Cours de biophysique

Leçon 1 • Portée et historique de la biophysique

Retrace la biophysique, depuis les débuts de la biologie physique jusqu'à l'imagerie moléculaire moderne. Contextualise la discipline au sein de la physique, de la chimie et de la biologie.

Leçon 2 • Électrostatique et charges biologiques

Examine les forces électriques, les potentiels et les interactions ioniques en milieu aqueux. Établit un lien entre l'électrostatique et la fonction membranaire et protéique.

Leçon 3 • Mathématiques essentielles pour la biophysique

Passe en revue le calcul différentiel et intégral, l'algèbre linéaire et les probabilités appliqués aux problèmes biologiques. Fournit la boîte à outils quantitative pour tous les chapitres subséquents.

Leçon 4 • Mécanique statistique et fluctuations

Présente la statistique de Boltzmann et les fonctions de partition pertinentes pour la biologie moléculaire. Explique comment les fluctuations thermiques sont à l'origine des phénomènes biologiques.

Leçon 1 • Approches de simulation moléculaire

Présente les méthodes computationnelles pour modéliser la structure et la dynamique biomoléculaires. Fait le pont entre les champs de force théoriques et les observables expérimentaux.

Leçon 2 • Interactions covalentes et non covalentes

Distingue les types de liaisons et leurs échelles d'énergie dans les macromolécules biologiques. Établit la hiérarchie des forces régissant la structure moléculaire.

Leçon 3 • Structure et mécanique des acides nucléiques

Décrit l'architecture de l'ADN et de l'ARN par l'empilement des bases et les liaisons hydrogène. Établit un lien entre les propriétés structurelles et la mécanique de la réplication et de la transcription.

Leçon 4 • Structure et stabilité des protéines

Analyse la structure primaire à quaternaire des protéines à l'aide de principes physiques. Établit un lien entre la thermodynamique du repliement et la fonction biologique.

Leçon 1 • Mécanique des fluides dans les systèmes biologiques

Présente la dynamique des fluides à faible nombre de Reynolds pertinente pour les cellules et les micro-organismes. Applique la traînée de Stokes et l'écoulement de Poiseuille à des contextes biologiques.

Leçon 2 • Lois de Fick et équations de diffusion

Applique les première et deuxième lois de Fick aux gradients de concentration dans les tissus. Résout les équations de diffusion pour des géométries biologiquement pertinentes.

Leçon 3 • Transport ionique et potentiels membranaires

Couvre les mécanismes de transport ionique passif et actif et l'équation de Nernst. Établit un lien entre les gradients électrochimiques et la génération du potentiel membranaire.

Leçon 4 • Mouvement brownien et marches aléatoires

Dérive la diffusion à partir du mouvement aléatoire microscopique des particules. Établit le fondement stochastique de tous les phénomènes de transport biologique.

Leçon 1 • La membrane en tant que condensateur électrique

Modélise la bicouche lipidique comme un condensateur et une résistance en parallèle. Dérive l'équation du câble pour la propagation du signal dans les neurones.

Leçon 2 • Mécanique et courbure membranaires

Applique la théorie de l'élasticité de Helfrich à la forme et à la déformation de la membrane. Établit un lien entre l'énergie de courbure et la formation de vésicules et l'endocytose.

Leçon 3 • Électrophysiologie en patch clamp

Couvre les configurations de patch clamp et l'acquisition de données pour l'enregistrement de canaux uniques. Établit un lien entre l'analyse du bruit expérimental et la biophysique des canaux.

Leçon 4 • Modèle de Hodgkin-Huxley de l'excitabilité

Dérive et simule les équations de Hodgkin-Huxley pour la génération du potentiel d'action. Applique le formalisme des variables de déclenchement à l'excitabilité neuronale.

Leçon 1 • Spectroscopie UV-visible et infrarouge

Applique la spectroscopie électronique et vibrationnelle à la caractérisation des protéines et des acides nucléiques. Établit un lien entre les caractéristiques spectrales et le contenu en structure secondaire.

Leçon 2 • Méthodes de diffusion des rayons X et des neutrons

Explique les principes de diffraction et les calculs du facteur de structure pour la cristallographie. Applique la diffusion aux petits angles à l'analyse biomoléculaire en solution.

Leçon 3 • Principes de l'interaction lumière-matière

Dérive l'absorption, l'émission et la diffusion à partir des transitions de la mécanique quantique. Établit la loi de Beer-Lambert et les coefficients d'extinction molaire.

Leçon 4 • Spectroscopie et microscopie de fluorescence

Couvre l'excitation, l'émission et l'extinction de fluorescence dans les applications biologiques. Établit un lien entre le transfert d'énergie par résonance de Förster et la mesure des distances moléculaires.

Leçon 1 • Méthodes de fluorescence à molécule unique

Applique la fluorescence par réflexion totale interne et la détection confocale à des molécules uniques. Analyse les trajectoires d'intensité pour la dynamique conformationnelle et les événements de liaison.

Leçon 2 • Pinces optiques et spectroscopie de force

Dérive le potentiel de la piège optique et les méthodes d'étalonnage pour la mesure de la force. Applique les pinces optiques aux expériences de déploiement des protéines et de pas à pas des moteurs.

Leçon 3 • Microscopie à force atomique en biologie

Couvre les modes d'imagerie MFA et l'étalonnage de la force du cantilever pour les échantillons biologiques. Établit un lien entre les courbes force-distance et l'adhésion et l'élasticité moléculaires.

Leçon 4 • Justification des approches à molécule unique

Contraste les mesures d'ensemble et à molécule unique et leur contenu informationnel. Motive les méthodes à molécule unique pour détecter l'hétérogénéité et les états rares.

Leçon 1 • Microscopie de force de traction

Mesure les forces générées par les cellules sur des substrats à l'aide du déplacement de billes et de la théorie de l'élasticité. Établit un lien entre les cartes de traction et la tension du cytosquelette et la migration.

Leçon 2 • Mécanique des tissus et comportement collectif

Étend la mécanique de la cellule unique à la déformation des tissus multicellulaires et aux transitions d'empilement. Applique la mécanique des milieux continus à la dynamique des monocouches épithéliales.

Leçon 3 • Mécanosensation et mécanotransduction

Examine comment les cellules détectent et convertissent les stimuli mécaniques en signaux biochimiques. Établit un lien entre l'adhésion médiée par les intégrines et les cascades de signalisation en aval.

Leçon 4 • Viscoélasticité et rhéologie cellulaires

Modélise les cellules comme des matériaux viscoélastiques à l'aide d'expériences de fluage et de relaxation de contrainte. Applique des techniques de microrhéologie pour mesurer les propriétés mécaniques intracellulaires.

Leçon 1 • Oscillateurs et horloges biologiques

Analyse les oscillations cycliques limites dans les modèles de répresseur et d'horloge circadienne. Applique la théorie de la bifurcation de Hopf aux principes de conception des oscillateurs.

Leçon 2 • Bistabilité et comportement de type interrupteur

Dérive les conditions de bistabilité dans les interrupteurs génétiques à l'aide de l'analyse des nullclines. Établit un lien entre la bistabilité et les décisions de destin cellulaire et la différenciation.

Leçon 3 • Expression génique stochastique

Modélise le bruit intrinsèque et extrinsèque dans l'expression génique à l'aide d'équations maîtresses. Établit un lien entre la propagation du bruit et la variabilité phénotypique dans les populations cellulaires.

Leçon 4 • Cascades de signalisation et théorie de l'information

Quantifie la transmission de l'information dans les voies de signalisation à l'aide de l'information mutuelle. Applique les concepts de capacité de canal à la fidélité de la signalisation récepteur-ligand.