Séance de cours

Biologie cellulaire : Thermodynamique

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Dans cours

BIOENG-455: Computational cell biology

Computer modeling is used to study dynamic phenomena in cell biology. This course shows how to identify mathematical features of cell biology mechanisms and use numerical algorithms to model their behavior. ...

Description

Cette séance de cours couvre l'importance de la réversibilité dans les cellules pour minimiser la dissipation d'énergie, le concept d'entropie dans les systèmes isolés, la deuxième loi de la thermodynamique et les différents types d'énergies libres liées aux conditions limites. Il traite également des transitions de phase, des ressorts entropiques dans les molécules biologiques et de la transition de phase des ressorts entropiques. La séance de cours se termine par une analyse détaillée de l'effondrement d'un ressort entropique et de la courbe force-extension, mettant en évidence la relation entre l'énergie libre, la température et la longueur du contour du polymère.

Enseignant·e

Julian Charles Shillcock

Julian received his PhD at Simon Fraser University in Canada for work on Monte Carlo simulations of liquid crystal phase transitions and the elastic properties of fluid and polymerized membranes. He was a Group Leader at the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Germany for five years applying coarse-grained simulation techniques - principally Dissipative Particle Dynamics (DPD) and Brownian Dynamics - to equilibrium and dynamic properties of fluid lipid membranes. A major target of this research was to reveal the molecular rearrangements that occur during vesicle fusion. During this time, he developed a commercially-available, parallel DPD code that is being used by several universities. He was an Associate Professor at MEMPHYS in the Department of Physics and Chemistry, University of Southern Denmark. He has also worked in industry, designing and writing software for communication satellite simulations (British Aerospace, 1986-1990), and fluid simulation software (Accelrys, Inc., 1998-1999). He joined the Blue Brain Project in 2011, and uses mesoscale simulation techniques, together with theoretical analysis and collaborations with experimentalists, to study the dynamics of cellular processes. Current projects include simulating the formation of the post-synaptic density in dendritic spines and developing theoretical models of the supramolecular organisation of synapses. He also teaches Master's and PhD courses in computational cell biology and biophysics. He wrote and maintains an open source dissipative particle dynamics simulation code: https://github.com/Osprey-DPD/osprey-dpd Orcid: orcid.org/0000-0002-7885-735X

Source officielle

Proximité ontologique

Physique

Thermodynamique: Statistical mechanics

Concepts associés (31)

Deuxième principe de la thermodynamique

Le deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de deuxième loi de la thermodynamique ou principe de Carnot) établit l'irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. C'est un principe d'évolution qui fut énoncé pour la première fois par Sadi Carnot en 1824. Il a depuis fait l'objet de nombreuses généralisations et formulations successives par Clapeyron (1834), Clausius (1850), Lord Kelvin, Ludwig Boltzmann en 1873 et Max Planck (voir Histoire de la thermodynamique et de la mécanique statistique), tout au long du et au-delà jusqu'à nos jours.

Principes de la thermodynamique

vignette|Entropie d'un corps à 0 K (à gauche) Corps avec une température supérieur à 0 K (à droite) Les principes de la thermodynamique sont les principales lois (principes en fait, car non démontrés) qui régissent la thermodynamique : premier principe de la thermodynamique : principe de conservation de l'énergie ; introduction de la fonction énergie interne, U ; deuxième principe de la thermodynamique : principe d'évolution ; création d'entropie, S ; troisième principe de la thermodynamique ou principe de N

Thermodynamique

La thermodynamique est la branche de la physique qui traite de la dépendance des propriétés physiques des corps à la température, des phénomènes où interviennent des échanges thermiques, et des transformations de l'énergie entre différentes formes. La thermodynamique peut être abordée selon deux approches différentes et complémentaires : phénoménologique et statistique. La thermodynamique phénoménologique ou classique a été l'objet de nombreuses avancées dès le .

Chemical thermodynamics

Chemical thermodynamics is the study of the interrelation of heat and work with chemical reactions or with physical changes of state within the confines of the laws of thermodynamics. Chemical thermodynamics involves not only laboratory measurements of various thermodynamic properties, but also the application of mathematical methods to the study of chemical questions and the spontaneity of processes. The structure of chemical thermodynamics is based on the first two laws of thermodynamics.

Entropie de Shannon

En théorie de l'information, l'entropie de Shannon, ou plus simplement entropie, est une fonction mathématique qui, intuitivement, correspond à la quantité d'information contenue ou délivrée par une source d'information. Cette source peut être un texte écrit dans une langue donnée, un signal électrique ou encore un fichier informatique quelconque (suite d'octets). Elle a été introduite par Claude Shannon. Du point de vue d'un récepteur, plus la source émet d'informations différentes, plus l'entropie (ou incertitude sur ce que la source émet) est grande.

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Thermodynamique : Spontanéité et Entropie

Explore la spontanéité dans les réactions chimiques, l'entropie et l'énergie libre de Gibbs, en mettant l'accent sur la prédiction de la spontanéité de la réaction dans différentes conditions.

Équilibres de phase : comprendre la séparation vapeur-liquide

Fournit un aperçu des diagrammes de phase vapeur-liquide et de leur rôle dans les processus de séparation, en se concentrant sur les équilibres de phase et la règle de phase de Gibbs.

Symétrie et conservation dans la cellule

Explore les exceptions à la thermodynamique, à l'entropie, à l'énergie libre, aux ressorts entropiques, aux transitions de phase et aux mélanges de polymères dans l'organisation cellulaire.

Minimisation de l'énergie dans les systèmes biologiques: modèles d'équilibre

Couvre les modèles de minimisation de l'énergie dans les systèmes biologiques, en se concentrant sur l'équilibre et les rôles de l'entropie et de l'hydrophobicité.

Thermodynamique : deuxième principe

Explore les transformations thermodynamiques irréversibles, l'augmentation de l'entropie, les relations réciproques et la vitesse du son.

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