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\chapter{Introduzione}
@ -5,7 +7,7 @@ Gli stimoli meccanici rivestono nell'ambito dei sistemi biologici un
ruolo importante nel determinare il corretto funzionamento di cellule,
tessuti e organismi complessi.
Mentre tradizionalmente la Biologia si è occupata di
Mentre tradizionalmente la biologia si è occupata di
studiare come processi cellulari e inter-cellulari fossero regolati
dallo scambio di molecole biologiche, il ruolo degli stimoli
meccanici è stato a lungo ritenuto marginale nella descrizione di
@ -14,31 +16,46 @@ questi processi.
Lo sviluppo di tecniche sempre più avanzate e precise per la
visualizzazione e la manipolazione di molecole all'interno di campioni
biologici ha iniziato a mutare questa concezione: oggi possiamo
indagare nel dettaglio il funzionamento dei motori
molecolari all'interno delle nostre cellule o
misurare come variazioni nella tensione applicata ad un polimero
possano indurre una riorganizzazione strutturale nello stesso e
cambiarne le proprietà biochimiche.
indagare nel dettaglio il funzionamento dei motori molecolari
all'interno delle nostre cellule o misurare come variazioni nella
tensione applicata a un polimero possano indurre una riorganizzazione
strutturale nello stesso e cambiarne le proprietà biochimiche.
Per molti processi biologici il ruolo della forza è fondamentale,
ad esempio nei complessi proteici che legano tra di loro le cellule
in un tessuto. Questi si comportano come complesse macchine in grado
di elaborare stimoli di tipo biochimico e meccanico, comunicando e
interferendo con il resto delle funzioni cellulari.
in un tessuto, le \emph{giunzioni cellulari}.
Queste si comportano come complesse macchine in grado di elaborare
stimoli di tipo biochimico e meccanico, comunicando e interferendo
con le funzioni del resto della cellula.
Esistono diversi tipi di giunzioni cellulari, responsabili di
specifiche funzioni e caratterizzate dalla reciproca interazione di
diversi tipi di proteine. La dipendenza di queste interazioni
dalle sollecitazioni meccaniche esercitate sulle proteine
Le pinzette ottiche permettono di sondare il comportamento di
complessi proteici sottoposti a stimoli meccanici variabili, osservando
ad esempio come questi posssano modulare l'interazione tra due proteine
diverse. La teoria alla base del loro funzionamento è introdotta nella sezione \ref{sec:ot}.
complessi proteici sottoposti a stimoli meccanici variabili,
osservando
ad esempio come questi posssano modulare l'interazione tra due
proteine diverse. La teoria alla base del loro funzionamento è
introdotta nella sezione \ref{sec:ot}.
Quando sono combinate con tecniche ultraveloci per il posizionamento
delle trappole e il rilevamento degli spostamenti degli oggetti intrappolati le pinzette ottiche consentono la realizzazione di esperimenti di \emph{spettroscopia force-clamp}, approfonditi nella sezione \ref{sec:force_clamp}.
Parallelamente la microscopia ottica ha permesso di descrivere i processi biologici con una precisione sempre maggiore, rendendo possibile la rilevazione e il tracciamento di singole molecole. In particolare
nell'ambito della microscopia di fluorescenza sono state sviluppate
tecniche per ricostruire immagini superando il \emph{limite di diffrazione}, per indurre la produzione di proteine fluorescenti grazie
all'ingegneria genetica, per rendere rilevabile il segnale di singoli fluorofori immobilizzati sopprimendo il rumore di quelli liberi in
soluzione. La teoria alla base di alcune di queste techniche è introdotta nella sezione \ref{sec:imaging}.
delle trappole e il rilevamento degli spostamenti degli oggetti
intrappolati le pinzette ottiche consentono la realizzazione di
esperimenti di \emph{spettroscopia force-clamp}, approfonditi nella
sezione \ref{sec:force_clamp}.
Parallelamente la microscopia ottica ha permesso di descrivere i
processi biologici con una precisione sempre maggiore, rendendo
possibile la rilevazione e il tracciamento di singole molecole.
In particolare nell'ambito della microscopia di fluorescenza sono
state sviluppate tecniche per ricostruire immagini superando il
\emph{limite di diffrazione}, per indurre la produzione di proteine
fluorescenti grazie all'ingegneria genetica, per rendere rilevabile
il segnale di singoli fluorofori immobilizzati sopprimendo il rumore
di quelli liberi in soluzione.
La teoria alla base di alcune di queste techniche è introdotta
nella sezione \ref{sec:imaging}.
Lo scopo di questa tesi è combinare un sistema di \emph{spettroscopia force-clamp} con un sistema di \emph{imaging di singola molecola} per l'esecuzione di misure in vitro simultanee e sincronizzate.


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