Cours de biophysique

Leçon 1 • Portée et histoire de la biophysique

Retrace la biophysique, de la biologie physique ancienne 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. Relie l'électrostatique au fonctionnement des membranes et des protéines.

Leçon 3 • Mathématiques essentielles pour la biophysique

Révise 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 suivants.

Leçon 4 • Mécanique statistique et fluctuations

Introduit les statistiques de Boltzmann et les fonctions de partition pertinentes pour la biologie moléculaire. Explique comment les fluctuations thermiques pilotent les phénomènes biologiques.

Leçon 1 • Approches de simulation moléculaire

Introduit 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 à travers l'empilement des bases et les liaisons hydrogène. Relie les propriétés structurelles à la mécanique de la réplication et de la transcription.

Leçon 4 • Structure et stabilité des protéines

Analyse la structure primaire à quaternaire des protéines en utilisant des principes physiques. Relie la thermodynamique du repliement à la fonction biologique.

Leçon 1 • Mécanique des fluides dans les systèmes biologiques

Introduit 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 aux 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 ainsi que l'équation de Nernst. Relie les gradients électrochimiques à 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 pour tous les phénomènes de transport biologique.

Leçon 1 • La membrane comme 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 des membranes

Applique la théorie de l'élasticité de Helfrich à la forme et à la déformation des membranes. Relie l'énergie de courbure à la formation de vésicules et à l'endocytose.

Leçon 3 • Électrophysiologie par patch clamp

Couvre les configurations de patch clamp et l'acquisition de données pour l'enregistrement de canaux uniques. Relie l'analyse du bruit expérimental à 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. Relie les caractéristiques spectrales au 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 quantiques. 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. Relie le transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET) à la mesure de distance moléculaire.

Leçon 1 • Méthodes de fluorescence à molécule unique

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

Leçon 2 • Pièges optiques et spectroscopie de force

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

Leçon 3 • Microscopie à force atomique en biologie

Couvre les modes d'imagerie AFM et l'étalonnage de la force du cantilever pour les échantillons biologiques. Relie les courbes force-distance à l'adhésion moléculaire et à l'élasticité.

Leçon 4 • Justification des approches à molécule unique

Contraste les mesures d'ensemble et à molécule unique ainsi que 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 en utilisant le déplacement de billes et la théorie de l'élasticité. Relie les cartes de traction à la tension du cytosquelette et à la migration.

Leçon 2 • Mécanique tissulaire et comportement collectif

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

Leçon 3 • Mécano-sensation et mécano-transduction

Examine comment les cellules détectent et convertissent les stimuli mécaniques en signaux biochimiques. Relie l'adhésion médiée par les intégrines aux 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 micro-rhéologie pour mesurer les propriétés mécaniques intracellulaires.

Leçon 1 • Oscillateurs et horloges biologiques

Analyse les oscillations de cycle limite 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. Relie la bistabilité aux décisions du destin cellulaire et à la différenciation.

Leçon 3 • Expression génique stochastique

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

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

Quantifie la transmission d'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.