Cours de biophysique

Leçon 1 • Portée et histoire 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. Relie l'électrostatique au fonctionnement des membranes et des protéines.

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 suivants.

Leçon 4 • Mécanique statistique et fluctuations

Introduit la statistique de Boltzmann et les fonctions de partition pertinentes pour la biologie moléculaire. Explique comment les fluctuations thermiques régissent 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 expérimentales.

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 la liaison 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 à l'aide de principes physiques. Relie la thermodynamique du repliement à la fonction biologique.

Leçon 1 • Mécanique des fluides dans les systèmes biologiques

Introduit la mécanique 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. 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 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 membranaire et courbure

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 en patch-clamp

Couvre les configurations du patch-clamp et l'acquisition de données pour l'enregistrement canal unique. 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 porte 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 la 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 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. Relie le transfert d'énergie par résonance de Förster à la mesure de distance moléculaire.

Leçon 1 • Méthodes de fluorescence de 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 du piège optique et les méthodes de calibration pour la mesure de force. Applique les pinces optiques aux expériences de dépliage de protéines et de pas à pas des moteurs.

Leçon 3 • Microscopie à force atomique en biologie

Couvre les modes d'imagerie AFM et la calibration 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 de molécule unique

Contraste les mesures d'ensemble et de molécule unique et leur contenu informatif. Motive les méthodes de molécule unique pour la détection de l'hétérogénéité et des états rares.

Leçon 1 • Microscopie de force de traction

Mesure les forces générées par les cellules sur les 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 cellulaire unique à la déformation des tissus multicellulaires et aux transitions d'emballage. Applique la mécanique des milieux continus à la dynamique des monocouches épithéliales.

Leçon 3 • Mécano-sensibilité et mécanotransduction

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 les techniques de microrhéologie pour mesurer les propriétés mécaniques intracellulaires.

Leçon 1 • Oscillateurs biologiques et horloges

Analyse les oscillations de cycle limite dans les modèles de répresillateur 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 courbes nulles. 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.