PRINCIPI DI INFORMATICA MATEMATICA E FISICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE M - Z

Obiettivi formativi

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  Presentare alcuni basilari concetti matematici e mostrare come essi possano essere utilizzati nella elaborazione di semplici modelli utili a comprendere i fenomeni della Biologia; sviluppare la capacità di calcolo e manipolazione degli oggetti matematici più comuni; presentare con sufficiente rigore alcuni semplici ma significativi metodi dimostrativi della Matematica per affinare le capacità logiche; insegnare a comunicare con chiarezza dei concetti rigorosi. Conoscere i fondamenti dell’informatica e le possibili applicazione nella biologia.

• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  Lo studente è tenuto a raggiungere i seguenti obiettivi formativi:

  • saper applicare opportunamente le nozioni riguardanti le grandezze fisiche e l' analisi dimensionale;
  • saper applicare il calcolo vettoriale nella risoluzione dei problemi fisici del mondo circostante;
  • saper risolvere quesiti inerenti a problematiche di cinematica, statica e dinamica del punto materiale e del corpo rigido;
  • saper applicare le conoscenze di fluidostatica e fluidodinamica a problemi reali;
  • saper applicare i concetti fondamentali di termodinamica, quali calore e rendimento di macchine termodinamiche.
  • saper applicare i concetti fondamentali relativi all'elettromagnetismo

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  Mediante lezioni frontali ed esercitazione pratiche.

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  La modalità di insegnamento è generalmente quella più congeniale all'insegnamento di Fisica per il CDL in Biotecnologie. In particolare, la lezione verrà svolta con l'ausilio di slides per approfondimenti su taluni specifici argomenti. Inoltre verranno utilizzati files multimediali (video e/o audio) per agevolare la comprensione di alcuni argomenti. Oltre a ciò viene privilegiato l'insegnamento in "cooperative learning". Verranno anche presi in considerazione momenti di brainstorming (principalmente per risoluzione di esercizi sottoposti dal docente) e di flipped-classroom in cui gli studenti verranno chiamati direttamente in causa per spiegare o llustrare esercizi o argomenti teorici.

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisiti richiesti

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  Nessuno

• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  Si richiedono i seguenti prerequisiti:

  • abilità nel calcolo algebrico;
  • dimestichezza con il calcolo differenziale;
  • conoscenza della trigonometria;
  • conoscenza delle principali leggi geometriche;
  • dimestichezza con lo studio di funzioni matematiche

Frequenza lezioni

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  Obbligatoria

• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  Obbligatoria

Contenuti del corso

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  Sezione Matematica

  1. Richiami sugli insiemi numerici e sul calcolo aritmetico, proprietà dei numeri reali e loro conseguenze.
  2. Teoria elementare degli insiemi
  3. Funzioni elementari: funzioni potenza e radici n-esime, funzioni esponenziali e funzioni logaritmo: definizioni, proprietà, grafici, applicazioni.
  4. Uso di esponenziali e logaritmi nelle scienze della vita: modelli per l’evoluzione di una popolazione, come quella dei batteri di una coltura o delle cellule di un tessuto di un organismo.
  5. Funzioni di una variabile reale: cenni su dominio di definizione, crescenza, decrescenza, massimo e minimo (assoluti), composizione di funzioni elementari e loro grafico.
  6. Limiti: definizioni, proprieta’, regole di calcolo, ordine di infinito e di infinitesimo, aspetti grafici, asintoti obliqui.
  7. Funzioni continue: definizione, proprietà, teorema degli zeri, approssimazione degli zeri di una funzione (ad esempio delle radici di un polinomio) col metodo di bisezione.
  8. Funzioni continue: esistenza di massimo e minimo su un intervallo chiuso e limitato. Composizione di funzioni elementari e loro grafico, considerando dominio di definizione, limiti agli estremi del dominio di definizione, crescenza e decrescenza, massimi e minimi.
  9. Derivate.
  10. Integrali: definizione, proprietà, calcolo di aree, approssimazione col metodo dei trapezi.
  11. Equazioni differenziali, cenni sui metodi numerici di risoluzione. Cinetica enzimatica e molecolare.

  Sezione Informatica

  Concetti fondamentali.

  Concetti fondamentali della Teoria dell’informazione; Concetti generali: Hardware, Software; Tecnologia dell'Informazione; Tipi di computer; Componenti principali di un PC; Prestazioni di un computer. Hardware: Unità centrale di elaborazione; Memoria; Periferiche di Input; Periferiche di output ; Periferiche di Input/output; Dispositivi di memoria. Software: Tipi di software; Software di sistema; Software applicativo; Graphical User Interface; Sviluppo di sistemi.

  Introduzione agli algoritmi.

  Algoritmi; Proprietà degli Algoritmi; Descrizione; Costanti e Variabili; Proposizioni e Predicati; Diagrammi a blocchi

  Introduzione alla biomedicina computazionale.

  Bioinformatica e modellistica computazionale nella biomedicina.

  Sezione Applicativa

  1. Uso ed accesso dei maggiori database genomici, proteinomici e bibliografici
  2. Esempi pratici di bioinformatica classica: assemblaggio di frammenti genomici, analisi e allineamento di biosequenze
  3. Protege e le ontologie: cenni
  4. COPASI: modellazione molecolare
  5. Modelli ad agenti: netlogo e sistemi customs
• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  1) Grandezze Fisiche

  Le grandezze in fisica-Unità di misura e sistema internazionale-Dimensioni e calcolo dimensionale-Errori di misura

  2) Calcolo vettoriale

  Sistemi di riferimento e sistema di coordinate; I vettori come entità geometriche; I vettori in fisica e loro utilizzo nello spazio fisico bidimensionale e tridimensionale; Grandezze vettoriali e grandezze scalari; I vettori nel piano e loro scomposizione per componenti; Versori; Somma tra vettori; Prodotto scalare e prodotto vettoriale tra vettori; Moltiplicazione di uno scalare per un vettore; Applicazioni

  3) Cinematica

  Vettore spostamento, velocità istantanea e velocità media; Moto nello spazio fisico e moto rettilineo uniforme; Legge oraria del moto; Vettore accelerazione istantanea e media; Moto uniformemente accelerato e sua legge oraria; Moto di caduta del grave; Combinazione di moti: il moto parabolico; Moto circolare uniforme; Accelerazione Centripeta; Applicazioni

  4) Dinamica

  Il concetto di forza in fisica; leggi del moto e formulazione newtoniana della dinamica classica; Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; La Forza come vettore: statica del punto materiale; Forza peso; Forza d’attrito; Lavoro svolto da una forza; Forze conservative; Forze elastiche e legge di Hooke; Il pendolo semplice; Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica; Forza gravitazionale; Energia potenziale; Energia meccanica e principio di conservazione dell’energia meccanica; Il piano inclinato e la statica per un sistema meccanico in presenza ed in assenza di forze di attrito; Condizione di equilibrio meccanico; Quantità di moto e principio di conservazione della quantità di moto; Moto rotatorio e cinematica rotazionale; Energia cinetica di rotazione; il corpo rigido e condizione di equilibrio meccanico e dinamica del corpo rigido.

  5) Dinamica dei fluidi ideali

  Fluidi; Pressione e densità nei fluidi; Fluidostatica; Legge di Stevino; principio di Pascal; principio di Archimede; Applicazioni; Dinamica dei fluidi ideali; Linee di flusso e tubi di flusso; Portata volumica e conservazione della portata volumica; Fluidodinamica e derivazione dell’equazione di Bernoulli; Applicazioni

  6) Termodinamica

  Sistemi termodinamici e sistemi in contatto termico; Equilibrio termodinamico; Temperature e calore; Principio zero della termodinamica; Dilatazione lineare e volumica: applicazioni; Capacità termica e calore specifico; Temperatura di equilibrio; Calore latente; Trasformazioni termodinamiche; Lavoro, calore ed energia interna; Primo principio della termodinamica; Lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche; I gas perfetti; Trasformazioni isoterma e isobara; Calore specifico molare; Relazione di Mayer; Trasformazioni adiabatiche; Macchine termiche; Rendimento; Enunciati del secondo principio della termodinamica; La funzione di stato entropia

  7) Elettromagnetismo

  Cariche elettriche e legge di Coulomb; Campi elettrici e sorgenti del campo elettrico; Legge di Gauss; Potenziale Elettrico ed energia potenziale; Capacità e condensatori; Corrente e leggi di Ohm; Campi magnetici e sorgenti; CAmpi magnetici variabili nel tempo; Introduzione alle leggi di Maxwell; Onde elettromagnetiche e proprietà; Applicazioni

Testi di riferimento

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  Appunti del docente

• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica" (2015) Casa Ed. Ambrosiana;

  2. Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica Vol. 1 – Meccanica e Termodinamica. Seconda edizione.” (EdiSES)

  3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fundamental of Physics" Casa Ed. Ambrosiana

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  Mediante prova scritta ed orale.

  La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• PRINCIPI DI INFORMATICA E MATEMATICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE

  1 Contrassegnare la risposta Vera. Il seek time misura: A) Il tempo che impiega la testina a spostarsi in senso radiale fino a raggiungere la traccia desiderata. B) Il tempo trascorso affinché Il settore desiderato passa sotto la testina. C) Il tempo di lettura vero e proprio. D) la velocità di avvio del sistema operativo.

  2 La codifica ASCII: A) Utilizza 8 bit per codificare i caratteri. B) Non è una codifica standard. C) permette di convertire i segnali da analogico a digitale . D) Prevede solo i caratteri alfanumerici.

  3 Descrivere mediante una funzione COPASI la seguente reazione: la proteinchinasi ERK viene fosforilata da un generico enzima con costante k1 in pERK.

• FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

  - Discutere dei principi di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto e del momento angolare;

  - Trattare i principi della termodinamica con le dovute applicazioni;

  - Equazione di Bernoulli per un fluido ideale e applicazioni;

  - Descrivere la fenomenologia relativa a campi elettrici e magnetici