Wstęp do biofizyki

obowiązkowe

Celem przedmiotu jest wprowadzenie studenta w podstawowe zagadnienia z zakresu biofizyki, fizycznych podstaw procesów biologicznych i fizjologicznych oraz zależności pomiędzy prawami fizyki a ich wpływem na układy biologiczne.

Podczas realizacji przedmiotu student zapoznaje się z podstawą działania aparatury stosowanej w badaniach biofizycznych i technik zastosowanych w medycynie a także mechanizmów oddziaływania czynników fizycznych na organizm.

Profil studiów - ogólnoakademicki

Forma studiów - stacjonarne

Rodzaj przedmiotu - obowiązkowy.

Dziedzina i dyscyplina nauki: nauki fizyczne, fizyka medyczna, nauki biologiczne, biofizyka

Rok studiów/semestr studia I stopnia, rok II, semestr letni

Wymagania wstępne (tzw. sekwencyjny system zajęć i egzaminów) - student powinien posiadać wiedzę ogólną z zakresu biologii, biochemii, fizjologii człowieka, chemii ogólnej i analitycznej, chemii organicznej, fizyki,.

Liczba godzin zajęć dydaktycznych z podziałem na formy prowadzenia zajęć

Wykład – 30 godzin

Laboratorium – 30 godzin

Metody dydaktyczne

Metody dydaktyczne: wykład, konsultacje, wykonywanie doświadczeń według instrukcji podczas zajęć laboratoryjnych, analiza wyników, sporządzanie sprawozdań z ćwiczeń

Formy zaliczenia przedmiotu: zaliczenie na ocenę wykładu i laboratoriów.

Punkty ECTS: 4

Bilans nakładu pracy studenta

100 godz., w tym:

udział w wykładach: 30 godz.

udział w zajęciach poza wykładowych: 30 godz.

przygotowanie do zajęć, zaliczeń, egzaminów: 32,5 godz.

udział w konsultacjach, zaliczeniach, egzaminie: 7,5 godz.

Wskaźniki ilościowe

Nakład studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela: 67,5 godz., 2,7 pkt. ECTS

Nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym: 70 godz., 2,8 pkt. ECTS

Wykład ma za zadanie wprowadzenie studentów w podstawowe zagadnienia z zakresu biofizyki.

Laboratoria mają za zadanie zapoznanie studentów z metodami badawczymi stosowanymi w biofizyce.

Zakres tematów poruszanych na wykładzie:

1. Wprowadzenie. Co to jest biofizyka? Biofizyka teoretyczna i molekularna, biofizyka komórki i procesów błonowych, biofizyka medyczna.

2. Podstawy biofizyki molekularnej komórek. Budowa błony komórkowej. Biofizyka transportu. Transport przez błony: klasyfikacja

procesów transportu, białka pośredniczące w transporcie przez błony. Typy ATPaz i ich klasyfikacja (P, F, V, ABC). Kanały i jonofory.

Liposomy i inne nośniki jako transportery leków, radionuklidów i materiału biologicznie aktywnego.

3. Wprowadzenie do bioenergetyki. Chemiosmotyczna teoria Mitchella. Procesy oksydoredukcyjne. Białkowy kompleks oddechowy.

Struktura i funkcja F1F0 ATP syntazy. Rola mitochondriów w regulacji homeostazy Ca2+ w komórkach. Rola mitochondriów w apoptozie

4. Biofizyka wolnych rodników (WR). WR a choroby. Molekularne mechanizmy powstawania reaktywnych form tlenu i azotu (RFTA)

Główne źródła powstawania RFT (cyt.P450, łańcuch oddechowy mitochondriów, wybuch oddechowy fagocytów). Patofizjologiczne efekty

wolnych rodników. RFT a procesy starzenia. Uszkodzenie składników komórek przez reaktywne formy tlenu. RFT i azotu jako cząsteczki

sygnałowe.

5. Molekularne mechanizmy przekazywania informacji. Receptory ( błony plazmatycznej i organelli komórkowych) i ich klasyfikacja.

Wtórne przekaźniki. Podstawy molekularne fotorecepcji. Podstawy molekularne recepcji smaku i zapachu.

6. Elementy biofizyki kwantowej. ( Fotobiofizyka ) Charakterystyka promieniowania elektromagnetycznego i jego oddziaływanie z materią.

Zjawiska fizyczne zachodzące w cząsteczkach wzbudzonych: fotoluminescencja, diagram Jabłońskiego. Mechanizmy przekazywania

energii. Fizyko-chemiczne podstawy procesów fotobiologicznych. Fotomedycyna , PDT- photodynamic therapy. Wpływ UV na organizmypozytywne

i negatywne skutki . Zastosowanie UV w medycynie Bioluminescencja, zastosowanie w diagnostyce .

7. Lasery, charakterystyka i ich zastosowanie w medycynie .

8. Ultradźwięki, charakterystyka i zastosowanie w diagnostyce i terapii

9. Wpływ PEM na organizmy. Aspekty medyczne i biofizyczne.

10. Rezonansowa spektroskopia Ramana w medycynie

Zakres tematów poruszanych na zajęciach laboratoryjnych:

1. Niepewności pomiarowe, średnia arytmetyczna, odchylenie standardowe, średnie odchylenie standardowe, obliczanie współczynników

regresji liniowej metodą najmniejszych kwadratów. Obliczenia stężeń i rozcieńczeń roztworów.

2. Prawo Stokesa, analiza gęstości płynów biologicznych metodą pomiaru prędkości opadania kropli.

3. Konduktometria: Wyznaczanie krytycznego stężenia micelizacji związku amfifilowego metodą konduktometryczną.

4. Spektroskopia: Wyznaczanie widma absorpcji hemoglobiny. Sprawdzanie prawa Lamberta-Beera.

5. Spektrofluorymetria: Zjawisko gaszenia fluorescencji w albuminie. Wyznaczanie stałej Sterna-Volmera oraz rodzaju gaszenia

fluorescencji.

6. Wiskozymetria: Wyznaczanie punktu izoelektrycznego żelatyny.

7. Osmotyczna oporność erytrocytów.

8. Prawo addytywności absorpcji. Oznaczanie stężenia związku w mieszaninie dwuskładnikowej.

9. Potencjometria: Wyznaczanie charakterystyki elektrody szklanej i pomiar pH roztworu metodą krzywej wzorcowej.

10. Kolokwium

Literatura podstawowa:

1. Biofizyka pod red. F. Jaroszyka, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2002.

2. Biofizyka dla biologów, Praca zbiorowa pod red. M. Bryszewskiej i W. Leyko, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.

3. Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami. pod. red Z. Jóźwiak, G. Bartosz. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2005.

4. Człowiek i promieniowanie jonizujące, pod red. A. Hrynkiewicz, PWN, Warszawa 2001.

Literatura uzupełniająca:

1. Ćwiczenia z biofizyki pod redakcją K. Trębacza, Wydawnictwo Uniwersytetu M. Curie-Skłodowskiej, Lublin 2002.

2. Biofizyka molekularna. G. Slósarek. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2011.

1.Student charakteryzuje strukturę, dynamikę i oddziaływania makrocząsteczek biologicznych. K_W02, K_U06, K_U07, K_K05

2. Student wyjaśnia podstawy fizyko – chemicznych metod stosowanych w badaniach biofizycznych. K_W10, K_W13, K_U07, K_K05

3. Student opisuje fizyko-chemiczne podstawy procesów biologicznych wykorzystując najważniejsze prawa matematyczne, chemiczne i fizyczne. K_W02, K_W13, K_K05

4. Student przedstawia i opisuje metody i techniki stosowane w badaniach laboratoryjnych w biologii, nabiera praktycznej umiejętności pracy z podstawową aparaturą stosowaną w badaniach laboratoryjnych. Student przygotowuje roztwory w stężeniach molowych i przygotowuje odpowiednie rozcieńczenia. K_W10, K_U01, K_U09, K_U12, K_U15, K_K02, K_K05, K_K06,

5. Student interpretuje i opracowuje otrzymane wyniki badań w formie sprawozdań, wykazuje dbałość o bezpieczeństwo pracy w laboratorium. K_K05, K_K07, K_K08, K_K09, K_U12, K_U15, K_U16

Formy zaliczenia przedmiotu: egzamin na ocenę z wykładów, kolokwium z zajęć laboratoryjnych