Séance de cours

Modélisation de l'échelle cellulaire

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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 traite des défis de l'application des lois de Newton à l'échelle cellulaire, en soulignant la complexité des systèmes cellulaires par rapport aux boules de billard. Il couvre le concept de degrés de liberté, l'importance des coordonnées pertinentes en biologie cellulaire, et la signification des échelles dans une cellule. La séance de cours explore également les unités et les dimensions pertinentes pour la biologie cellulaire, les ratios significatifs, les descriptions des organites et le processus de construction de modèles mathématiques en biologie cellulaire computationnelle.

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

Concepts associés (32)

Biologie de synthèse

La biologie de synthèse, ou biologie synthétique, est un domaine scientifique et biotechnologique émergeant qui combine biologie et principes d'ingénierie, dans le but de concevoir et construire (« synthétiser ») de nouveaux systèmes et fonctions biologiques, avec des applications notamment développées par les secteurs agropharmaceutique, chimique, agricole et énergétique. Les objectifs de la biologie de synthèse sont de deux types : Tester et améliorer notre compréhension des principes gouvernant la biologie (apprendre en construisant).

Degré de liberté (physique)

En physique, un degré de liberté (abrégé ddl ou DDL) est un paramètre indépendant dans la description formelle de l'état d'un système physique, ou peut-être plus précisément d'un système dynamique. Le terme paramètre est à prendre ici au sens large, comme un élément d'information, généralement un nombre, identifié à une grandeur physique. De manière cruciale, ce paramètre doit avoir la liberté d'évoluer sans contraintes. Ce concept très général de degré de liberté est utilisée dans de nombreux domaines de la physique (mécanique, physique statistique, chimie, théorie quantique des champs, .

Organite

Les organites (de temps en temps nommés organelles par anglicisme) sont les différentes structures spécialisées contenues dans le cytoplasme et délimitées du reste de la cellule par une membrane phospholipidique. Il existe de nombreux types d'organites, en particulier dans les cellules eucaryotes. On a longtemps pensé qu'il n'y avait pas d'organites chez les cellules procaryotes, mais quelques exceptions ont été mises en évidence. thumb|upright=1.5|Schéma d'une cellule animale type.

Équipartition de l'énergie

thumb|266px|Agitation thermique d’un peptide avec une structure en hélice alpha. Les mouvements sont aléatoires et complexes, l’énergie d’un atome peut fluctuer énormément. Néanmoins, le théorème d’équipartition permet de calculer l’énergie cinétique moyenne de chaque atome ainsi que l’énergie potentielle moyenne de nombreux modes de vibration. Les sphères grises, rouges et bleues représentent des atomes de carbone, d’oxygène et d’azote respectivement. Les sphères blanches plus petites représentent des atomes d’hydrogène.

Gaz parfait

Le gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement des gaz réels à basse pression. Ce modèle a été développé du milieu du au milieu du et formalisé au . Il est fondé sur l'observation expérimentale selon laquelle tous les gaz tendent vers ce comportement à pression suffisamment basse, quelle que soit la nature chimique du gaz, ce qu'exprime la loi d'Avogadro, énoncée en 1811 : la relation entre la pression, le volume et la température est, dans ces conditions, indépendante de la nature du gaz.

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Modélisation mathématique en chimie et en biologie

Couvre la modélisation mathématique en chimie et en biologie, y compris les réactions chimiques, la cinétique enzymatique et la dynamique des populations.

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Capacité thermique spécifique au volume constant

Explique la quantification des changements de température et de l'échange de chaleur dans les gaz, en se concentrant sur la capacité thermique spécifique à volume constant.

Théorie cinétique, loi idéale sur le gaz

Explore la théorie cinétique des gaz, la loi idéale sur les gaz et l'énergie interne.

Théorie cinétique des gaz : distribution statistique et gaz parfait

Explore la distribution statistique, le gaz parfait, le principe d'équipartition et le théorème virial dans les gaz.

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