Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowaniaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Biofizyka

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-BIOFIZ Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0530) Nauki fizyczne nieokreślone dalej
Nazwa przedmiotu: Biofizyka
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 5.00
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Znajomość algebry; ukończony kurs fizyki ogólnej na poziomie licencjatu; podstawowa znajomość analizy matematycznej (pochodne, proste całki, funkcja wykładnicza i logarytmiczna).

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

Czas całkowity: 150 h


w tym

Udział wykładzie: 30 h

Przygotowanie do wykładu: 10 h

Przygotowanie do egzaminu (studium własne):60 h

Udział w ćwiczeniach 30h

Przygotowanie do ćwiczeń 20 h



Efekty uczenia się - wiedza:

W1: student zna klasyfikację i specyfikę różnych rodzajów biofizyki, np. biofizyka molekularna, biofizyka komórki, biofizyka błon komórkowych itd.

W2: zna budowę elementarnych składników materii żywej: białek (aminokwasy,kody), kwasy nukleinowe (DNA,RNA), błony komórkowe, hormony)

W3: zna definicje i rolę energii swobodnej i jej przemian w procesach biologicznych, rozumie rolę entropii w biologii, rolę enzymów

W4: Zna rolę biologiczną, modele i metody badań (np. znaczniki spinowe , fluorescencja) błon biologicznych.

W5: zna mechanizm przewodzenia sygnałów nerwowych w neuronie, w tym rolę kanałów sodowych i potasowych.

W6. Zna technikę elektrofizjologiczną ("voltage clamp" lub "patch clamp"). zna związek aktywności elektrycznej neuronów z diagnostyką EEG i EKG.

W7: Zna główne hormony (sygnały chemiczne) i wie skąd one się biorą.

W8: Zna mechanizm pobierania i transportu tlenu w organizmie,

W9: Zna budowę czwartorzędową hemoglobiny, rozumie

jakie znaczenie ma kooperatywność hemoglobiny dla transporty tlenu w organizmie, zna efakt Bohra i równanie Hilla, rozumie działanie pulsoksymetru.

W10: wie co to jest terapia fotodynamiczna nowotworów.

W11: Umie wymienić i scharakteryzować techniiki biofizyczne badania pojedynczych cząsteczek : mikroskop sił atomowych, szczypce optyczne, szczypce magnetyczne, komputerowe syulacje dynamiki molekularnej.

W12: Zna prawo Lamberta-Berra, diagram Jabłońskiego, zasadę spektroskopii molekularnej.

W13: Zna rolę spektroskopii fluorescencyjnej, IT oraz Ramana w biofizyce.

W14: Zna centralny dogmat biologii molekularnej i przepływ informacji genetycznej w organizmach.

W15. Zna podstawowe procesy biofizyczne warunkujące działanie sztucznej nerki (osmoza, ultrafiltracja).



Wiedza przedmiotowa W1-W15 służy do osiągnięcia wiedzy kierunkowej K_W01, K_W02, K_W04.

Efekty uczenia się - umiejętności:

U0: Rozumie specyfikę materii ożywionej w stosunku do nieożywionej; umie wymienić cechy układów biologicznych.

U1. Rozpoznaje podstawowe biopolimery: białka , DNA, RNA oraz lipidy i hormony.Umie sporządzić dobrej jakości komputerowy model struktury (grafika) białka.

U2: Umie wymienić i krotko opisać podstawowe metody określania struktury białek

U3: Umie wykonać proste obliczenia termodynamiczne i określić kierunek przebiegu reakcji pierwszorzędowej (ocenić czy jest spontaniczna).

U4: Umie wykonać proste obliczenia termodynamiczne dla prostych reakcji biochemicznych.

U5: Potrafi wskazać rolę kanałów jonowych w procesach fizjologicznych.

U6: Potrafi opisać mechanizm powstawania potencjału czynnościowego neuronu.

U7: Potrafi opisać hemoglobinę jako maszynę molekularną w której występuje kooperatywność i podać przykład choroby molekularnej (uwarunkowanej genetycznie).

U8: Potrafi wskazać czynniki warunkujące homeostazę w organizmie.

U9: Potrafi wskazać bodźce termodynamiczne i strumienie w układzie naczyń połączonych błoną pólprzepuszczalną.

U10: Potrafi wyjaśnić zasadę działania pulsoksymetru.

U11: Potrafi wyjaśnić podstawy fizyczne zapisu EKG i EEG.

U12: Potrafi wyjaśnić budowę i zasadę działania sztucznej nerki.


Umiejętności U1-U12 służą rozwojowi umiejętności kierunkowych K_U01, K_U02, KU03.

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K1. Studenci rozumieją znaczenie badań podstawowych biofizycznych i rolę wysiłku zbiorowego w poznaniu fizjologii człowieka jako podstawy nowoczesnej medycyny.

K2. Rozwijają wrażliwość na cierpienie chorych i empatię.

K3. Zdobywają motywację do ścisłego przestrzegania procedur w pracy zawodowej.


Tutaj studneci pogłebiają poprzez K1-K3 swoje kompetencja społeczne głównie w obszarach K_K01 oraz K_K03.

Metody dydaktyczne:

Klasyczny wykład bogato ilustrowany schematami, zdjęciami, animacjami, wykresamii, symulacjami.

Metody dydaktyczne eksponujące:

- pokaz

Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny
- wykład problemowy

Metody dydaktyczne w kształceniu online:

- gry i symulacje
- metody rozwijające refleksyjne myślenie
- metody wymiany i dyskusji

Skrócony opis:

Oś tematyczna wykładu:

"Biofizyczne podstawy transportu i przesyłania sygnałów w organizmach żywych."

Pełny opis:

1. Wstęp -

1.0 Co to jest biofizyka?

1.1 Cechy układów biologicznych.

1.2 Pierwiastki materii żywej.

1.3 Od organizmu do komórki, skale wielkości: budowa mikroskopowa komórki, błony komórkowe, podstawowe biocząsteczki, wiązania chemiczne i ich energie.

1.4 Oddziaływania międzycząsteczkowe - rodzaje, wiązanie wodorowe, struktura wody.

1.5 Znaczenie przemian energii, znaczenie transportu masy i energii w organizmie.

1.6 Entropia, Przepływ informacji, a procesy życiowe.

2. Termodynamika :

2.0 Zwięzły przegląd pojęć fizyki statystycznej.

2.1 Funkcje termodynamiczne.

2.2. Elementy klasycznej termodynamiki fenomenologicznej,

energia swobodna i entalpia swobodna, potencjał chemiczny,

entalpia swobodna a stała równowagi.

2.3 Bodźce termodynamiczne. Sprzężenie reakcji chemicznych.

2.4 Elementy termodynamiki procesów nieodwracalnych.

3. Błony biologiczne.

3.1 Modele błon. Elastyczność.

3.2 Pojęcia: transport pasywny i aktywny. Przykłady.

3.3. Równowaga osmotyczna.

3.4 Równowaga jonowa.

3.5 Przepływ przez błony.

3.6 Potencjał błonowy.

3.7 Mechanizmy transportu, kanały jonowe, uniport, synport

3.8. Filtracja, ultrafiltracja, sztuczna nerka.

4. Przekazywanie sygnałów w organizmie

4.1 Mechanizm przewodzenia impulsów nerwowych.

4.1.1 Budowa mózgu - zarys.

4.1.2 Odwzorowanie skóry w korze czuciowej.

4.1.3 Neurony.

4.1.4 Mechanizm powstawania potencjału czynnościowego.

4.2 Przekazywanie sygnałów na drodze chemicznej.

4.2.1 Gruczoły wydzielania dokrewnego.

4.2.2 “Arsenał” chemiczny przysadki; sposób wydzielania hormonów.

4.2.3 Przykłady hormonów – pochodnych kwasów tłuszczowych

i sterydów, hormonów białkowych.

4.2.4 Regulacja poprzez ujemne sprzężenie zwrotne (wydzielanie hormonów).

4.2.5 Przykład aktywacji genów przez hormony.

4.2.6 Istota funkcji białek G.

4.2.7 Mechanizm działania cyklicznego AMP (drugi przekaźnik).

4.3 Neuroprzekaźniki

4.4 Transmisja sygnału nerwowego w przerwie synaptycznej.

4.5 Tlenek azotu jako przekaźnik wsteczny. Rola fizjologiczna NO.

4.6 Viagra – mechanizm działania.

4.7 Recepcja bodźców wzrokowych.

4.8 Recepcja bodźców słuchowych.

5. Budowa biocząsteczek: Modele komputerowe ważniejszych białek, DNA, błon, transport tlenu i hormonów tarczycy, (prezentacje komputerowe grafiki 3D)

6. Metody fizyczne i bioinformatyka białek hemowych.

6.0 Określanie struktury białek metodami rentgenograficznymi, metodą TEM i NMR.

6.01 Mikroskopia sił atomowych.

6.02 Podstawy znakowania fluorescencyjnego, znaczenie w sekwencjonowaniu genomów.

6.1 Budowa i funkcja hemoglobiny.

6.2 Grupa hemowa – przykład grupy prostetycznej.

6.3 Neuroglobina i cytoglobina, ewolucja białek hemowych.

6.4 Wiązanie tlenu do mioglobiny i hemoglobiny.

6.5 Kooperatywne wiązanie O2 przez Hb.

6.6 Równanie Hilla. Wykres Hilla.

6.7 Struktura Hb i molekularny mechanizm allosterii.

6.8 Patologie Hb, molekularne podstawy chorób.

6.9 Pulsoksymetria.

6.10 Terapia fotodynamiczna.

Literatura:

1. “Wybrane zagadnienia z biofizyki”, pod red. St. Miękisza i A. Hendricha, Volumed, Wrocław 1998.

2. “Biofizyka dla biologów”, red. M. Bryszewska, W. Leyko, PWN, 1997.

3. R. Glaser, “Wstęp do biofizyki”, PZWL, Warszawa, 1978.

4. D.G. Nicholls, S.Ferguson, “Bioenergetyka 2”, PWN, W-wa,1995.

5. Ch. Sybesma, “Biophysics. An Introduction.”, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1989.

6. L. Streyer, Tymoczko, Berg, “Biochemia”, PWN, W-wa, 2001.

7. J. Gomułkiewicz, “Wybrane wykłady z biofizyki”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1998.

8. E.P. Solomon, L.R. Berg, D.W. Martin i C. A. Ville “Biologia”, Multico, Warszawa 1996.

9. Voet & Voet, “Biochemistry”, Wiley, 1997.

10. F. Jaroszyk (red), „Biofizyka – podręcznik dla studentów”, PZWL, Warszawa 2001

11. Strona www: Protein Data Bank

Metody i kryteria oceniania:

Przedmiot zaliczany na podstawie egzaminu pisemnego sprawdzającego wiedzę studentów i stopień opanowania wiedzy.

Ocenianie W1-W15

U0-U2, U5-U12

Kryteria w zależności od % zdobytych punktów:

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5

Praktyki zawodowe:

brak

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2018/19" (zakończony)

Okres: 2019-02-25 - 2019-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Wiesław Nowak
Prowadzący grup: Alfonso Jimenez Villar, Wiesław Nowak
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2019/20" (zakończony)

Okres: 2020-02-29 - 2020-09-20
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Wiesław Nowak
Prowadzący grup: Milena Jankowska, Alfonso Jimenez Villar, Wiesław Nowak, Maria Stankiewicz, Joanna Wyszkowska
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2020/21" (w trakcie)

Okres: 2021-02-22 - 2021-09-20

Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Wiesław Nowak
Prowadzący grup: Milena Jankowska, Alfonso Jimenez Villar, Wiesław Nowak, Maria Stankiewicz, Joanna Wyszkowska
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.