Nazwa modułu: Biofizyka Rok akademicki: 2018/2019 Kod: JFM-1-309-s Punkty ECTS: 4 Wydział: Fizyki i Informatyki Stosowanej Kierunek: Fizyka Medyczna Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 3 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr hab. Matuszak Zenon (Zenon.Matuszak@fis.agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr hab. Matuszak Zenon (Zenon.Matuszak@fis.agh.edu.pl) Krótka charakterystyka modułu Kurs zapoznaje studenta z podstawowymi zagadnieniami biofizyki ogólnej i molekularnej oraz zastosowaniami metodologii fizyki do ujmowania i rozwiązywania problemów biologicznych (biomedycznych). 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_W001 Student posiada podstawową wiedzę o wybranych zagadnieniach biofizyki i potrafi wskazać ich rolę w rozwiązywaniu problemów fizyki medycznej.student zna i rozumie podstawy biotermodynamiki, biokinetyki oraz elektrofizjologii. Posiada elementarną znajomość procesów oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego, ultradźwięków oraz jonizującego z układami biologicznymi.(pod pojęciem "podstawowa" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu FM1A_W02, FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W06, FM1A_W01, FM1A_W07 1 / 6
M_W002 Student zna na zasady prowadzenia pomiarów w w/w obszarach oraz potrafi zinterpretować wyniki podstawowych eksperymentów. (pod pojęciem "podstawowe" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu) FM1A_W02, FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W06, FM1A_W01 Umiejętności M_U001 Student potrafi prowadzić proste obliczenia termodynamiczne dla podstawowych reakcji biochemicznych FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U02, FM1A_U03, FM1A_U08 zajęciach, Kolokwium M_U002 Student potrafi prowadzić proste rozważania z zakresu różnych zagadnień biokinetyki. FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U02, FM1A_U03, FM1A_U08 M_U003 Student potrafi zanalizować i zinterpretować wybrane podstawowe zależności dla oddziaływania omawianych na wykładzie rodzajów promieniowań z układami biologicznymi FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U02, FM1A_U03, FM1A_U08 Kompetencje społeczne M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe. Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji jego części zadania zespołowego FM1A_K01, FM1A_K02 zajęciach, Wykonanie ćwiczeń M_K002 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty FM1A_K01, FM1A_K02 zajęciach, 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 Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza 2 / 6
M_W001 M_W002 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 Student posiada podstawową wiedzę o wybranych zagadnieniach biofizyki i potrafi wskazać ich rolę w rozwiązywaniu problemów fizyki medycznej.student zna i rozumie podstawy biotermodynamiki, biokinetyki oraz elektrofizjologii. Posiada elementarną znajomość procesów oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego, ultradźwięków oraz jonizującego z układami biologicznymi.(pod pojęciem "podstawowa" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu Student zna na zasady prowadzenia pomiarów w w/w obszarach oraz potrafi zinterpretować wyniki podstawowych eksperymentów. (pod pojęciem "podstawowe" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu) Student potrafi prowadzić proste obliczenia termodynamiczne dla podstawowych reakcji biochemicznych Student potrafi prowadzić proste rozważania z zakresu różnych zagadnień biokinetyki. Student potrafi zanalizować i zinterpretować wybrane podstawowe zależności dla oddziaływania omawianych na wykładzie rodzajów promieniowań z układami biologicznymi Kompetencje społeczne M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe. Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji jego części zadania zespołowego - - - - - - - - - - - 3 / 6
M_K002 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład <strong>1. Wprowadzenie (1 godz.)</strong> Miejsce biofizyki w systemie nauk biomedycznych, skład, architektura i funkcje komórki, najważniejsze biomolekuły struktura chemiczna, reguły organizacji systemów biologicznych. <strong>2. Elementy biotermodynamiki równowagowej (2 godz.)</strong> Mikroskopowy i makroskopowy opis układu, zasady termodynamiki, temperatura, entropia, potencjały termodynamiczne, elementy termodynamiki chemicznej i biochemicznej: potencjał chemiczny, równowaga chemiczna. <strong>3. Woda jako podstawowe środowisko procesów życiowych (2 godz.)</strong> Oddziaływania międzymolekularne, budowa cząsteczki wody, wiązanie wodorowe, własności ciekłej wody, roztwory wodne molekuł, hydratacja, hydrofobowość, samoorganizacja <strong>4. Elementy bioelektrochemii (4 godz.)</strong> Budowa błony biologicznej, wodne roztwory elektrolitów, równowagi heterofazowe, potencjał elektrochemiczny, ogniowo elektrochemiczne i potencjał elektrodowy, ph, potencjał redoksowy, biologiczne utleniacze i reduktory, równowagi membranowepotencjał Donnana, osmoza, metody elektrochemiczne w biofizyce sensory i nanobioelektrochemia. <strong>5. Elementy biotermodynamiki procesów nierównowagowych bioenergetykai transport (4 godz.)</strong> Nierównowagowa termodynamika liniowa bodźce i przepływy, zasada Onsagera, dyfuzja i elektrodyfuzja, stany stacjonarne, zasada Prigogine a, transport elektronów i łańcuch oddechowy, transport przez membrany: dyfuzja, dyfuzja ułatwiona i kanały jonowe, elektrodyfuzja i transport sprzężony, reakcje sprzężone, elementy teorii chemiosmotycznej Mitchella. <strong>6. Biokinetyka (4 godz.)</strong> Elementarna kinetyka chemiczna, zastosowania kinetyki chemicznej do systemów biologicznych: enzymy i kinetyka Michaelisa-Menten, wiązanie ligandów do makromolekuł kooperatywność, wiązanie tlenu do hemoglobiny, układy dwu-stanowe elementy biofizyki systemów złożone schematy kinetyczne, układy reakcja-dyfuzja <strong>7. Elementy elektrofizjologii (3 godz.)</strong> Potencjał błonowy, potencjały czynnościowe i ich propagacja, metody diagnostyczneelektrokardiografia i elektroencefalografia, własności dielektryczne komórek i tkanek, wpływ zmiennych pól elektromagnetycznych na komórki i tkanki, elektroporacja. <strong>8.elementy biomechaniki bioakustyki makroskopowej (2 godz.)</strong> Fale akustyczne w cieczach, ucho budowa i funkcje, audiologia, charakterystyka ultradźwiękowa wody i tkanek, ultradźwięki ich zastosowanie w biomedycynie: efekt Dopplera, ultrasonografia, kawitacja. <strong>9. Biomagnetyzm (3 godz.) Elementarna chemia kwantowa: koncepcja funkcji falowej, równanie Schrödingera, opis stanów elektronów w molekułach, hybrydyzacja, spin i paramagnetyzm, wolne 4 / 6
rodniki i ich rola biologiczna, stany wzbudzone: singletowy i trypletowy, tlen molekularny i stres oksydacyjny, antoksydanty, spektroskopia EPR. 10. Elementy fotobiofizyki (3 godz.)</strong> Światło: fale i fotony, detekcja światła wielkości radiometryczne i fotometryczne, budowa i funkcje oka, oddziaływanie promieniowania UV-VIS z materią (diagram Jabłońskiego), podstawowe prawa fotochemii i elementy kinetyki fotochemicznej, pojęcie przekroju czynnego, wydajności kwantowe, spektroskopia absorpcyjna i fluorescencyjna w biofizyce, metody badania szybkich reakcji, transport światła w strukturach biologicznych, reakcje fotouczulane, terapia fotodynamiczna nowotworów, bioluminescencja, fotosynteza. <strong>11. Elementy biofizyki radiacyjnej (2 godz.)</strong> Charakterystyka fizyczna promieniowania jonizującego, podstawowe sposoby oddziaływania promieniowania jonizującego z materią, dawki i jednostki, LET i względna skuteczność biologiczna, radioliza wody i rola wolnych rodników w uszkodzeniach radiacyjnych- wydajność radiacyjna, kinetyka kompetycyjna <del>radioprotektory i radiouczulacze, radiobiologia komórkowa rozkład Poissona, krzywe przeżywalności i efekt tlenowy, radioterapia</del> kontrola prawdopodobieństwa zniszczenia nowotworu, terapia jonowa Ćwiczenia laboratoryjne - Sposób obliczania oceny końcowej Oceny z ćwiczeń rachunkowych audytoryjnych oraz z kolokwium zaliczeniowego (Z) obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH. Egzamin obejmuje cześć ogólna i rachunkową (traktowana jako zaliczenie ćwiczeń). Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu (E) i z ćwiczeń rachunkowych : OK = 0.6 x Z + 0.4 x C Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga uzyskania pozytywnej oceny z ćwiczeń audytoryjnych i egzaminu (E). Wymagania wstępne i dodatkowe Znajomość rachunku różniczkowego i całkowego w zakresie podstawowym. Zalecana literatura i pomoce naukowe Matuszak Z., Materiały pomocnicze do przedmiotu: Biofizyka Glaser R., Wstęp do biofizyki. PZWL, Warszawa,1975. Jaroszyk F. ( red.), Biofizyka. Podręcznik dla studentów, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2008. Bryszewska M., Leyko W. (red.), Biofizyka dla biologów, PWN, Warszawa, 1997. Beier W., Biofizyka, PWN, Warszawa,1968. Ackerman E., Zarys biofizyki,, PWN, Warszawa, 1968. Miękisz S., Hendrich A., Wybrane zagadnienia z biofizyki, Volumed, Warszawa, 1998 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Według bazy WoS. Informacje dodatkowe Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach. Ćwiczenia audytoryjne: Nieobecność na jednych zajęciach wymaga od studenta samodzielnego 5 / 6
opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału. Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż jedno ćwiczenie i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości. Obecność na wykładzie: zgodnie z Regulaminem Studiów AGH. Ćwiczenia są obowiązkowe tylko dla studentów kierunku mikro-i nanotechnologie w biofizyce. Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Przygotowanie do zajęć Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 30 godz 10 godz 10 godz 60 godz 2 godz 112 godz 4 ECTS 6 / 6