Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Bioenergetyka
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-1-702-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
7
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. Burda Kvetoslava (kvetoslava.burda@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. Burda Kvetoslava (kvetoslava.burda@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Student ma możliwość zapoznania się z budową i funkcjonowaniem organizmów żywych na poziomie molekularnym oraz wybranymi procesami fizyko-chemicznymi związanymi z ich funkcjonowaniem.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W004 Student posiada wiedzę na temat budowy i organizacji organizmów żywych na poziomie molekularnym. Student zna i rozumie podstawowe mechanizmy tworzenia się struktur białkowych, lipidowych i barwnikowych. Wie jaki mogą one mieć wpływ różne fazy ich uporządkowania na powstawanie zmian chorobowych. FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W09, FM1A_W06, FM1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
M_W005 Student posiada wiedzę na temat procesów transferu energii i elektronów w obrębie układów biologicznych. Zna i rozumie podstawy zjawisk fizycznych tych procesów. FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W06, FM1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
M_W006 Student posiada wiedzę z zakresu fotosyntezy. Zna i rozumie procesy fizyko-chemiczne zachodzące w fazie jasnej i ciemnej fotosyntezy. Wie jakie mechanizmy molekularne są podstawą do tworzenia nowych rozwiązań ogniw paliwowych. Posiada wiedzę na temat nowych odnawialnych źródeł energii. Posiada wiedzę dotyczącą zastosowań związków pochodzenia roślinnego w diagnostyce i medycynie. FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W09, FM1A_W06, FM1A_W01, FM1A_W07 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji
M_W007 Student wie i rozumie na czym polega paradoks życia tlenowego. Zna mechanizmy tworzenia się reaktywnych form tlenowych oraz pozytywne (stymulujące i regulujące) i negatywne (niszczenie struktur biologicznych na poziomie molekularnym oraz zmiany chorobowe) skutki ich oddziaływania na organizmy żywe. Zna i rozumie mechanizmy protekcyjne, jakie wytworzyły organizmy żywe. FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W06, FM1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
Umiejętności
M_U003 Student potrafi wskazać procesy transferu energii i elektronów zachodzące przyrodzie na różnym poziomie złożoności organizmów żywych. Wie jakie mogą mieć zastosowania w nowych technologiach i medycynie. FM1A_U06, FM1A_U04, FM1A_U09, FM1A_U01, FM1A_U07, FM1A_U05, FM1A_U02 Aktywność na zajęciach,
Referat,
Udział w dyskusji
M_U004 Student potrafi wyjaśnić zjawiska zaburzenia funkcjonalności organizmów żywych w oparciu o mechanizmy zachodzące na poziomie molekularnym w komórkach. FM1A_U06, FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U07, FM1A_U02 Aktywność na zajęciach,
Referat,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
Kompetencje społeczne
M_K004 Student rozumie potrzebę zdobywania wiedzy z różnych dziedzin nauki i jej kompilacji w celu wyjaśnienia zjawisk zachodzących w organizmach żywych. Student potrafi samodzielnie stawiać pytania i szukać na nie odpowiedzi. FM1A_K01, FM1A_K02 Aktywność na zajęciach,
Referat,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
M_K005 Student potrafi samodzielnie, bądź pracując w grupie, opracować zagadnienie obejmujące wiedzę interdyscyplinarną na zadany temat. angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty FM1A_K01, FM1A_K02, FM1A_K03 Aktywność na zajęciach,
Referat,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W004 Student posiada wiedzę na temat budowy i organizacji organizmów żywych na poziomie molekularnym. Student zna i rozumie podstawowe mechanizmy tworzenia się struktur białkowych, lipidowych i barwnikowych. Wie jaki mogą one mieć wpływ różne fazy ich uporządkowania na powstawanie zmian chorobowych. + - - - - + - - - - -
M_W005 Student posiada wiedzę na temat procesów transferu energii i elektronów w obrębie układów biologicznych. Zna i rozumie podstawy zjawisk fizycznych tych procesów. + - - - - + - - - - -
M_W006 Student posiada wiedzę z zakresu fotosyntezy. Zna i rozumie procesy fizyko-chemiczne zachodzące w fazie jasnej i ciemnej fotosyntezy. Wie jakie mechanizmy molekularne są podstawą do tworzenia nowych rozwiązań ogniw paliwowych. Posiada wiedzę na temat nowych odnawialnych źródeł energii. Posiada wiedzę dotyczącą zastosowań związków pochodzenia roślinnego w diagnostyce i medycynie. + - - - - + - - - - -
M_W007 Student wie i rozumie na czym polega paradoks życia tlenowego. Zna mechanizmy tworzenia się reaktywnych form tlenowych oraz pozytywne (stymulujące i regulujące) i negatywne (niszczenie struktur biologicznych na poziomie molekularnym oraz zmiany chorobowe) skutki ich oddziaływania na organizmy żywe. Zna i rozumie mechanizmy protekcyjne, jakie wytworzyły organizmy żywe. + - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U003 Student potrafi wskazać procesy transferu energii i elektronów zachodzące przyrodzie na różnym poziomie złożoności organizmów żywych. Wie jakie mogą mieć zastosowania w nowych technologiach i medycynie. + - - - - + - - - - -
M_U004 Student potrafi wyjaśnić zjawiska zaburzenia funkcjonalności organizmów żywych w oparciu o mechanizmy zachodzące na poziomie molekularnym w komórkach. + - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K004 Student rozumie potrzebę zdobywania wiedzy z różnych dziedzin nauki i jej kompilacji w celu wyjaśnienia zjawisk zachodzących w organizmach żywych. Student potrafi samodzielnie stawiać pytania i szukać na nie odpowiedzi. + - - - - + - - - - -
M_K005 Student potrafi samodzielnie, bądź pracując w grupie, opracować zagadnienie obejmujące wiedzę interdyscyplinarną na zadany temat. angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty + - - - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Bioenergetyka

WYKŁADY:

1. Białka – mechanizmy regulujące ich konformacje, allosteryczność, priony

2. Błony biologiczne, kanały wodne i jonowe, selektywność kanałów jonowych, toksyczność, farmaceutyki

3. Dyfuzja i transport aktywny

4. Reakcje enzymatyczne, model Michaelisa-Mentena, hamowanie reakcji enzymatycznych, model jednoprzejściowy

5. Siły mezoskopowe – siły Van der Waals’a, wiązania wodorowe, oddziaływania elektrostatyczne i hydrodynamiczne, fluktuacje

6. Transport elektronów (ładunków) w układach biologicznych – efekt tunelowy, teorie Hopfielda, klasyczna teoria Marcusa, model superwymiany

7. Transport energii: model Dextera i Förstera

8. Fotosynteza tlenowa i beztlenowa, rozwój życia na Ziemi, wydajność transportu energii elektronów na różnych etapach procesu fotosyntezy

9. Zastosowania mechanizmów fotosyntezy w medycynie, farmacji bioenergetyce i elektronice, sztuczne pompy jonowe

10. Paradoks stresu tlenowego, wolne rodniki, prenyllipidy i chlorofile w zastosowaniu medycznym i biotechnologicznym;implanty siatkówki

11. Przejścia fazowe pierwszego, drugiego i nieskończonego rzędu, przykłady ich występowania, krystalizacja, separacja fazowa

12. Nieliniowość procesów w przyrodzie, chaos, zastosowania w medycynie

Zajęcia seminaryjne:
Bioenergetyka

Przykłady procesów biofizycznych i biochemicznych występujących w przyrodzie – obliczenia i symulacje parametrów wybranych ważnych biologicznie procesów.
Wystąpienia studentów na temat wybranego mechanizmu molekularnego, możliwości jego biomimiki in vitro i potencjalnych zastosowań.

Umiejętności:
1. Student posiada wiedzę na temat podstawowych oddziaływań oraz różnych faz uporządkowania występujących w układach biologicznych na poziomie molekularnym i wyższym. Wie jaki mogą one mieć wpływ na powstawanie zmian chorobowych.
2. Student potrafi kompilować uzyskaną wiedzę biologiczno – chemiczno – fizyczną w celu wyjaśnienia zjawisk zachodzących w organizmach żywych na różnym poziomie ich złożoności.
3. Student potrafi pracować samodzielnie korzystając z książek i czasopism naukowych.
4. Student potrafi pracować w grupie rozwiązując zadane zagadnienie lub przygotowując wspólne wystąpienie seminaryjne.
5. Student potrafi pracować z danymi eksperymentalnymi i wybrać model, najlepiej je opisujący.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 112 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 40 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 15 godz
Przygotowanie do zajęć 25 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena z zajęć seminaryjnych (S) oraz ocena z kolokwium zaliczeniowego (Z);

Ocena końcowa (W) obliczana jest jako średnia ważona z powyższych ocen (S) i (Z):
W = 0.7 x Z + 0.3 x S

Nieuzyskanie zaliczenia z seminarium na czas skutkuje utratą terminu egzaminu, co jest równoznaczne z uwzględnieniem czynnika 2.0 dla pierwszego terminu w poniższych wzorach (patrz wyliczenia poniżej).

Ocena wyliczana po zaliczeniu kolokwium w drugim terminie:
K = 0.3*(pierwszy termin)0.7*(drugi termin)
Ocena wyliczana po zaliczeniu kolokwium w trzecim terminie:
K = 0.2*(pierwszy termin)0.3*(drugi termin)+0.5*(trzeci termin)

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Ukończenie podstawowego kursu z chemii, biochemii, biofizyki i podstaw fizyki.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. K.Burda: wykłady, częściowo udostępniane będą na stronie prowadzącego (www.fis.agh.edu.pl/~burda/)
2. J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009
3. T.A.Waigh: Applied Biophysics: A molecular approach for physical scientists. John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, 2007

Literatura uzupełniająca:
1. S.Fleisher, L.Packer: Biomembranes. Academic Press, 1974
2. D.P.Tielman, S.J.Marrink, H.J.Berendsen: Computer perspective of membrane molecular dynamic studies of lipid bilayer system. Biochim Biophys Acta. 1331(3):235–270 (1997)
3. R.H.Callender, R.B.Dyer, R. Gilmanshin, W.H.Woodruff: Fast events in protein folding, the time evolution of primary processes. Annu. Rev. Phys. Chem. 49:173-202 (1998)
4. S.J. Lippard, S.S. Isied: Long-range electron transfer in peptides and proteins. Progress in Inorganic Chemistry, Vol. 32, John Wiley & Sons, 2007

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Wybrane publikacje:
1 1. D.Latowski, K.Burda and K.Strzałka (2000) A Mathematical Model Describing Kinetics of Conversion of Violaxanthin to Zeaxanthin via Intermediate Antheraxanthin by the Xanthophyll cycle Enzyme Violaxanthin Deepoxidase, J.Theor. Biol. 206: 507-514
2 K.Burda and G.H.Schmid (2001) Heterogeneity of the Mechanism of Water Splitting in Photosystem II, Biochim. Biophys. Acta 1506: 47-54
3 K.Burda, K.P.Bader and G.H.Schmid (2001) An Estimation of the Size of the Water Cluster present at the Cleavage Site of the Water Splitting Enzyme, FEBS Lett. 491: 81-84
4 K.Burda, J.Kruk, G.H.Schmid, K.Strzałka (2003) Inhibition of oxygen evolution in photosystem II by copper(II) ions is associated with oxidation of cytochrome b559, Biochemical J. 371: 597-601
5 J.Kruk, M.Jemioła-Rzemińska, K.Burda, G.H.Schmid and K.Strzałka (2003) Scavenging of Superoxide Generated in Photosystem I by Plastoquinol and Other Prenyllipids in Thylakoid Membranes, Biochemistry, 42: 8501-8505
6 J. Fiedor, A. Sulikowska, A.Orzechowska, L. Fiedor, K. Burda, Antioxidant effects of carotenoids in a model pigment-protein complex. Acta Biochim. Polon. 59 (2012), 61–64
7 M.Kaczmarska, M.Fornal, F.H.Messerli, J.Korecki, T.Grodzicki, K.Burda, Erythrocyte Membrane Properties in Patients with Essential Hypertension. Cell Biochemistry and Biophysics, 67 (2013) 1089–1102
8 J. Fiedor, K. Burda, Potential Role of Carotenoids as Antioxidants in Human Health and Disease. Nutrients (2014), 466-488
9 D.Augustyńska, M.Jemioła-Rzemińska, K.Burda, K.Strzałka, Influence of polar and nonpolar carotenoids on structural and adhesive properties of model membranes. Chemico- Biological Interactions, 239 (2015)19–25

Informacje dodatkowe:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Zajęcia seminaryjne: Nieobecność na jednych zajęciach seminaryjnych wymaga od studenta samodzielnego opanowania omawianego w tym czasie materiału. Nieobecność na więcej niż dwóch seminariach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie lecz nie później jak w ostatnim tygodniu trwania zajęć.
Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 20% zajęć seminaryjnych i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości. Od takiej decyzji prowadzącego zajęcia student może się odwołać do prowadzącego przedmiot (moduł) lub Dziekana.

Obecność na wykładzie: zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Zasady zaliczania zajęć:

Zajęcia seminaryjne: Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania.

Warunkiem uzyskania zaliczenia końcowego jest wcześniejsze zaliczenie seminarium i uzyskanie oceny pozytywnej z kolokwium obejmującego materiał omawiany na wykładach.