Studenti budou umět:

Posoudit vliv a význam fyzikálně-chemických dějů na chování živých organizmů - buněk a buněčných populací.

Fyzikálně popsat interakce reakčních a transportních dějů v organizmech vedoucí například k šíření chemických signálů nebo morfogenetickým změnám.

Vyřešit typické úlohy související s reakčně-konvektivně-difúzními ději v živých organizmech.

Fyzikálně popsat a vyřešit situace, kdy jsou biologické makromolekuly nebo buňky ovlivňovány vnějším elektrickým polem nebo elektrickým nábojem vázaným v membránách.

K udělení zápočtu je nutné splnit jeden kontrolní test minimálně na 50 % bodového hodnocení. Pro splnění ústní zkoušky musí student úspěšně zodpovědět dvě otázky ze seznamu otázek. Výsledná známka je vypočítána z úspěšnosti kontrolního testu a ústní části zkoušky.

[1] Grodzinsky A.J., Fields, forces, and flows in biological systems, Garland Science, London and New York, 2011.

[2] Alberts B. a kol., Základy buněčné biologie - Úvod do molekulární biologie buňky, Espero Publishing, Ústí nad Labem, 1998.

[3] Gierer A., Meinhardt H., A theory of biological pattern formation, Kybernetik 12, 30-39, 1972.

1. Pole, síly a toky v biologických systémech. Základní fyzikální a matematický popis.

2. Difúzní transport, difúze kyslíku ve tkáni, hypoxie, charakteristický difúzní čas růstových faktorů ve tkáni.

3. Chemotaxe, koncentračního pole chemoatraktantu VEGF, vytváření vaskulárního systému v okolí nádorového útvaru, chemotaxe v Boydenově komoře.

4. Buňka, struktura, tkáně.

5. Mezibuněčná komunikace, signální kaskády, model autokrinní mezibuněčné komunikace.

6. Teorie vzniku Turingových struktur, model vzniku párového orgánu.

7. Vliv konvektivního transportu na chování biologických systémů, model šíření bakteriální infekce, koncentrační podvrstvy metabolických odpadů v dialyzačním modulu.

8. Elektrická a magnetická pole v biologických systémech, Maxwellovy rovnice, dielektrika.

9. Pseudoelektrostatická aproximace, okrajové podmínky na rozhraní fází, relaxace elektrického náboje v biologických systémech.

10. Elektrické pole okolo nabité buňky/molekuly , chování molekuly DNA v elektrickém poli.

11. Transport iontů v biologických elektrolytech, membránách a tkáních. Membránový potenciál, Donnanova rovnováha, Donnanův potenciál.

12. Elektrodifúze v biologických systémech a v planární biologické membráně.

13. Sférická buňka v homogenním elektrickém poli, dielektroforéza, síly působící na separovanou buňku.

http://uchi.vscht.cz/index.php/cs/studium/magisterske-studium

Matematika pro chemické inženýry

Fyzika I

Biochemie I