Εκτύπωση     Κλείσιμο

Προβολή Στοιχείων Μαθήματος

Τμήμα Μαθήματος: Τμήμα Φυσικής
Κωδικός Μαθήματος: ΦΥΣ 415
Τίτλος Μαθήματος: Βιοφυσική
Αριθμός Κατανεμόμενων Πιστωτικών Μονάδων (ECTS): 6
Επίπεδο Μαθήματος: 1ος Κύκλος (Πτυχίο) 
Έτος Σπουδών (κατά περίπτωση): 4 
Εξάμηνο/Τρίμηνο όταν Προσφέρεται το Μάθημα: Εαρινό Εξάμηνο 
Όνομα Διδάσκοντος (-ων): Γεώργιος Αρχοντής 
Διαλέξεις/Εβδομάδα: 2 (2 ώρες ανά διάλεξη) 
Εργαστήρια/Εβδομάδα: -- 
Φροντιστήρια/Εβδομάδα: 1 (2 ώρες ανά διάλεξη) 
Σκοπός και Στόχοι του Μαθήματος: Εισαγωγή στη Μοριακή Βιοφυσική.  
Μαθησιακά Αποτελέσματα του Μαθήματος:
Οι μαθητές πρέπει να:

  • Γνωρίζουν τις διάφορες κατηγορίες βιομορίων.
  • Διαχωρίζουν τα διάφορα είδη ατομικών αλληλεπιδράσεων σε ένα βιομόριο ή σε ένα βιομοριακό σύμπλοκο. 
  • Περιγράφουν την επίδραση του νερού στις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις και στις αλληλεπιδράσεις υδρόφοβων ομάδων.
  • Γνωρίζουν τα φυσικά αμινοξέα και να τα κατατάσσουν σε κατηγορίες, ανάλογα με τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. 
  • Περιγράφουν τα χαρακτηριστικά της κύριας πρωτεϊνικής αλυσίδας.
  • Περιγράφουν τα είδη δευτεροταγούς δομής, τα βασικά μοτίβα τριτοταγούς δομής και χαρακτηριστικά παραδείγματα τεταρτοταγών δομών πρωτεϊνών.
  • Γνωρίζουν ότι η πρωτεινική αναδίπλωση είναι μετάβαση ανάμεσα σε δύο καταστάσεις (διπλωμένη - αδίπλωτη δομή).
  • Εξηγούν τη σημασία του ετεροπολυμερικού χαρακτήρα των πρωτεϊνών για τη σταθεροποίηση μίας δομής.
  • Μελετούν βασικά πολυμερικά μοντέλα πρωτεϊνικής αναδίπλωσης.
  • Μελετούν τη μετάβαση έλικας – τυχαίου σπειράματος με μεθόδους Στατιστικής Φυσικής.
  • Αναφέρουν χαρακτηριστικά παραδείγματα της δράσης πρωτεϊνών.
  • Γνωρίζουν τον τρόπο λειτουργίας της αιμοσφαιρίνης και τον έλεγχο της λειτουργίας της μέσω της δέσμευσης μικρών μορίων.
  • Επιλύουν διάφορα μοντέλα αλλοστερικότητας (MWC, KNF)
  • Γνωρίζουν ημιεμπειρικές συναρτήσεις ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε προσομοιώσεις πρωτεϊνών.
  • Γνωρίζουν τη μέθοδο των κανονικών τρόπων ταλάντωσης και την εφαρμογή της στη μελέτη πρωτεϊνών.
  • Γνωρίζουν τις βασικές αρχές προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής, και την εφαρμογή τους στη μελέτη των ιδιοτήτων πρωτεϊνών.
  • Κατανοούν τα βασικά μοντέλα έμμεσου διαλύτη (αναπαράσταση πρωτεϊνών σαν διηλεκτρικά μέσα, Γενικευμένη προσέγγιση Born).
  • Eκφράζουν τη μεταβολή στην ελεύθερη ενέργεια εξαιτίας μίας διαταραχής ως αναμενόμενο άθροισμα κατάλληλης ποσότητας.
  • Γνωρίζουν πώς υπολογίζονται ελεύθερες ενέργειες σχηματισμού βιομοριακών συμπλόκων με προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής και μοντέλα συνεχών μέσων.
 
Προαπαιτούμενα:
Αναμένεται ότι οι φοιτητές έχουν παρακολουθήσει τα μαθήματα Γενικής Φυσικής (1ο -2ο έτος), Κλασσικής Μηχανικής (2ο έτος), Ηλεκτρομαγνητισμού (2ο έτος), Θερμοδυναμικής και Στατιστικής Φυσικής (3ο έτος). 
 
Συναπαιτούμενα: Δεν Εφαρμόζεται 
Περιεχόμενο Μαθήματος:
Περιγραφή των διαφόρων κατηγορίων βιομορίων.
Ενδομοριακές και διαμοριακές αλληλεπιδράσεις. Ο ρόλος του νερού.
Tα 20 φυσικά αμινοξέα και οι φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Πρωτοταγής, δευτεροταγής, τριτοταγής και τεταρτοταγής δομή πρωτεϊνών.
Θερμοδυναμική πρωτεϊνών: Πρωτεϊνική αναδίπλωση. Σημασία του ετεροπολυμερικού χαρακτήρα στη σταθεροποίηση της πρωτεϊνικής δομής. Το μοντέλο τυχαίων ενεργειών (Random Energy Model). Η μετάβαση έλικας-τυχαίου σπειρώματος.
Παραδείγματα της δράσης πρωτεϊνών. 
Περιγραφή της δομής και λειτουργίας της αιμοσφαιρίνης. Μοντέλα αλλοστερικότητας. 
Μοριακά πρότυπα (μοντέλα). Τυπικές Χαμιλτονιανές που χρησιμοποιούνται στην υπολογιστική αναπαράσταση βιομορίων. 
Κανονικοί τρόποι ταλάντωσης. 
Βιομοριακές προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής. 
Μοντέλα έμμεσου διαλύτη: H αναπαράσταση βιομορίων σαν συνεχή διηλεκτρικά. Υπολογισμοί Poisson-Boltzmann. Η γενικευμένη αναπαράσταση Born. 
Υπολογισμοί Μοριακής Δυναμικής ελεύθερης ενέργειας: Οι μέθοδοι θερμοδυναμικής ολοκλήρωσης και θερμοδυναμικών διαταραχών. Εφαρμογή των διαφόρων μεθόδων σε υπολογισμούς μεταβολής ελεύθερης ενέργειας σε βιομόρια. 
 
Διδακτικές Μέθοδοι:
Το μάθημα περιέχει 4 ώρες διάλεξης / εβδομάδα. Σε μία τυπική διάλεξη γίνεται αρχικά σύντομη αναδρομή στο υλικό που καλύφθηκε σε προηγούμενες διαλέξεις, μέσω συζήτησης με τους φοιτητές. Κατόπιν διδάσκεται το νέο υλικό. Η ενεργός συμμετοχή των φοιτητών ενθαρρύνεται με κατάλληλες ερωτήσεις και συζήτηση.

To περιεχόμενο των διαλέξεων, βιομοριακές δομές, διαγράμματα και αντιπροσωπευτικές προσομοιώσεις περιλαμβάνονται συνοπτικά σε αρχεία PowerPoint. Θεωρητικά μοντέλα αναλύονται διεξοδικά. Στην ώρα του φροντιστηρίου παρουσιάζονται προβλήματα και εφαρμογές, συζητώνται οι λύσεις των κατ΄ οίκον εργασιών και λύνονται απορίες φοιτητών.

Η προετοιμασία των φοιτητών ολοκληρώνεται με ~4-6 κατ΄ οίκον εργασίες. Κάθε εργασία έχει διορία 7-10 μέρες. Επιτρέπεται η συνεργασία μεταξύ φοιτητών, αλλά συστήνεται μετ΄ επιτάσεως η αυτόνομη συγγραφή των τελικών απαντήσεων. 

Η αξιολόγηση βασίζεται στις κατ΄ οίκον εργασίες, δύο (2) ενδιάμεσες εξετάσεις και την τελική εξέταση.
 
Απαιτούμενη Βιβλιογραφία:
  • Philip Nelson. Biological Physics. Freeman. 
  • Meyer Jackson. Molecular and Cellular Biophysics. Cambridge University Press. 
  • John Kuriyan. The Molecules of Life. Garland Science.
  • Ivet Bahar, Robert Jernigan, Ken Dill. Protein actions: Principles and Modeling.
  • Rob Philips, Jane Kondev, Julie Theriot and Niger Orme. Physical Biology of the Cell. Garland Science. 
  • Alasdair Steven, Wolfgang Baumeister, Louise Johnson, Richard Perham. Molecular Biology of Assemblies and Machines.
 
Μέθοδοι Αξιολόγησης και Κριτήρια:
Η αξιολόγηση βασίζεται στις κατ΄ οίκον εργασίες (20%), μία (1) ενδιάμεση εξέταση (40%) και την τελική εξέταση (40%).
 
Γλώσσα Διδασκαλίας: Ελληνικά
Τρόπος Παράδοσης: Πρόσωπο με Πρόσωπο 
Πρακτική Άσκηση: Δεν Εφαρμόζεται