Wstęp do biofizyki 1100-4BW23

Celem wykładu, będącego w zamierzeniu wprowadzeniem do przedmiotu, jest zapoznanie słuchaczy ze współczesną biofizyka molekularną, rozumianą jako jedna z dziedzin fizyki. Wykład składa się z dwóch części, stałego rdzenia przedstawiającego teoretyczne i doświadczalne podstawy biofizyki molekularnej i corocznie modyfikowanej części, przedstawiającej wybrane problemy badawcze biofizyki molekularnej, wzięte z literatury naukowej ostatnich 10-15 lat.

Program:
1. Zarys historii powstania biofizyki jako odrębnej dyscypliny nauki, jej związki z biologią, chemią i fizyką, zakres tematyczny tej dyscypliny i wynikający stąd podział na węższe dziedziny.
2. Przegląd podstawowych pojęć chemii ogólnej i organicznej.
3. Teoretyczne podstawy biofizyki molekularnej (mechanika kwantowa, termodynamika i fizyka statystyczna, elektrodynamika, hydrodynamika).
4. Przegląd podstawowych molekularnych składników komórek organizmów żywych (białka, kwasy nukleinowe, sacharydy, lipidy, jony metali, woda).
5. Doświadczalne metody biofizyki molekularnej (spektroskopia UV-Vis, spektroskopia NMR, spektroskopia CD, spektroskopia IR, mikroskopia elektronowa, mikroskopia fluorescencyjna, metody rentgenografii kryształów, ultrawirowanie, wiskozymetria, mikrokalorymetria, metody relaksacyjne, nanotechnologie w biofizyce).
6. Metody komputerowe w biofizyce molekularnej (molekularna mechanika kwantowa, dynamika molekularna, dynamika stochastyczna, metody Monte Carlo, elektrostatyka molekularna, hydrodynamika molekularna, grafika molekularna).
7. Wybrane problemy badawcze współczesnej biofizyki molekularnej (oparte na literaturze naukowej z ostatnich 15 lat, kilka z poniższej listy, w zależności od możliwości czasowych):
a) hydratacja i oddziaływania hydrofobowe
b) zwijanie białek
c) fizyka enzymów
d) mechanizmy rozpoznawania się molekuł
e) dynamika strukturalna chromatyny
f) transport przez błony
g) rola równowag protonacyjnych w procesach biologicznych
h) przesyłanie sygnałów w komórkach
i) molekularne motory
j) mechanizmy regulacji genów
k) molekularne mechanizmy działania zmysłów
l) molekularne podstawy ewolucji biologicznej
m) symulacje energii swobodnej Gibbsa w biofizyce molekularnej
n) udoskonalanie metod przeszukiwania konformacyjnej przestrzeni fazowej białek

Uwagi końcowe: obecność na wykładach jest w zasadzie nie do zastąpienia przez lekturę wymienionych poniżej pozycji literaturowych, ponieważ materiał przedstawiany na tym wykładzie jest stale modyfikowany i uzupełniany pod względem dydaktycznym i pod względem osiągnięcia wewnętrznej spójności i "samowystarczalności". Część wykładu dotycząca teoretycznych i metodologicznych podstaw biofizyki molekularnej obejmuje około 70% czasu i jest względnie stała, natomiast dość znacznie zmienia się część związana z przedstawieniem tematyki prac biofizycznych z ostatnich lat. Jednak zdarza się, że wprowadzenie nowego materiału w drugiej części wymusza wprowadzenie pewnych uzupełnień czy zmian do części pierwszej. Do zrozumienia materiału przedstawianego na wykładzie powinno wystarczyć zaliczenie wykładów ze Wstępu do Fizyki (Fizyka I-V), Mechaniki Kwantowej I i Elektrodynamiki. Egzamin pisemny polega na udzieleniu krótkich odpowiedzi na 10 pytań/zadań związanych z materiałem przedstawionym na wykładzie w danym roku akademickim.

Strona internetowa: http://www.biogeo.uw.edu.pl/wbf/

Opis sporządził Jan Antosiewicz, styczeń 2010.