NFYA04056U Introduktion til biofysik (biofysik)

Færdigheder
Gennem kurset vil den studerende:

• Få grundlæggende viden om kemiske bindinger, herunder introducerende kvantemekanik, elektron-affinitet, -negativitet, samt viden om den relative styrke af de mest almindelige kemiske bindinger forekommende i biologiske systemer.
• Kunne genkende og opskrive de mest almindelige vekselvirkningspotentialer for både stærke og svage bindinger, f.eks. Morse, van der Waals, Buckingham, og Lennart-Jones potentialerne. Samt fra det samlede potentiale at kunne finde de resulterende kræfter på biologiske systemer.
• Få indgående kendskab til reaktions kinetik. Herunder definition af Gibbs fri energi, Helmholtz fri energi, enthalpi, indre energi samt andre energi former af interesse for biologiske systemer. Få indføring i grundlæggende termodynamik og statistisk mekanik af relevans for biologiske systemer. Specielt læres at opskrive og anvende Michaelis-Menten kinetik.
• Kunne udlede og anvende de mest essentielle ligninger vedrørende diffusion. Herunder Ficks 1. og 2.lov.
• Få kendskab til essentielle biofysiske eksperimentelle metoder. Disse metoder inkluderer røntgen diffraktion, NMR, optiske pincetter, atomic force mikroskopi, patch-clamping, kalorimetri. For hver teknik vil den studerende lære om fordele og ulemper, det teoretiske grundlag for teknikkens virkemåde, og om hvordan data analyseres.
• Kende til de mest almindelige biopolymerer, herunder DNA, RNA, og proteiner. Den studerende vil kende polymerernes byggestene og virkemåde samt kunne udføre en fysisk beskrivelse af polymererne, herunder kende til og udregne persistens længde, linking, twisting, foldning.
• Vide hvad biologiske membraner består af, typiske membran formationer, og hvor membraner er i levende organismer. Desuden skal den studerende kunne forstå og anvende termodynamiske begreber som kemisk potentiale, Gibbs fri energi og entropi i forbindelse med membraner og kunne udlede sammenhængen mellem et membranproteins konformation og trykket i membranen.
• Have basalt kendskab til biologisk energi. Herunder kende til energi forbrænding i organismer, respiration, fotosyntese, og ATP syntese.
• Vide hvordan forskellige organismer bevæger sig. F.eks. bakterie bevægelser, molekylærer motorer (både rotation og translation), og muskelsammentrækninger.
• Forstå hvorledes membraner kan elektrisk eksiteres, udlede og nedskrive de mest væsentlige formler for mobilitet af ioner over membraner og membran potentialer. Få kendskab til nerve impuls udbredelse, hvilket indebærer at udlede og anvende formler heromkring.
• Kunne nedskrive general fysisk formalisme omkring biologiske systemer, opstille modeller, som forklarer aspekter af biologiske systemer. Kunne anvende disse modeller til at foretage kvantitative forudsigelser om biologiske systemer.

Viden
Efter en kort introduktion til emnets oprindelse, vil kurset bevæge sig opad i kompleksitetsniveau, startende fra atomer, til molekyler, strukturer, systemer og ultimativt til hele levende organismer. Herunder vil kurset introducere vigtige begreber fra biofysikken såsom biopolymerer, biomembraner, biologisk energi og nerve systemet. Kurset beskæftiger sig ikke kun med basale ideer, men omhandler også moderne forskningsfelter såsom proteinfoldning, DNA/RNA konformationer, molekylære motorer, og moderne biofysiske teknikker såsom optiske pincetter. Således vil kurset give viden om stort set alle vigtige biofysiske byggestene og sammenhænge og give et virkeligt godt fundament for de mere specialiserede kurser. Endvidere er kurset i meget høj grad forskningsbaseret, hvilket giver de studerende viden om forskningsmetoder, analyser og resultater og tager de studerende med til frontlinien i biofysik. 

Kompetencer
De studerende tilegner sig i dette kursus basale færdigheder indenfor biofysik og lærer at beskrive biologiske systemer med fysiske analyse værktøjer og modellering. Dermed giver kurset de studerende de nødvendige faglige kompetencer til at tage de videregående kurser i biofysik og medicinsk fysik. De studerende lærer desuden at tilegne sig viden fra den primære litteratur, forskningsartikler, hvor der gennemgås både klassikere og helt nye artikler. De studerende får også kompetencer i at fremlægge fagligt forsknings materiale og projektet giver mulighed for en større fordybelse i et konkret forskningsområde. Kurset giver også de studerende en enestående mulighed til at tilegne sig kompetencer i at anvende værktøjer fra statistisk fysik og mekanik til at beskrive systemer fra den levende verden.