absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982

1
Dan Mihailescu

• absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din
  Bucuresti, 1982
• Facultatea de Biologie
• Catedra de Fiziologie animala si Biofizica
• Email d.f.mihailescu_at_gmail.com

2
Localizare
3
(No Transcript)
4

• Fizica
• Biofizica
• Fiziologie
• Introducere in bioinformatica

5

• Masterat
• Neurobiologie?
• Biodinamica?

6

• Biofizica membranelor
• Canale ionice
• Analiza si interpretarea datelor
• Dinamica moleculara

7
Doctorat

• Fiziologie animala
• Biofizica

8
www.bio.unibuc.ro

• Forum www.bio.unibuc.ro/forum
• Subiecte legate de admitere, organizare
  studentesca,
• Discutii libere, necenzurate

9
Reteua Internet in Facultatea de Biologie
10
Internet in Facultatea de Biolgie
Biblioteca Facultatii de Biologie 1-2 zile

• Puncte de acces wireless (amfiteatru, holuri,
  Catedrele de Biochimie si Fiziologie animala si
  Biofizica) 1-2 saptamani

11

• Care este legatura dintre curs si laboratoare
  (practica propriu-zisa)

Numarul de ore de laborator diferit de cel alocat
pentru cursuri Curs 14 ore Laborator 28 ore
12
Ce este biofizica?
13
Destul de greu de definit
14
Este mult mai clar ce nu este!

• Biofizica nu este fizica pentru biologi,
  biochimisti, ecologi, chimisti

• Biofizica nu este similara cu Metode fizice
  aplicate in chimie

15

• Un domeniu modern al stiintelor vietii care
  propune o noua abordare pentru intelegerea
  functiilor biologice

• O integrare a diverselor abordari fizice si
  fizico-chimice pentru rezolvarea problemelor din
  biologie

16
Merita studiata biofizica?
17
Bariera energetica
Cunostiinte de matematica, fizica, . Biofizica,
informatica
Solutia problemei de biologie
Biochimist
18

• Merita ca biochistii sa se activeze si sa
  depasesca bariera energetica a matematicii si
  fizicii pentru a descoperi, intelege si mai ales
  a beneficia in cariera lor ulterioara (didactica,
  stiintifica, aplicativa, ) de cunostintele din
  domeniul biofizicii?

19
Examen (Colocviu)
Contributia la laboratoare 40 din nota finala
Prezenta la laboratoare este obligatorie
Prezenta la curs NU este obligatorie si NU
conteaza la nota finala
20
DAR
Este recomandabil sa
Profitati de prezenta si efortul meu asistand la
cursuri
Intrebari in timpul cursului (Nu monopolizati
discutia!)
Consultatii (programare prin e-mail)
Opinii, critici, pe forum

21
Abordari de la nivel molecular pana la nivel de
celula

• Punctul de vedere holistic, idee de baza a
  biofizicii

• un sistem biologic NU este suma componentelor
  sale moleculare ci este mai curand integrarea lor
  functionala

22
De unde studiem?

• Carti de specialitate, referate (reviewuri) si
  articole originale

Principala sursa de informare Internetul

• Vizitati linkurile de pe pagina www.bio.unibuc.ro
• Adrese utile

23

• Mai ales pubmed si site-ul Biophysical Society
  (www.biophysics.org/education)

24
Este biofizica parte a biologiei sau a fizicii?
Biologia se pretinde a fi o stiinta comprehensiva
care trateaza toate functiile sistemelor vii

• . Biofizica, similar cu genetica, biochimia,
  fiziologia, ..ar trebui sa fie considera un
  domeniu al biologiei

25
Desigur, fizicienii nu sunt de acord!
Au si ei dreptate!
Fizica nu isi restrictioneaza subiectele doar la
materia nevie
26

• Cert este ca Biofizica nu se poate dezvolta decat
  printr-o colaborare intre specialisti din
  domeniile Biologiei si ai Fizicii

27
Recapitulare
28
Subiectele biofizii principiile fizicii din
sistemele vii
Asa cum rezulta si din numele ei biofizica este o
stiinta interdisciplanara, undeva intre fizica si
biologie
Biofizica este strans legata de alte discipline
matematica, chimia fizica, biochimia si in
ultimii ani informatica
Biofizica Nu este o colectie de metode fizice
aplicate in biologie..
Studierea unei probe biologice cu microscopul nu
este biofizica
Biofizica include deasemenea si influenta
factorilor fizici asupra functiilor fiziologice
29
Subdomenii ale biofizicii

• Chimia biofizica
• Bioelectrochimia
• Fizica medicala este un domeniu interdisciplinar
  care isi are radacinile in biofizica

30
Istorie?

• Ca orice stiinta foarte tanara, biofizica
  incearca sa-si gaseasca radacini mult mai vechi.

31

• Scoala lui Alfonso Borelli (1608-1679) corpul
  omenesc este o masinarie incerca sa explice si
  sa traga concluzii despre natura medicala a
  diverselor maladii. Ar putea fi astazi
  considerate ca apartinind biofizicii medicale.

32

• Studiile lui Leonardo da Vinci (1452-1519) de
  investigare a principiilor mecanice din zborul
  pasarilor in scopul construirii unui aparat de
  zbor ar putea fi considerate astazi bionica

33

• Experimentele lui Galvani (1737-1798) care
  demonstreaza legatura directa dintre
  electricitatea fizica si fenomenele
  electrofiziologice.

34
Structura moleculara a sistemelor biologice

• Legaturi intramoleculare
• Orice reprezentare a dinamici moleculelor si a
  structurilor supramoleculare trebuie sa inceapa
  cu atomul, organizarea energiilor pe nivele
  energetice si interactunile dintre atomi.

35
Ecuatia lui Schrodinger

• Fundamentarea teoretica pe baza careia se obtin
  functiile de unda ale electronilor,
  probabilitatea de existenta a lor intr-o anumita
  regiune din spatiu.

36
http//hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum
/schr.html
37

• Energia electonilor si distributia lor in spatiu
  este descrisa de numerele cuantice.
• Fiecare electron este reprezentat de patru numere
  cuantice
• Numarul cuantic principal (n) conform modelului
  Bohr este numarul de ordine (indexul) stratului
  electronic
• numarul 1 cel mai apropiat de nucleu. Valori
  posibile1,2,3,4,..
• Numarul cuantic secundar sau azimutal (l)
  determina distributia sarcinii in spatiu.
  Valorile sale posibile depind de n si pot fi
  l0,1,2,3, (n-1).
• Exemplu n2, l0,1 Electroni s, p, d, f, g

38
Numarul cuantic magnetic (m) In modelul Bohr
miscarea electronului pe orbite eliptice creeaza
o bucla (circulara sau elicoidala) si in
consecinta produce un camp magnetic extern. m
poate lua urmatoarele valori m-l, 0, l .De
exemplu pentru n2, l poate lua valorile 0,1 iar
m poate fi -2,-1,0,1,2
Numarul cuantic de spin (s) Descrie directiile
de rotatie ale electronului in jurul axei sale.
Exista doua directii posibile in sensul acelor
de ceasornic si in sens contrar acelor. Aceste
situatii sunt notate cu s1/2 si s-1/2
39
Energia electronului nu depinde de numarul
cuantic de spin Energia este DEGENERATA dupa
numarul cuantic magnetic cu exceptia cazului in
care exista un camp magnetic
40
Postulatul (principiul) lui Pauli (1926)

• Este imposibil sa exista doi electroni cu numere
  cuantice identice in acelasi atom

Postulatul nu a fost invalidat pana in prezent
41
Atomul de hidrogen
- 2.18 10-18 J - 13.6 eV
m este masa electronului (m9.109 10-31 kg) e
este sarcina electronului (e1.60218 10-19 C) h
este constanta lui Plank (h6.626 . 10-34 Js
4.136 10-15 eV. s). e0 Constanta electrica
(permitivitatea dielectrica) 8.854 10-12 F/m (C
V-1) factor de conversie de la variabile
mecanice (lungime si forta) la variabile
electrice (sarcina electrica)
42
Merita retinut!

• 1 eV este energia unui electron la aplicarea unei
  diferente de potential de 1 V

1 eV 1.602177 10-19 J
43
Energia de valenta a electronului

• Definitie
• Lucrul mecanic NECESAR pentru a indeparta
  electronul de pe orbita, impotriva fortei de
  atractie a nucleului, si a-l duce la distanta
  infinita.

• Energie de ionizare Indepartarea electronului
  duce la formarea unui ion

44
HYEY

• Functia de unda care descrie starea stationara a
  unui electron este denumita ORBITAL.
• NOR ELECTRONIC descriere mai adecvata a naturii
  statistice a distributiei electronului.

45
Orbitali sferici

• Asa cum sunt cei ai hidrogenului au l0 si m0.
  Mai sunt denumiti si orbitali de tip s

46
n2

• Numarul cuantic l ia valoarea 0 dar ocazional
  poate fi si 1. Forma orbitalilor corespunzatori
  este de sfera dubla.

• Pozitionarea axelor este determinata de numerele
  m (-1,0,1). Orbitalii corespunzatori sunt
  orbitali de tip p

47
Legaturi covalente. Orbitali moleculari

• Datorita interactiunilor electromagnetice dintre
  electroni, nivelele energetice ale moleculei pot
  fi mai scazute decat suma nivelelor energetice
  ale atomilor neperturbati

Se formeaza o legatura chimica
48
Energia de legatura intramoleculara de legatura
are cateva componente

• Energia cinetica a electronilor
• Energia electrostatica dintre electroni si nuclee
• Energia electrostatica dintre electroni
• Energia electrostatica din nuclee

49
Energiile au semne diferite

• Energia negativa semnifica forta de atractie,
  (stablizatoare)
• In principal, depinde de distantele de separare.
• La o anumita distanta energia are minim
  distanta de legatura dintre doi atomi din
  molecula.

50
Problema poate fi rezolvata cu precizie
(analitic) doar pentru molecula de hidrogen (H2 )
!!!

• Pentru molecule mai complicate (chiar si numai
  diatomice) se procedeaza la diverse APROXIMARI si
  mai ales la rezolvari numerice ale ecuatiilor
  functiilor de unda

• Rezolvari bazate pe tehnica de calcul