Natuurkunde gaat over de fundamenten van het bestaan en gedrag van de materie en ze speelt dan ook een grote rol in vele andere wetenschappen zoals bijvoorbeeld de biologie. Over de natuurkundige beschrijving van transport in de cel gaat dit programma. Je zult daarbij zien hoe gewoon en tegelijkertijd ongewoon de beweging

In deze LAPP-Top cursus wordt gekeken naar beweging in levende materie op de schaal van de cel en van enkele moleculen. Twee belangrijke soorten beweging worden gecontrasteerd: diffusie en gerichte beweging. De samenstelling van een cel wordt behandeld en er wordt ingezoomd op een aantal onderdelen, waar deze twee fundamenteel verschillende transportverschijnselen de beweging controleren. Je leert meer over de natuurkunde van diffusie en over de rol van wrijving op nanoschaal. Bij de gerichte beweging leer je hoe een motoreiwit hiervoor energie opneemt en zul je deze eiwitten zelf aan het werk gaan zetten in het laboratorium.

De cursus wordt verdeeld over vijf middagen en één hele dag. Gedurende de bijeenkomsten worden hoorcolleges gegeven, er worden experimenten gedaan en uitgewerkt en er is een excursie naar het onderzoeksinstituut AMOLF in Amsterdam gepland.

College I  (donderdag 19 januari 2012, 14.00-17.00 uur)
Hoorcollege: De biologie van de cel - de kennis over de belangrijkste onderdelen van de cel wordt opgefrist en de onderdelen die bij beweging betrokken zijn, zoals microtubuli, ATP en motoreiwitten, worden uitgebreid besproken.
Werkcollege: - Aan het eind van het college wordt alvast gezamenlijk aan de huiswerkopgaven gewerkt.

College II (donderdag 26 januari 2012, 14.00-17.00 uur)
Hoorcollege: Diffusie - Diffusie is het proces waarbij spontane, toevallige bewegingen van kleine deeltjes voor een steeds grotere verspreiding van deze deeltjes zorgen. Het speelt een grote rol bij het verplaatsen van stoffen in een cel en bij het bewegen van eencellige organismen zoals bacteriën. Je zult ontdekken dat er aan dit schijnbare toeval heel nauwkeurig kan worden gerekend, en dat de cel er dus ook ‘op rekent’.
Werkcollege – Je gaat met je collega’s een uitdagend theoretisch probleem oplossen.

College III (donderdag 2 februari 2012, 14.00-17.00 uur)
Hoorcollege : Gerichte beweging van motoreiwitten - Voor veel processen in en buiten de cel is diffusie alleen niet genoeg. Daarom zijn er motoreiwitten die in staat zijn gerichte beweging uit te voeren, door bijvoorbeeld te lopen over een microtubule, een soort ‘snelweg’ in de cel. Je zult leren hoe dit nano-lopen weliswaar lijkt op ons eigen lopen, maar door volledig andere natuurkunde wordt geregeerd.
Werkcollege : - Aan het eind van het college wordt alvast gezamenlijk aan de huiswerkopgaven gewerkt.

College IV (donderdag 9 februari 2012, 13.00-18.00 uur)
Excursie - AMOLF, het Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam, is een landelijk onderzoeksinstituut in de natuurkunde. Eén focus van het onderzoek in dit instituut ligt bij de natuurkunde van levende materie. De excursie bestaat uit een rondleiding langs de onderzoekslaboratoria en een aantal voordrachten over het onderzoek dat hier plaatsvindt.

College V (donderdag 16 februari 2012, 9.00-17.00 uur)
Deze dag is gereserveerd voor experimenten. Je gaat hierbij zelf een bacteriekolonie inzetten en naar de spreiding en groei van de kolonie kijken. Verder zul je motoreiwitten aan het werk zetten door er stukjes microtubule op te leggen. Ook wordt er tussen de experimenten door nog eens uitgebreid naar de huiswerkopgaven gekeken.

Experiment   1 -  Spreiding en groei van een bacteriekolonie - Een aantal verschillende bacteriekoloniën worden op kweek gezet in het laboratorium. De groei van deze koloniën zal ons iets vertellen over de beweging van bacteriën. In de loop van de middag worden een aantal foto’s gemaakt zodat de groei van de koloniën kan worden geregistreerd.
Experiment   2 -  Motoreiwit en microtubuli – Door een motoreiwit op een glasplaat vast te zetten kun je microtubuli als vracht laten bewegen. De bewegende microtubuli bekijken we onder de microscoop en de invloed van de toegevoegde hoeveelheid brandstof, ATP, wordt kwantitatief gemeten door het maken van filmopnamen bij verschillende ATP concentraties.

College VI (donderdag 23 februari 2012, 13.30-17.00 uur)
De resultaten van de experimenten van de vorige dag worden geanalyseerd met behulp van de theoretische kennis die wij op dag 1-3 hebben opgebouwd. De cursus wordt afgesloten met een korte rondleiding langs de biofysica-experimenten en een borrel met de vakgroep.

Experiment bacteriekolonie – Een geschikte manier wordt uitgewerkt om de uitgroei van de kolonie, die wij op de foto’s zien, te beschrijven.
Experiment motoreiwitten - Bij het experiment aan gerichte beweging zijn filmopnames gemaakt. Hierdoor kan de beweging en de rol van de brandstof ATP daarbij worden gekwantificeerd.