Biofizyka doświadczalna

fizyka

Dla studentów kierunków Fizyka, specjalność Biofizyka i Zastosowania fizyki w biologii i medycynie, specjalność Biofizyka molekularna. Zakładana jest znajomość matematyki, fizyki, chemii i biologii w zakresie programu studiów licencjackich oraz pierwszego roku studiów magisterskich.

w sali

Podstawy eksperymentalne, teoretyczne i metodologiczne biofizyki białek, kwasów nukleinowych i lipidów, ujęte w formie omówienia kluczowych problemów i zagadnień aktualnego stanu dziedziny. Zaprezentowane są również wybrane zastosowania biofizyki molekularnej w biotechnologii i medycynie. Wykład jest w znacznym stopniu oparty na danych opublikowanych w ostatnim okresie w światowej literaturze przedmiotu.

Celem wykładu jest przypomnienie podstaw i wyczerpujące przedstawienie zaawansowanej tematyki, współczesnej biofizyki molekularnej, ktore umożliwią zrozumienia strukturalnych i dynamicznych aspektów procesów biologicznych z udziałem białek, kwasów nukleinowych i lipidów w języku fizyki oraz zapoznanie z najważniejszymi biofizycznymi metodami badania tych zagadnień. Program wykładu obejmuje kluczowe zagadnienia i pojęcia biofizyki,

1. Biofizyka i jej miejsce w badaniach z zakresu fizyki i nauk biomedycznych; kluczowe zagadnienia współczesnej BIOFIZYKI MOLEKULARNEJ (1 wykład)

2. Struktura chemiczna, metabolizm i biologiczna rola biopolimerów: kwasy nukleinowe DNA i RNA, białka, lipidy i polisacharydy (przegląd i uzupełnienie wiadomości; 3 wykłady)

3. Oddziaływania elektrostatyczne i hydrofobowe stabilizujące struktury makrocząsteczek i kompleksów molekularnych; rola rozpuszczalnika (1 wykład)

4. Przegląd zaawansowanych TECHNIK badania struktur i dynamiki biopolimerów i ich kompleksów z rozdzielczością molekularną; techniki mikroskopowe; manipulacja pojedynczymi cząsteczkami (1 wykład)

5. GENOMIKA i sekwencjonowanie DNA; budowa chromosomu, mutageneza, kancerogeneza i systemy naprawcze, nanostruktury DNA (3 wykłady)

6. PROTEOMIKA: zastosowania spektrometrii mas (MS); przestrzenne struktury białek: dyfrakcja rentgenowska i magnetyczny rezonans jądrowy NMR, dynamika ruchów molekularnych, interaktom (6 wykładów)

7. ZWIJANIE BIAŁEK (PROTEIN FOLDING): mechanizmy zwijania in vitro i in vivo - badania doświadczalne i teoretyczne, „błędne” zwijania i agregacja (formy amyloidalne) (3 wykłady)

8. Struktury przestrzenne i zwijanie RNA; TRANSKRYPTOMIKA: mikromacierze i profile ekspresji, biosensory (2 wykłady)

9. Kompleksy biomolekularne: kinetyka i dynamika asocjacji (1 wykład)

10. SPECYFICZNE ODDZIAŁYWANIA biopolimerów w kompleksach: białko-ligand, białko-DNA i białko-RNA, projektowanie leków (DRUG DESIGN); struktury subkomórkowe - motory molekularne (3 wykłady)

11. BŁONY BIOLOGICZNE i PROCESY BIOENERGETYCZNE w komórce: transfer elektronów i protonów (2 wykłady)

12. Biopolimery w „żywej komórce” (in vivo NMR, in cell NMR) (1 wykład)

13. OBRAZOWANIE NMR w diagnostyce medycznej (MRI i fMRI); porównanie z tomografią komputerową (X-ray CT) i pozytonową (PET) (1 wykład)

14. "Niekonwencjonalne" zastosowania biofizyki molekularnej

Nakład pracy studenta:

Wykład = 60 godzin

Samodzielne przygotowanie do wykładu (2 godz. tygodniowo) ok. 30 godzin.

Przygotowanie do egzaminu ok. 30 godzin

Razem ok. 120 godzin.

Opis sporządził: Ryszard Stolarski, sierpień 2013.

1. W. Saenger „Principles of nucleic acid structures"

2. T.E. Creighton „Proteins. Structures and molecular properties"

3. I.N. Serdyuk, N.R. Zaccai i J. Zaccai „Methods in Molecular Biophysics”

4. Aktualne odnośniki literaturowe podawane na wykładzie.

5. Tekst wykładu i plansze na:

http://www.biogeo.uw.edu.pl/Biofizyka_doswiadczalna/

Po zaliczeniu przedmiotu student:

WIEDZA:

1. Zna podstawowe i zaawansowane prawa i koncepcje biofizyki oraz aktualne zagadnienia, którymi zajmuje się współczesna biofizyka molekularna (KW_01, KW_02, KW_04, KW_07).

2. Zna najważniejsze metody doświadczalne i teoretyczne biofizyki, ze szczególnym uwzględnieniem metod, które służą do uzyskiwania danych na temat strukturalno-dynamicznych własności biopolimerów biologicznych (KW_05).

3. Zna podstawowe zastosowania biofizyki w naukach biomedycznych (KW_01, KW_03).

UMIEJĘTNOŚCI:

1. Umie powiązać i zinerpretować molekularne podstawy funkcjonowania biopolimerów w interdyscyplinarnym ujęciu fizyki, chemii i biologii (K_U01, K_U03, K_U05).

2. Umie dobrać właściwą metodę biofizyczną do rozwiązania problemu biofizycznego (K_U02).

KOMPETENCJE SPOŁECZNE:

1. Rozumie konieczność systematycznego uzupełniania i pogłębiania wiedzy przyrodniczej (K_K01, K_K05).

2. Rozumie wartość i znaczenie zastosowań metodologii i pojęć z zakresu fizyki w naukach biologicznych (K_K03).

3. Rozpoznaje, na czym polega uczciwość i odpowiedzialność w pracy badawczej (K_K04, K_K06).

Warunki zaliczenia: egzamin ustny (w sesji zwykłej i poprawkowej) w formie pytań problemowych, dostępnych na stronie WWW przedmiotu.

Nie ma