due dimeri (-8,3) = -1.1 processo di (ri)produzione di dimeri *il contributo entropico all'energia di Gibbs é trascurato