absolvent facultatea de fizica, universitatea din bucuresti, 1982 facultatea de biologie

50
• absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 • Facultatea de Biologie Catedra de Fiziologie animala si Biofizica Email: [email protected] Dan Mihailescu

Upload: stone-holden

Post on 03-Jan-2016

83 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

Dan Mihailescu. absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie Catedra de Fiziologie animala si Biofizica Email: [email protected]. Localizare:. Fizica Biofizica Fiziologie Introducere in bioinformatica. Masterat Neurobiologie? - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982

• Facultatea de BiologieCatedra de Fiziologie animala si Biofizica

Email: [email protected]

Dan Mihailescu

Page 2: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Localizare:

Page 3: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie
Page 4: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Fizica

• Biofizica

• Fiziologie

• Introducere in bioinformatica

Page 5: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Masterat

• Neurobiologie?

• Biodinamica?

Page 6: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Biofizica membranelor

• Canale ionice

• Analiza si interpretarea datelor

• Dinamica moleculara

Page 7: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Doctorat

• Fiziologie animala

• Biofizica

Page 8: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

www.bio.unibuc.ro

• Forum: www.bio.unibuc.ro/forum

• Subiecte legate de admitere, organizare studentesca, …

• Discutii libere, “necenzurate”

Page 9: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Reteua Internet in Facultatea de Biologie

Page 10: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Internet in Facultatea de Biolgie

• Puncte de acces wireless (amfiteatru, holuri, Catedrele de Biochimie si Fiziologie animala si Biofizica) 1-2 saptamini

Bioblioteca Facultatii de Biologie – 1-2 zile

Page 11: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Care este legatura dintre curs si laboratoare (practica propriu-zisa)

Numarul de ore de laborator diferit de cel alocat pentru cursuri:

Curs: 14 oreLaborator: 28 ore

Page 12: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Ce este biofizica?

Page 13: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Destul de greu de definit

Page 14: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Este mult mai clar ce nu este!

• Biofizica nu este fizica pentru biologi, biochimisti, ecologi, chimisti…

•Biofizica nu este similara cu “Metode fizice aplicate in chimie”

Page 15: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Un domeniu modern al stiintelor vietii care propune o noua abordare pentru intelegerea functiilor biologice

• O integrare a diverselor abordari fizice si fizico-chimice pentru rezolvarea problemelor din biologie

Page 16: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Merita studiata biofizica?

Page 17: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Bariera energetica

Biochimist Solutia problemei de biologie

Cunostiinte de matematica, fizica, …. Biofizica, informatica

Page 18: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Merita ca biochistii sa “se activeze” si sa depasesca “barierea energetica” a matematicii si fizicii pentru a descoperi, intelege si mai ales a beneficia in cariera lor ulterioara (didactica, stiintifica, aplicativa, …) de cunostintele din domeniul biofizicii?

Page 19: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Examen (Colocviu)

Contributia la laboratoare 40% din nota finala

Prezenta la laboratoare este obligatorie

Prezenta la curs NU este obligatorie si NU conteaza la nota finala

Page 20: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

DAREste recomandabil sa:

Profitati de prezenta si efortul meu asistind la cursuri

Intrebari in timpul cursului (Nu monopolizati discutia!)

Consultatii (programare prin email)

Opinii, critici, … pe forum

Page 21: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Punctul de vedere holistic, idee de baza a biofizicii

Abordari de la nivel modelular pina la nivel de celular

• un sistem biologic NU este suma componentelor sale moleculare ci este mai curind integrarea lor functionala

Page 22: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

De unde studiem?

• Carti de specialitate, referate (reviewuri) si articole originale

Principala sursa de informare: Internetul

•Vizitati linkurile de pe pagina www.bio.unibuc.ro

Adrese utile

Page 23: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Mai ales: pubmed si site-ul Biophysical Society (www.biophysics.org/education)

Page 24: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

. Biofizica, similar cu genetica, biochimia, fiziologia, ..ar trebui sa fie considera un domeniu al biologiei

Este biofizica parte a biologiei sau a fizicii?

Biologia se pretinde a fi o stiinta comprehensiva care trateaza toate functiile sistemelor vii

Page 25: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Desigur, fizicienii nu sunt deacord!

Au si ei dreptate!

Fizica nu isi restrictioneaza subiectele doar la materia nevie

Page 26: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Cert este ca Biofizica nu se poate dezvolta decit printr-o colaborare intre specialisti din domeniile Biologiei si ai Fizicii

Page 27: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

“Recapitulare”

Page 28: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Biofizica include deasemenea si influenta factorilor fizici asupra functiilor fiziologice

Subiectele biofizii: principiile fizicii din sistemele vii

Asa cum rezulta si din numele ei biofizica este o stiinta interdisciplanara, undeva intre fizica si biologie

Biofizica este strins legata de alte discipline: matematica, chimia fizica, biochimia si in ultimii ani informatica

Biofizica Nu este o colectie de metode fizice aplicate in biologie..

Studierea unei probe biologice cu microscopul nu este biofizica

Page 29: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Subdomenii ale biofizicii:

• Chimia biofizica

• Bioelectrochimia

• Fizica medicala este un domeniu interdisciplinar care isi are radacinile in biofizica

Page 30: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Istorie?

• Ca orice stiinta foarte tinara, biofizica incearca sa-si gaseasca radacini mult mai vechi.

Page 31: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Scoala lui Alfonso Borelli (1608-1679) in care considera corpul omenesc o masinarie si din care incerca sa explice si sa traga concluzii despre natura medicala a diverselor maladii ar putea fi astazi considerate ca apartinind biofizicii medicale.

Page 32: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Studiile lui Leonardo da Vinci (1452-1519) de investigare a principiilor mecanice din zborul pasarilor in scopul contruirii unui aparat de zbor ar putea fi considerate astazi bionica

Page 33: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Experimentele lui Galvani (1737-1798) care demonstreaza legatura directa dintre electricitatea “fizica” si fenomenele electrofiziologice.

Page 34: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Structura moleculara a sistemelor biologice

• Legaturi intramoleculare

• Orice reprezentare a dinamici moleculelor si a structurilor supramoleculare trebuie sa inceapa cu atomul, organizarea energiilor pe nivele energetice si interactunile dintre atomi.

Page 35: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Ecuatia lui Schrodinger

• Fundamentarea teoretica pe baza coreia se obtin functiile de unda ale electronilor, probabilitatea de existenta a lor intr-o anumita regiune din spatiu.

Page 36: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/schr.html

Page 37: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

•Energia electonilor si distributia lor in spatiu este descrisa de numerele cuantice.

•Fiecare electron este reprezentat de patru numere cuantice

•Numarul cuatic principal (n) conform modelului Bohr este numarul de ordine (“indexul”) stratului electronic

•numarul 1 cel mai apropiat de nucleu. Valori posibile:1,2,3,4,..

•Numarul cuatic secundar sau azimutal (l) determina distrbutia sarcinii in spatiu. Valoarile sale posibile depind de n si pot fi l=0,1,2,3,… (n-1).

Exemplu n=2, l=0,1; Electroni s, p, d, f, g

Page 38: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Numarul cuantic magnetic (m)

In modelul Bohr: miscarea electronului pe orbite eliptice creaza o bucla (“circulara” sau “elicoidala”) si in consecinta produce un cimp magnetic extern.

m poate lua urmatoareel valori: m=-l, …0, …+l .De exemplu pentru n=2, l poate lua valorile 0,1 iar m poate fi -2,-1,0,+1,+2

Numarul cuantic de spin (s)

Descrie directiile de rotatie ale electronului in jurul axei sale. Exista doua directii posibile: in sensul acelor de ceasornic si in sens contrar acelor. Aceste situatii sunt notate cu s=+1/2 si s=-1/2

Page 39: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Energia electronului nu depinde de numarul cuatic de spin

Energia este DEGENERATA dupa numarul cuantic magnetic cu exceptia cazului in care exista un cimp magnetic

Page 40: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Postulatul (principiul) lui Pauli (1926)

• Este imposibil sa exista doi electroni cu numere cuantice identice in acelasi atom

Postulatul nu a fost invalidat pina in prezent

Page 41: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Atomul de hidrogen

2220

4

8 hn

meE

= - 2.18 10-18 J = - 13.6 eV

m este masa electronului (m=9.109 10-31 kg)

e este sarcina electronului (e=1.60218 10-19 C)

h este constanta lui Plank (h=6.626 . 10-34 Js = 4.136 10-15 eV. s).

ε0 Constanta electrica (permitivitatea dielectrica) =8.854 10-12 F/m (C V-1); factor de conversie de la variabile mecanice (lungime si forta) la variabile electrice (sarcina electrica)

Page 42: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Merita retinut!

• 1 eV este energia unui electron la aplicarea unei diferente de potential de 1 V

1 eV= 1.6[02177] 10-19 J

Page 43: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

• Definitie:• Lucrul mecanic NECESAR

pentru a indeparta electronul de pe “orbita”, impotriva fortei de atractie a nucleului, si a-l duce la distanta infinita.

2220

4

8 hn

meE

•Energie de ionizare: Indepartarea electronului duce la formarea unui ion

Energia de valenta a electronului

Page 44: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

H

• Functia de unda care descrie starea stationara a unui electron este denumita ORBITAL.

• NOR ELECTRONIC: descriere mai adecvata a naturii statistice a distributiei electronului.

Page 45: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Orbitali sferici

• Asa cum sunt cei ai hidrogenului au l=0 si m=0. Mai sunt denumiti si orbitali de tip s

Page 46: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

n=2

• Numarul cuantic l ia valoarea 0 dar ocazional poate fi si 1. Forma orbitalilor corespunzatori este de sfera dubla.

•Pozitionarea axelor este determinata de numerele m (-1,0,+1). Orbitalii corespunzatori sunt orbitali de tip p

Page 47: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Legaturi covalente. Orbitali moleculari

• Datorita interactiunilor electromagnetice dintre electroni, nivele energetice ale moleculei pot mai scazute decat suma nivelelor energetice ale atomilor neperturbati

Se formeaza o legatura chimica

Page 48: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Energia de legatura intramoleculara de legatura are citeva componente:

• Energia cinetica a electronilor

• Energia electrostatica dintre electroni si nuclee

• Energia electrostatica dintre electroni

• Energia electrostatica din nuclee

Page 49: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Energiile au semne diferite

• Energia negativa semnifica forta de atractie, (“stablizatoare”) – In principal, depinde de distantele de

separare.– La o anumita distanta energia are minim =

distanta de legatura dintre doi atomi din molecula.

Page 50: absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

Problema poate fi rezolvata cu precizie (analitic) doar pentru molecula de hidrogen

(H2 ) !!!

• Pentru molecule mai complicate (chiar si numai diatomice) se procedeaza la diverse proceduri de APROXIMARE si mai ales la rezolvari numerice ale ecuatiilor functiilor de unda

•Rezolvari bazate pe tehnica de calcul