Uniwersytet Jagielloński w Krakowie - Punkt LogowaniaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Biofizyka I

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WFAIS.IF-B003.0 Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Biofizyka I
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy: Biofizyka (fiz. med. i biof. molek.), III rok, studia I stopnia - semestr zimowy, przedm. obowiązk.
Punkty ECTS i inne: 5.00
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/2021" (w trakcie)

Okres: 2020-10-01 - 2021-01-28
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Eugeniusz Rokita
Prowadzący grup: Bartosz Leszczyński, Eugeniusz Rokita
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Ocena wliczana do średniej:

tak

Cele kształcenia:

1. Ugruntowanie wiedzy studentów z zakresu wybranych działów fizyki i matematyki stosowanych w opisie układów biologicznych.

2. Zapoznanie studentów z budową oraz opisem układów biologicznych na poziomie molekularnym i komórkowym.

3. Uświadomienie studentom roli mechanizmów regulacyjnych w układach biologicznych.

4. Wyrobienie umiejętności wykorzystania praw fizyki do opisu układów biologicznych.

5. Przedstawienie problemów dotyczących ilościowego opisu funkcjonowania układów biologicznych.


Efekty kształcenia:

1. K_W07. Dysponuje podstawową wiedzą na temat metod fizycznych stosowanych w biologii molekularnej i w medycynie.

2. K_W08. Dysponuje rozszerzoną wiedzą w zakresie biofizyki molekularnej i w zakresie fizyki medycznej.

3. K_U01. Potrafi posługiwać się metodami matematycznymi w biofizyce, posiada umiejętność opisu matematycznego zjawisk i procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych oraz zdolność abstrakcyjnego rozumienia problemów z zakresu biofizyki.

4. K_U02. Posiada umiejętność pomiaru, wyznaczania wielkości fizycznych i chemicznych, przeprowadzania analizy statystycznej oraz krytycznej oceny wiarygodności wyników oznaczeń.

5. K_U04. Posiada umiejętność posługiwania się podstawowymi technikami biologii molekularnej i wykorzystania prostych procesów biologicznych w biofizyce molekularnej i w fizyce medycznej.

6. K_U05. Posiada rozszerzone umiejętności w zakresie biofizyki molekularnej i fizyki medycznej.

7. K_U07. Potrafi planować i wykonywać proste badania (eksperymentalne bądź teoretyczne) oraz analizować ich wyniki.

8. K_K03. Potrafi odpowiednio określić priorytety służące planowaniu i realizacji określonego przez siebie lub innych zadania.


Wymagania wstępne:

Zaliczone kursy z podstaw fizyki, matematyki i chemii. Wiedza z zakresu szkoły średniej z biologii i biochemii.

Forma i warunki zaliczenia:

1. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń.

2. Zaliczenie ćwiczeń wymaga spełnienia kryteriów obecności (najwyżej jedna nieobecność nieusprawiedliwiona lub 2 usprawiedliwione) oraz rozwiązania minimum 50% zadań na kolokwiach.

3. Egzamin pisemny obejmuje 8 pytań (omówienie wybranych zagadnień i rozwiązanie problemów rachunkowych). Pytania oceniane będą w skali (0 - 10) punktów.

4. Ocena jest ustalana przez zsumowanie punktów z poszczególnych pytań. Kryteria ocen:

<  40 - ndst

41 - 46 - dst

47 - 52 - +dst

53 - 58 - db

59 - 64  - +db

> 64  bdb

Egzamin w II terminie jest przeprowadzany w identycznym trybie i z zastosowaniem identycznych kryteriów jak w I terminie.


Metody sprawdzania i kryteria oceny efektów kształcenia uzyskanych przez studentów:

1. 2 kolokwia pisemne - 5 zadań rachunkowych.

2. Egzamin pisemny - 8 zagadnień obejmujących omówienie wybranych tematów i rozwiązanie prostych problemów z zakresu biofizyki.


Metody dydaktyczne - słownik:

Metody podające - wykład informacyjny
Metody praktyczne - ćwiczenia przedmiotowe
Metody problemowe - wykład konwersatoryjny

Metody dydaktyczne:

Metody podające - wykład informacyjny w postaci prezentacji wraz z wyjaśnieniami i przeliczeniami.

Metody praktyczne - ćwiczenia rachunkowe.

Metody aktywizujące - dyskusja dydaktyczna w trakcie ćwiczeń.


Bilans punktów ECTS:

Udział w wykładach - 30 h

Udział w ćwiczeniach - 30 h

Przygotowanie do ćwiczeń 45 h

Przygotowanie do egzaminu i obecność na egzaminie 45 h

Łączny nakład pracy studenta: 150 h odpowiada 5 punktom ECTS.


Grupa treści kształcenia:

Grupa treści kierunkowych

Wymiar, zasady i forma odbywania praktyk:

Nie dotyczy

Pełny opis:

Wykłady (15 wykładów po 2 h):

1. Prawa fizyki w opisie układów biologicznych. Prawo Ohma dla roztworów, model elektryczny tkanki, lepkość, napięcie powierzchniowe, rozpuszczalność, własności elektryczne i magnetyczne układów biologicznych.

2. Budowa układów biologicznych – wiązania chemiczne. Białka, lipidy, węglowodory, kwasy nukleinowe, typy wiązań chemicznych, polarność cząsteczek, budowa komórki i błony komórkowej.

3. Reakcje biochemiczne I. Kinetyka i energetyka reakcji, cykle reakcji.

4. Reakcje biochemiczne II. Reakcje enzymatyczne, wiązanie tlenu przez hemoglobinę, proces glikolizy.

5. Stan równowagi w układach biologicznych. Osmoza, równanie Nernst’a, równowaga Donnana.

6. Stany stacjonarne w układach biologicznych. Potencjał spoczynkowy komórki, równanie Goldmanna, model Debey’a-Hueckel’a.

7. Transport w układach biologicznych. Dyfuzja i elektro-dyfuzja, równanie Nernsta-Plancka.

8. Transport błonowy I. Transport bierny, kanały jonowe, model Hodkin’a-Huxley’a I.

9. Transport błonowy II. Model Hodkin’a-Huxley’a II, transport z udziałem nośników.

10. Potencjał czynnościowy komórki. Mechanizm powstawania potencjału czynnościowego, równanie telegrafistów.

11. Komunikacja między-komórkowa. Model synapsy, kinetyka neuro-transmiterów.

12. Pomiary elektrofizjologiczne. Elektrody, równanie Nernsta dla elektrody, elektrody II rodzaju, ogniwo galwaniczne, mostek solny.

13. Komórka w polu elektrycznym i magnetycznym. Jon w polu elektrycznym, reobaza, jon w polu magnetycznym.

14. Regulacja funkcji komórkowych. Cykl komórkowy i kontrola jego przebiegu.

15. Biofizyczne podstawy foto-biologii.

Ćwiczenia (15 ćwiczeń po 2 h):

1. Repetytorium z matematyki. Równania różniczkowe cząstkowe - równanie dyfuzji, układy równań różniczkowych zwyczajnych.

2. Repetytorium z fizyki I. Lepkość, napięcie powierzchniowe (surfaktant), włosowatość, elementy hydrodynamiki (równanie Poisuille’a).

3. Repetytorium z fizyki II. Termodynamika - potencjał chemiczny i elektrochemiczny, warunki równowagi izobaryczno-izotermicznej, równanie Gibbsa na energie wewnętrzną.

4. Reakcje biochemiczne, wyznaczanie rzędu reakcji, energetyka reakcji, zmiany entalpii i entropii w trakcie reakcji ATP/ADP.

5. Obliczenia ciśnienia osmotycznego, osmometr, miareczkowanie, kinetyka zamian objętości komórki.

6. Równanie Nernst'a i równowaga Donnana, pH-metr, obliczanie potencjału spoczynkowego komórek.

7. Statystyka w biofizyce - rozkłady statystyczne, błądzenie przypadkowe, dyfuzja mikroskopowo.

8. Kolokwium.

9. Dyfuzja, elektro-dyfuzja, równanie Nernsta-Plancka.

10. Elektroforeza.

11. Model Hodkin’a-Huxley’a – rozróżnienie Na i K.

12. Rozwiązanie równania telegrafistów z różnymi warunkami początkowymi i brzegowymi.

13. Ruch jonu w stałym i zmiennym polu elektromagnetycznym w odniesieniu do komórki.

14. Stymulacja elektryczna komórki, metody pomiaru potencjałów na poziomie komórkowym, elektrody.

15. Kolokwium.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. T. F. Weiss, Cellular Biophysics, MIT Press, Cambridge, 1996.

2. R.K. Hobbie, B.J. Roth, Intermediate Physics for Medicine and Biology. Springer, New York, 2007.

3. P. Nelson, Biological Physics, W. H. Freeman and Company, New York, 2008.

4. J.D. Murray, Mathematical Biology, Springer, New York, 2003.

Literatura uzupełniająca:

1. I.P. Herman, Physics of the Human Body, Springer. New York, 2007.

2. J. Keener, J. Sneyd, Mathematical Physiology, Springer, New York, 2001.

3. B.H. Brown, R.H. Smallwood, D.C. Barber, P.V. Lawford, D.R. Hose, Medical Physics and Biomedical Engineering, Institute of Physics Publishing, Bristol, 1999.

Uwagi:

Brak uwag

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Jagielloński w Krakowie.