[ Artemis ]
Aktuality «Nabídka studia «Odkazy «Práce studentů «Skripta (el. verze) «Závěrečné zkoušky «

[ Doktorské studium ]

[ Kurzy ]

[ Portál ]

[ Projekty ]

[ Administrace ]

Zkušební okruhy k bakalářské zkoušce z biofyziky

Základní struktura zkoušky:

Student obdrží tři otázky, vždy po jedné z následujících okruhů:

A, Vybrané fyzikální disciplíny

B, Základní experimentální metody

C, Struktura a funkce biologických systémů (membrány, organely, buňka)

A, Vybrané fyzikální disciplíny

  1. Struktura a vlastnosti pevných látek
  • látky krystalické a amorfní, poruchy krystalické mřížky
  • teplotní roztažnost pevných látek
  • deformace pevného tělesa
  1. Struktura a vlastnosti kapalin
  • povrchová síla
  • jevy na rozhraní kapaliny a pevné látky, kapilarita
  • teplotní roztažnost plynů
  1. Termodynamické zákony
  • základní pojmy fenomenologické rovnovážné termodynamiky - termodynamický systém termodynamické procesy - termodynamické potenciály
  • vnitřní energie tělesa a její změny konáním práce a tepelnou výměnou, 1.termodynamický zákon
  • struktura a vlastnosti ideálního plynu, děje v ideálním plynu, stavová rovnice
  • 2.termodynamický zákon a účinnost tepelných strojů
  • entropie systému
  1. Změny skupenství látek
  • tání a tuhnutí, sublimace,
  • vypařování a var, kondenzace,
  • fázový diagram, zkapalňování plynů, vlhkost vzduchu.
  • rovnováha fází a fázové přechody
  1. Principy elektrostatiky
  • mikro a makroskopické pojetí náboje
  • elektrostatické interakce – Coulombův zákon, dipól – dipólová interakce
  • charakteristika elektrostatického pole – intenzita, potenciál, energie pole
  • vliv prostředí na šíření elektrostatického pole – relativní permitivita prostředí
  • princip superpozice elektrických polí
  • dielektrika v elektrostatickém poli – polární a nepolární dielektrika, orientační a deformační polarizace
  1. Základy elektrodynamiky
  • kondukční, konvekční a posuvný proud
  • Ohmův zákon v integrálním a diferenciálním tvaru
  • Joulův-Lenzův zákon
  • elektrický proud v elektrolytech – stupeň disociace – elektrolýza
  • elektrický proud v plynech - ionizace plynu – nesamostatný a samostatný výboj
  • elektrický proud ve vakuu – emisní jevy
  1. Magnetismus
  • charakteristika stacionárního magnetického pole
  • magnetické pole vodičů – Amperův zákon
  • působení magnetického pole na pohybující se náboj – Lorentzova síla
  • elektromagnetická indukce – Faradayův zákon
  • magnetické momenty elektronů a atomů
  • klasifikace magnetik – magnetický moment – relativní permeabilita
  1. Světlo jako elektromagnetické záření
  • Maxwellova teorie elektromagnetického pole a její vztah k optice
  • rychlost elektromagnetických vln
  • příčnost elektromagnetických vln, polarizace
  • energie přenášená světlem
  • tlak světla
  1. Fotometrie bodového a plošného zdroje
  • plošný a bodový zdroj
  • spektrální citlivost lidského oka
  • radiometrické a fotometrické veličiny a vztah mezi nimi
  • základní radiometrické a fotometrické veličiny bodového a plošného zdroje
  1. Odraz a lom
  • zákon odrazu a lomu
  • úplný odraz, mezní úhel
  • polarizace odrazem, Brewsterův úhel
  • změna fáze při odrazu a lomu, změna fáze při totálním odrazu
  1. Anizotropní prostředí
  • definice anizotropního prostředí, jednoosé krystaly
  • dvojlom
  • umělá anizotropie
  • přirozená optická aktivita
  • umělá optická aktivita
  • aplikace polarizace světla v optických přístrojích
  1. Interference a ohyb
  • skládání dvou koherentních rovinných elektromagnetických vln
  • skládání nekoherentních vln
  • interference na dvojštěrbině
  • dvojpaprsková interference na planparalelní desce

aplikace interference v optických přístrojích

  1. Vlnová funkce
  • de Broglieho vlnová hypotéza
  • vlnová funkce (X- a P-reprezentace) a její statistická interpretace
  • střední hodnoty a střední kvadratické fluktuace fyzikálních veličin
  • Heisenbergův princip neurčitosti
  1. Stacionární Schrödingerova rovnice
  • operátory a operátorové rovnice
  • operátor celkové energie – hamiltonián
  • formulace rovnice pro částici v potenciálovém poli a interpretace jednotlivých symbolů
  • energetické spektrum
  1. Nestacionární Schrödingerova rovnice
  • operátory a operátorové rovnice
  • Operátor celkové energie – hamiltonián
  • formulace rovnice pro částici v potenciálovém poli a interpretace jednotlivých symbolů
  • kvantový determinismus
  1. Základy fyziky atomového jádra
  • struktura atomového jádra – modely, vlastnosti nukleonu, vazebná energie
  • typy radioaktivních přeměn, zákon radiaoktivní přeměny
  • jaderné reakce – shcéma jaderné reakce, zákony zachování v jaderných reakcích, typy jaderných reakcí, praktické využití
  1. Základy atomové fyziky
  • struktura atomu - modely
  • čarové energetické spektrum atomu
  • elektronovy obal atomu - pravidla výstavby elektronového obalu
  • spin částice- Pauliho princip - úplná vlnová funkce částice
  • Mendělejevova periodická soustava prvků - symetrické a antisymetrické vlnové funkce
  1. Fyzika elementárních částic
  • systém elementárních částic - zástupci jednotlivých skupin – fyzikální vlastnosti
  • základní fyzikální interakce - dosah a sila interakce, kvanta polí
  • příklady fyzikálních systémů s uplatněnim jednotlivých typů interakcí

 

B, Základní experimentální metody

  1. Optická soustava světelného mikroskopu a její fyzikální parametry.
  • Užitečné zvětšení a rozlišovací mez a hloubka ostrosti
  • Vliv kondenzoru a imerze na rozlišovací schopnost.
  • Zorné pole.
  • Srovnání světelného a elektronového mikroskopu – zvětšení, pracovní prostředí, hloubka ostrosti.
  1. Konstrukce světelného mikroskopu.
  • Schéma klasického světelného mikroskopu a funkce jednotlivých komponent
  • Typy objektivů a okulárů – základní charakteristika zobrazení a specifikace použití
  • Zobrazovací vady a jejich korekce u objektivů a okulárů
  • Osvětlovací systémy světelného mikroskopu.
  • Systémy v procházejícím a dopadajícím světle – světlé a temné pole.
  • Köhlerův princip.
  1. Zobrazovací metody světelné mikroskopie.
  • Metoda světlého a temného pole, realizace, příklady použití.
  • Metoda fázového kontrastu, fyzikální princip, fázové objekty, schéma zařízení, použití.
  • Polarizační mikroskopie, fyzikální princip, schéma polarizačního mikroskopu, použití.
  • Interferenční mikroskopie, fyzikální princip, schéma interferenčního mikroskopu, použití.
  • Metody záznamu obrazu, CCD kamery, analýza obrazu.
  1. Speciální mikroskopické metody.
  • Luminiscenční mikroskopie, fyzikální princip, detekce obrazu, přirozené a umělé fluorescenční sondy, příklady aplikací.
  • Optická rastrovací mikroskopie.
  • Ultramikroskopie, nové trendy ve vývoji optických mikroskopů, zdroje světla, metody detekce a analýzy obrazu makromolekulárních a subcelulárních struktur.
  • Mikroskopie v ultrafialové a infračervené oblasti, schéma přístroje, zdroje záření, detektory, příklady použití.
  1. Fyzikální principy elektronové mikroskopie.
  • Základní komponenty elektronového mikroskopu, fyzikální princip jejich funkce.
  • Interakce elektronu s pevnou látkou - metody zobrazení v elektronové mikroskopii.
  • Základy elektronové optiky, vady zobrazení elektromagnetických čoček.
  • Srovnání elektronového a světelného mikroskopu – zvětšení, pracovní prostředí, hloubka ostrosti
  1. Praktické základy elektronové mikroskopie.
  • Princip a použití transmisní elektronové mikroskopie
  • Konstrukce TEM a pracovní režimy.
  • Příprava vzorků pro TEM.
  • Princip a použití rastrovací elektronové mikroskopie
  • Konstrukce REM a pracovní režimy.
  • Příprava vzorků pro REM.
  1. Vlastnosti optického záření a jeho interakce s látkou.
  • Popis vlnových a korpuskulárních vlastností elektromagnetického záření.
  • Polarizace a koherence záření.
  • Spektrální a fotometrické charakteristiky záření.
  • Elastická a neelastická interakce záření s látkou.
  • Rozdělení metod optické spektroskopie podle typu interakce a typu energetických přechodů.
  1. Základní schéma optické spektroskopické aparatury.
  • Zdroje záření v ultrafialové, viditelné a infračervené oblasti spektra.
  • Základní optické materiály pro spektroskopii v UV, VIS a IČ oblasti.
  • Způsoby monochromatizace optického záření (optické filtry, hranoly, mřížky) monochromátory, charakteristiky kvality mononochromatizace.
  • Detektory záření v UV-VIS a IČ oblasti spektra – princip činnosti, spektrální charakteristiky citlivosti.
  1. Principy a teoretické základy absorpční spektroskopie v UV a VIS oblasti.
  • Fyzikální podmínky absorpce záření.
  • Franck-Condonův princip.
  • Typy elektronových přechodů.
  • Vliv prostředí na elektronově vibrační spektra.
  • Lambert-Beerův zákon.
  • Příklady anorganických, organických a biologicky významných chromoforů a charakteristika jejich absorpčních spekter.

  1. Praktické použití UV-VIS absorpční spektroskopie
  • Měření absorpčních spekter pomocí jednopaprskových a dvoupaprskových spektrofotometrů. Příprava vzorků pro měření spekter absorpce, respektive propustnosti.
  • Kvantifikace látky na základě kalibrační křivky, odchylky od Lambert-Beerova zákona.
  • Přesnost a citlivost fotometrických měření – problematika měření koncentrovaných a velmi řídkých vzorků.
  • Stanovení koncentrace látek ve směsi obsahující dvě a více absorbujících látek.
  1. Experimentace a praktické použití příbuzných spektrofotometrických metod
  • Spektrofotometrická titrace, studium chemických rovnováh.
  • Nefelometrie a turbidimetrie.
  • Fotoakustická spektroskopie.
  • Spektrofotometry s integrační sférou –měření spekter odrazivosti a propustnosti.
  • Spektroradiometry.
  1. Teoretické a experimentální základy spektrálních metod v IČ oblasti.
  • Fyzikální podstata vibrační a rotační spektra.
  • Interpretace charakteristických oblastí IČ spekter.
  • Metody kvantitativní analýzy IČ spekter.
  • Schéma a princip funkce klasických a fourierovských spektrofotometrů.
  • Aplikace vibrační spektroskopie v biofyzice.
  • Infračervené analyzátory plynů.
  1. Fyzikální principy luminiscence v UV-VIS oblasti
  • Definice luminscence, základní třídění luminiscence podle excitační energie a doby dohasínání.
  • Jablonského schéma – zářivé a nezářivé přechody.
  • Tripletní stav polyatomické molekuly – charakteristika fosforescence a zpožděné fluorescence.
  • Charakteristika fluorescence – Kashovo pravidlo, vyjímky.
  1. Vztahy mezi absorpcí a fluorescencí
  • Kvantitativní vztahy – kvantový výtěžek, intenzita fluorescence v neustáleném a ustáleném stavu, doba života excitovaného stavu a dohasínání fluorescence.
  • Zákon zrcadlové symetrie mezi absorpčním a emisním spektrem.
  • Vliv prostředí na spektra – solvatační relaxace, velikost Stokesova posuvu.
  1. Experimentální základy fluorescenční spektroskopie
  • Schéma luminiscenčního spektrofotometru a funkce jednotlivých komponent.
  • Princip měření emisních a excitačních spekter fluorescence.
  • Modifikace aparatury pro měření zpožděné fluorescence, fosforescence, chemiluminiscence.
  • Kalibrace monochromátorů a korekce spekter fluorescence na přístrojové zkreslení.
  • Analytické použití fluorescence, typy “geometrie vzorku” a korekce na vliv vnitřního filtru a reabsorpce fluorescence.

  1. Základní preparativní metody

  • Homogenizace, extrakce. Srážení, sedimentace.

  • Centrifugace – dělení centrifug a rotorů, příklady aplikace pro částice odlišné hmotnosti (hustoty). Speciální techniky centrifugace.

  • Dělení látek membránou, dialýza, filtrace membránou.

  • Isolace subcelulárních struktur a makromolekulárních komplexů

  • Krystalizace makromolekulárních látek a komplexů.

  1. Chromatografické metody

  • Obecné principy a klasifikace.

  • Adsorpce, adsorpční chromatografie.

  • Rozdělovací chromatografie, chromatografie na ionexech.

  • Gelová chromatografie, afinitní chromatografie.

  • Kapalinová chromatografie.

  • Plynová chromatografie.

  1. Metody dělení proteinů a nukleových kyselin

  • Obecné principy elektroforézy.

  • Elekroforéza na polyakrylamidovém gelu (jedno- a dvoudimenzionální elektroforéza, denaturační a nativní elektroforéza).

  • Metody detekce proteinů.

  • Kapilární elektroforéza.

  • Isoelektrická fokusace.

 

C, Struktura a funkce biologických systémů (membrány, organely, buňka)

  1. Membránové lipidy
  • Základní charakteristika lipidů a jejich složek.
  • Typy lipidů v biologických membránách.
  • Amfifilní charakter lipidů a typy uspořádání lipidů ve vodném prostředí.
  • Termotropní mezomorfismus lipididových membrán – vliv cholesteolu a nenasycených mastných kyselin.
  • Asymetrie lipidových membrán
  1. Membránové proteiny
  • Primární, sekundární, terciální a kvarterní struktura.
  • Fyzikální charakter charakter peptidové vazby.
  • Stabilita proteinů – typy nekovalentních vazebných interakcí a jejich význam.
  • Energetická hyperplocha – stabilní konformace proteinů – funkční význam.
  • Vzájemná podmíněnost jednotlivých úrovní struktury bílkovin – příklady vlivu jednotlivých mutací v sekvenci aminokyselin na strukturu bílkovin.
  1. Základy struktury biologických membrán
  • Lipidy, proteiny a sacharidy biologických membrán - význam a zastoupení.
  • Způsob zabudování proteinů do lipidové dvojvrstvy – charakteristika periferních a integrálních proteinů biologických membrán.
  • Strukturní model biologických membrán (model tekuté mozaiky).
  1. Biosyntéza membrán
  • Membránové rodiny.
  • Syntéza lipidů a proteinů biologických membrán.
  • Topogenetická informace.
  • Kotranslační a posttranslační zabudování proteinů do lipidové membrány, drsné endoplasmatické retikulum – signální hypotéza.
  • Modifikace lipidů a proteinů biologických membrán – Golgiho aparát – vesikulární transport biologických membrán.
  1. Pasivní transport biologicky významných látek membránami
  • Prostá difuse - fyzikální popis - zobecněné temodynamické síly a toky.
  • Propustnost membrán pro polární a nepolární látky mebrána jako dvojí síto
  • Usnadněná difuse – termodynamiský popis – schéma zprostředkovaného transprotního děje – princip
  • Usnadněná difuse iontů přes membránu – bakteriální antibiotika – napěťově řízené kanály
  • Pasivní transport glukózy - princip funkce nosiče D-glukózy v membránách erytrocytů – regulace koncentrace transportního proteinu v plasmatické membráně
  1. Aktivní transport látek přes biologickou membránu
  • Primární aktivní transport - fyzikální popis.
  • Aktivní transport iontů přes membránu - princip funkce ATPáz, mechanismy regulace aktivity ATPáz
  • Sekundární aktivní transport - fyzikální popis.
  • Příklady sekundárního aktivního transportu biologicky důležitých látek (symport glukózy a sodíkových iontů, antiport ADP a ATP), koeficient spřažení v sekundárním aktivním transportu biologicky významných látek.
  1. Přenos signálu přes biologické membrány
  • Typy signálních molekul a receptorů
  • Mechanismy přenosu signálu
  • Význam G-proteinů, kináz, fosfatáz a fosfolipáz..
  1. Biofyzika nervové činnosti
  • Nerovnovážné rozložení fyziologicky významných iontů na vnitřní a vnější straně buněčných membrán
  • Membránový potenciál - Nernstova a Goldmannova rovnice – exeprimentální stanovení membránového potenciálu
  • Klidový a akční membránový potenciál – napěťově řízené kanály pro ionty sodíku a draslíku.
  • Šíření vzruchu v rámci jednoho neuronu – nemyelinizovaný a myelinizovaný axon – lokalizace napěťově řízených kanálů. Podstata roztroušené sklerózy.
  1. Mechanismus přenosu signálů mezi nervovými buňkami
  • Typy synapsí, mediátorů a receptorů.
  • Funkce synaptosomů.
  • Mechanismus acetylcholinové synapse, procesy na presynaptické a postsynaptické membráně.
  • Význam neurotoxinů při studiu vzniku a přenosu nervového signálu.
  1. Základy bioenergetiky
  • Fyzikální podstata makroergické vazby,
  • Typy makroergických látek a jejich význam
  • Tvorba a spotřeba ATP
  • Oxidačně redukční reakce a jejich význam v bioenergetice
  • Fo,F1- ATPázy – struktura a funkce jednotlivých podjednotek. Mechanismus syntézy ATP - teorie chemiosmotického spřežení, konformační teorie. Reverzní funkce Fo,F1-ATPázy.
  1. Mitochondriální bioenergetika
  • Struktura mitochondrií
  • Transport substrátů a produktů oxidativní fosforylace přes vnější, respektive vnitřní membránu mitochondrií
  • Schéma uspořádání hlavních komponent vnitřní membrány mitochondrií
  • Typy přenašečů elektronů a protonů ve vnitřní membráně mitochondrií
  • Řetězec transportu elektronů a protonů v mitochondriální membráně, energetická bilance
  • Orientace F0,F1-ATPázy ve vnitřní membráně mitochondrií.
  • Celková energetická bilance glykolýzy a oxidativní fosforylace.
  1. Princip činnosti svalů
  • Struktura příčně pruhovaného svalu – myofibrila, sarkomera, tlustá a tenká filamenta
  • Bílkoviny tlustých a tenkých filament
  • Sarkoplasmatické retikulum - regulace vzniku aktomyosinového komplexu
  • Mechanismus svalové kontrakce příčně pruhovaného svalu
  • Principy činnosti a regulace aktivity hladké svalové tkáně
  1. Chloroplasty – struktura a funkce
  • Thylakoidní membrány a stroma, granální a stromální thylakoidy,
  • Základní komplexy thylakoidních membrán, jejich funkce.
  • Celková rovnice fotosyntézy.
  • Procesy světelné a temnostní fáze fotosyntézy.
  • Základní rozdíl mezi řetězcem transportu elektronů v chloroplastech a mitochondriích –význam fotochemických reakcí.
  • Dva fotosystémy – Emersonův zesilující efekt.
  1. Biochemie fotosyntetické asimilace CO2
  • Calvinův cyklus - fáze Calvinova cyklu – spotřeba ATP a NADPH
  • Ribulózo –1,5-bisfosfát-karboxyláza-oxygenáza – původ, struktura a funkce podjednotek. Karboxylační reakce - regulace karboxylační aktivity Rubisco
  • Oxygeanční aktivita Rubisco – fotorespirace.
  • Modifikace biochemie asimilace CO2 – C4 a CAM rostliny.
  1. Absorpce fotosynteticky aktivního záření
  • Pigmenty fotosyntetického aparátu – chemická charakteristika, funkce.
  • Spektrum absorpce pigmentů in vitro a spektrum absorpce zeleného listu in vivo - pigment-proteinové komplexy – spektrální formy chlorofylu a.
  • Slupkový model organizace pigment proteinových komplexů fotosystému II a I.
  • Charakteristika struktury a obsahu pigmentů proteinů vnější antény, vnitřní antény a antény jádra PS II.
  1. Lineární transport elektronů a protonů ve fotosyntéze
  • Charakteristika přenašečů elektronů a protonů v thylakoidních membránách chloroplastů.
  • Fotosyntéza jako oxidačně-redukční reakce – Z schéma.
  • Struktura reakčního centra fotosystému II – fotochemická reakce PS II, fotosyntetický rozklad vody – donor elektronů PS II.
  • Struktura reakčního centra fotosystému II – fotochemická reakce PS I
  • Transport elektronů a protonů mezi PS II a PS I
  • Fotofosforylace

zpět

nahoru
 
Ostravská univerzita Made by ReHANEK 2005