BMB540: Fysisk Biokemi

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til førsteårs matematik inkl. første ordens differentialligninger og grundlæggende statistik.
• Er i stand til at udføre og forstå standard integrationer og differentiationer; er i stand til at isolere variabler og løse algebraiske ligninger.
• Kende og anvende logaritme- og eksponentialfunktioner.
• Anvende videnskabelige programmer til at løse ligninger, isolere variabler og plotte funktioner i forhold til givne parameter.
• Have kendskab til grundlæggende fysiske begreber for elektricitet og optik, som gennemgået i gymnasiet.
• Kemi og biokemi svarende til FF503 forudsættes kendt.

Kurset har til formål at sætte den studerende i stand til at fortolke biokemiske systemer på en kvantitativ måde, som er relevant for at opnå en dyb forståelse af metabolisk og genetisk regulation af cellulære processer. Kurset vil introducere grundlæggende principper i fysisk kemi der finder anvendelse i klassisk biokemi og molekylær cellebiologi.

Kurset vil give viden om fysisk-kemiske principper af biomakromolekylær organisation og cellefunktion.

Kurset bygger oven på den viden, der er erhvervet i kurserne angivet under forudsætninger, og giver et fagligt grundlag for at studere emnerne i bachelorprojektet og i kurser for avanceret molekylærbiologi og biokemi samt bioanalytisk instrumentering og avanceret mikroskopi, der er placeret senere i uddannelsen.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• Give kompetence til at forbinde termodynamiske/kinetiske koncepter og molekylære og cellulære processer.
• Give færdigheder i analysen af biologiske og biokemiske processer fra et kvantitativt synspunkt.
• Give viden om de kvantitative, fysisk-kemiske principper der ligger til grund for biokemiske systemer.

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evnen til at:

• kunne udregne Gibbs fri energi, entropi og enthalpi ændringer i biomolekylære processer
• kunne angive betingelsen for at en kemisk reaktion er spontan og at kunne udlede massevirkningsloven
• definere egenskaber af blandinger og opløsninger, som ionaktivitet og syre-base ligevægt
• redegøre for spontane processers tidsforløb, herunder kemisk kinetik og overgangstilstande
• kunne angive betingelsen for en steady state i termodynamisk åbne systemer og udregne steady state fluxer og koncentrationer
• fortolke diffusion fra et makroskopisk og mikroskopisk synspunkt
• redegøre for termodynamisk kobling af bioenergetiske processer
• definere betingelser for feedback loops og oscillationer i biokemiske processer, som metabolisme eller genaktivering
• beskrive og fortolke biokemiske bindingsprocesser
• forklare principperne bagved lysets interaktion med biomolekyler ud fra den klassiske og kvantemekanisk beskrivelse

Kurset indeholder følgende faglige hovedområde:
Første del, undervist af FKF underviser.

• Statistisk termodynamik og kinetisk teori (for at relatere mikro- og makroskopiske egenskaber; konceptet af entropi)
• Termodynamik af ideale gaser
• Første lov af termodynamikken
• Arbejde, varme, indre energy og entalpi
• Termokemi: entalpi af biokemiske reaktioner
• Anden lov af termodynamikken
• Entropi, Gibbs Fri energi
• Kemisk potentiale
• Termodynamiske beregninger (adiabatiske og isoterme processer; 1st og 2nd lov etc.)
• Egenskaber af blandinger og opløsninger
  • Beskrivelse af blandinger
  • Osmose og Aktivitet (i reelle opløsninger)
  • Ioniske opløsninger, Syre-Base ligevægt
  • Biologiske grænseflader, Overfladenspænding

Anden del, undervist af BMB underviser.

• Biokemisk kinetik inklusive reaktionsordener, ratelove, tidsskala-separation, oscillationer og overgang til steady state
• Ioniske opløsninger i biokemi (buffer, protoneringsgrad og organelle egenskaber)
• To-tilstandssystemer i cellebiologi (f.eks. bindingsprocesser)
• Lys-stof-vekselvirkning med basisbegreber fra kvantemekanik og eksempler fra relevante biologiske processer, som foto-destruktion, syn, fotosyntese og fluorescens
• Introduktion til diffusion ved eksempler fra cellebiologi

• John Kuriyan, Boyana Konforti, David Wemmer: The Molecules of Life - Physical and Chemical Principles, ISBN:9780815341888, 1st. edition.
• Peter Atkins, Julio de Paula: Physical chemistry for the life sciences, 2nd edition.

Se itslearning for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

• Introfase (forelæsning) - Antal timer: 22
  
• træningsfase: Antal timer: 26, heraf 18 timer eksaminatorie og 8 timer laboratorie

I forelæsningerne introduceres koncepterne og scenen sættes til lab aktiviteterne i træningsfasen. Eksaminatorierne vil primært blive brugt til at løse beregningsopgaver. Dette er i vores mening den bedste måde for de studerende til at blive fortrolige med kvantitativ tænkning og de teoretiske koncepter.

• Læse bogen, udleverede noter og slides fra forelæsningerne
• Hjemmeopgaver
• Skriftlig rapport om laboratorieøvelser