Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Bioenergetyka i bionika
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
JMNB-1-603-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Mikro- i nanotechnologie w biofizyce
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. Burda Kvetoslava (kvetoslava.burda@fis.agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Student ma możliwość zapoznania się z budową i funkcjonowaniem organizmów żywych na poziomie molekularnym oraz wybranymi procesami fizyko-chemicznymi związanymi z ich funkcjonowaniem, także potencjalnym wykorzystaniem poznanych zjawisk w bionice.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student posiada wiedzę z zakresu fotosyntezy. Zna i rozumie procesy fizyko-chemiczne zachodzące na poziomie mikro i nanostruktur układów fotosyntezujących. Wie jakie mechanizmy molekularne są podstawą do tworzenia nowych rozwiązań ogniw paliwowych. Posiada wiedzę na temat nowych odnawialnych źródeł energii. Posiada wiedzę dotyczącą zastosowań mikro- i nanostruktur pochodzenia roślinnego w diagnostyce i medycynie. MNB1A_W08, MNB1A_W07, MNB1A_W01, MNB1A_W05, MNB1A_W03, MNB1A_W02, MNB1A_W06 Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student posiada wiedzę na temat procesów transferu energii i elektronów w obrębie układów biologicznych. Zna i rozumie podstawy zjawisk fizycznych tych procesów oraz wie, jak można je wykorzystywać w inżynierii bionicznej. MNB1A_W07, MNB1A_W01, MNB1A_W05, MNB1A_W03, MNB1A_W02, MNB1A_W06 Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
M_W003 Zna i rozumie mechanizmy sterujące, na poziomie mikro- i nano-, procesami życiowymi wybranych organizmów żywych i jak można je wykorzystywać w inżynierii bionicznej. Potrafi wskazać ich zastosowania do konstrukcji maszyn molekularnych. MNB1A_W08, MNB1A_W07, MNB1A_W01, MNB1A_W05, MNB1A_W11, MNB1A_W03, MNB1A_W02, MNB1A_W06 Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
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 lub innych patologicznych w organizmach żywych. Zna procesy regulujące i obronne uruchamiane w odpowiedzi na stres zewnątrzny środowiska. Potrafi wskazać ich zastosowania w bionanotechnologiach i bionanomedycynie. MNB1A_W07, MNB1A_W01, MNB1A_W05, MNB1A_W03, MNB1A_W02, MNB1A_W06 Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi samodzielnie wyjaśnić wybrane procesy/mechanizmy zachodzące w skali mikro i nano w organizmach żywych bądź opisać szczególne własności wybranych struktur biologicznych oraz wskazać ich potencjalne wykorzystanie w projektowaniu mikro- i nanourządzeń do zastosowań w nowych technologiach i medycynie. MNB1A_U04, MNB1A_U02, MNB1A_U08, MNB1A_U01, MNB1A_U09, MNB1A_U10, MNB1A_U05, MNB1A_U06 Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Referat,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Student potrafi wskazać procesy transferu energii i elektronów zachodzące przyrodzie na różnym poziomie złożoności organizmów żywych. Wie jakie mogą mieć zastosowania w nowych mikro - i nanotechnologiach (głownie elektronice i fotowoltaice) oraz bionanomedycynie. MNB1A_U04, MNB1A_U02, MNB1A_U08, MNB1A_U01, MNB1A_U09, MNB1A_U10, MNB1A_U05 Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 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 MNB1A_K04, MNB1A_K03, MNB1A_K02, MNB1A_K05, MNB1A_K01 Zaangażowanie w pracę zespołu,
Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
M_K002 Student rozumie potrzebę zdobywania wiedzy z różnych dziedzin nauki i jej kompilacji w celu wyjaśnienia zjawisk zachodzących w organizmach żywych na różnych poziomach ich złożoności oraz wskazani potencjalnego zastosowania tych mechanizmów w mikro- i nano(bio)technologiach. Student potrafi samodzielnie stawiać pytania i szukać na nie odpowiedzi. MNB1A_K04, MNB1A_K03, MNB1A_K02, MNB1A_K05, MNB1A_K01 Zaangażowanie w pracę zespołu,
Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
45 30 0 0 0 0 15 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę z zakresu fotosyntezy. Zna i rozumie procesy fizyko-chemiczne zachodzące na poziomie mikro i nanostruktur układów fotosyntezujących. Wie jakie mechanizmy molekularne są podstawą do tworzenia nowych rozwiązań ogniw paliwowych. Posiada wiedzę na temat nowych odnawialnych źródeł energii. Posiada wiedzę dotyczącą zastosowań mikro- i nanostruktur pochodzenia roślinnego w diagnostyce i medycynie. + - - - - + - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę na temat procesów transferu energii i elektronów w obrębie układów biologicznych. Zna i rozumie podstawy zjawisk fizycznych tych procesów oraz wie, jak można je wykorzystywać w inżynierii bionicznej. + - - - - + - - - - -
M_W003 Zna i rozumie mechanizmy sterujące, na poziomie mikro- i nano-, procesami życiowymi wybranych organizmów żywych i jak można je wykorzystywać w inżynierii bionicznej. Potrafi wskazać ich zastosowania do konstrukcji maszyn molekularnych. + - - - - + - - - - -
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 lub innych patologicznych w organizmach żywych. Zna procesy regulujące i obronne uruchamiane w odpowiedzi na stres zewnątrzny środowiska. Potrafi wskazać ich zastosowania w bionanotechnologiach i bionanomedycynie. + - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi samodzielnie wyjaśnić wybrane procesy/mechanizmy zachodzące w skali mikro i nano w organizmach żywych bądź opisać szczególne własności wybranych struktur biologicznych oraz wskazać ich potencjalne wykorzystanie w projektowaniu mikro- i nanourządzeń do zastosowań w nowych technologiach i medycynie. + - - - - + - - - - -
M_U002 Student potrafi wskazać procesy transferu energii i elektronów zachodzące przyrodzie na różnym poziomie złożoności organizmów żywych. Wie jakie mogą mieć zastosowania w nowych mikro - i nanotechnologiach (głownie elektronice i fotowoltaice) oraz bionanomedycynie. + - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 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 + - - - - + - - - - -
M_K002 Student rozumie potrzebę zdobywania wiedzy z różnych dziedzin nauki i jej kompilacji w celu wyjaśnienia zjawisk zachodzących w organizmach żywych na różnych poziomach ich złożoności oraz wskazani potencjalnego zastosowania tych mechanizmów w mikro- i nano(bio)technologiach. Student potrafi samodzielnie stawiać pytania i szukać na nie odpowiedzi. + - - - - + - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 117 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 45 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 40 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):
Bioenergetyka

WYKŁADY:

1. Białka, błony biologiczne, kanały wysoce specyficzne – bioarchitektura, mechanizmy regulujące i porządkujące (powstawanie białek, zmiany konformacyjne, allosteryczność, transport selektywny); (6h)

2. Siły mezoskopowe – siły Van der Waals’a, wiązania wodorowe, oddziaływania elektrostatyczne i hydrodynamiczne, fluktuacje; Przejścia fazowe pierwszego, drugiego i nieskończonego rzędu, przykłady ich występowania, krystalizacja, separacja fazowa (3h)

3. Transport elektronów (ładunków) w układach biologicznych – efekt tunelowy, teorie Hopfielda, klasyczna teoria Marcusa, model superwymiany; Bezpromienisty transport energii: model Dextera i Förstera; (3h)

4. Fotosynteza tlenowa i beztlenowa, rozwój życia na Ziemi, wydajność transportu energii elektronów na różnych etapach procesu fotosyntezy, paradoks stresu tlenowego; (4h)

5. Zastosowania mechanizmów procesu fotosyntezy w bionanotechnologiach (m.in. bionanomedycynie, bioenergetyce i elektronice); ogniwa paliwowe;sztuczne pompy jonowe; (4h)

6. Mikro- i nanomaszyny molekularne występujące w przyrodzie i ich zastosowania w biomechanice.(4h)

7. Struktury biologiczne w zastosowaniach bio-nanotechnologicznych i biomedycznych.(4h)

8. Nieliniowość procesów w przyrodzie, chaos i zastosowania w wytwarzaniu mikro- i nanourzązdeń dla potrzeb medycyny.(2h)

Zajęcia seminaryjne (15h):
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.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Zajęcia seminaryjne: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Obecność na wykładzie: zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Zajęcia seminaryjne: udział w zajęciach seminaryjnych jest obowiązkowy.
Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze.

Warunkiem uzyskania zaliczenia końcowego jest uzyskanie oceny pozytywnej z przedstawionej na seminarium prezentacji ustnej, oraz pozytywnej oceny z aktywności i udziału w dyskusji.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Na ocenę z zajęć (OK) składa się ocena z wystąpienia ustnego – prezentacji (P) w ramach seminarium oraz ocena z aktywności i udziału w dyskusji na zajęciach (AD).
Na ocenę z zajęć (OK) składa się ocena z wystąpienia ustnego – prezentacji (P) w ramach seminarium, oraz z aktywności i udziału w dyskusji na zajęciach (AD).

Oceny te obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona z powyższych ocen (P) i (AD):
W = 0.6 x P + 0.4 x AD

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

Zajęcia seminaryjne: Nieobecność na jednych zajęciach seminaryjnych wymaga od studenta samodzielnego opanowania omawianego w tym czasie materiału i jego zaliczenia ustnego w wyznaczonym przez prowadzącego terminie lecz nie później niż w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Nieobecność na więcej niż jednym seminarium wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie lecz nie później niż 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.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Posiadanie wiedzy z podstaw fizyki, biofizyki, chemii, chemii organicznej z elementami biochemii. Ogólna wiedza na temat transportu energii i masy oraz elementów fizyki polimerów ułatwią przyswojenie materiału.

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:

Przykładowe 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 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
7 J. Fiedor, K. Burda, Potential Role of Carotenoids as Antioxidants in Human Health and Disease. Nutrients (2014), 466-488
8 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
9 M. Cyrklaff, S. Srismith, B. Nyboer, K.Burda et al., Oxidative insult can induce malaria-protective trait of sickle and fetal erythrocytes. NATURE COMMUNICATIONS, vol. 7 (2016) 13401
10 K.Burda, Dynamics of electron transfer in photosystem II. CELL BIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS, 47 (2007), 271-284

Informacje dodatkowe:

Brak