absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 Facultatea de Biologie

1. Dan Mihailescu • absolvent Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti, 1982 • Facultatea de Biologie Catedra de Fiziologie animala si Biofizica Email: d.f.mihailescu@gmail.com

2. Localizare:

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 • Puncte de acces wireless (amfiteatru, holuri, Catedrele de Biochimie si Fiziologie animala si Biofizica) 1-2 saptamini Bioblioteca Facultatii de Biologie – 1-2 zile

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 “barierea 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 asistind la cursuri Intrebari in timpul cursului (Nu monopolizati discutia!) Consultatii (programare prin email) Opinii, critici, … pe forum

21. Abordari de la nivel modelular pina la nivel de celular • Punctul de vedere holistic, idee de baza a biofizicii • un sistem biologic NU este suma componentelor sale moleculare ci este mai curind 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? . Biofizica, similar cu genetica, biochimia, fiziologia, ..ar trebui sa fie considera un domeniu al biologiei Biologia se pretinde a fi o stiinta comprehensiva care trateaza toate functiile sistemelor vii

25. Desigur, fizicienii nu sunt deacord! Au si ei dreptate! Fizica nu isi restrictioneaza subiectele doar la materia nevie

26. Cert este ca Biofizica nu se poate dezvolta decit 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 strins 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 tinara, biofizica incearca sa-si gaseasca radacini mult mai vechi.

31. Scoala lui Alfonso Borelli (1608-1679) in care considera corpul omenesc o masinarie si din care 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 contruirii 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 coreia 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 cuatic principal (n) conform modelului Bohr este numarul de ordine (“indexul”) stratului electronic • numarul 1 cel mai apropiat de nucleu. Valori posibile:1,2,3,4,.. • Numarul cuatic secundar sau azimutal (l) determina distrbutia sarcinii in spatiu. Valoarile sale posibile depind de n si pot fi l=0,1,2,3,… (n-1). • Exemplu n=2, l=0,1; Electroni s, p, d, f, g

38. Numarul cuantic magnetic (m) In modelul Bohr: miscarea electronului pe orbite eliptice creaza o bucla (“circulara” sau “elicoidala”) si in consecinta produce un cimp magnetic extern. m poate lua urmatoareel valori: m=-l, …0, …+l .De exemplu pentru n=2, 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 s=+1/2 si s=-1/2

39. Energia electronului nu depinde de numarul cuatic de spin Energia este DEGENERATA dupa numarul cuantic magnetic cu exceptia cazului in care exista un cimp 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 pina in prezent

41. Atomul de hidrogen = - 2.18 10-18 J = - 13.6 eV m este masa electronului (m=9.109 10-31 kg) e este sarcina electronului (e=1.60218 10-19 C) h este constanta lui Plank (h=6.626 . 10-34 Js = 4.136 10-15 eV. s). ε0 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= 1.6[02177] 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. HY=EY • 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 l=0 si m=0. Mai sunt denumiti si orbitali de tip s

46. n=2 • 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, nivele energetice ale moleculei pot mai scazute decat suma nivelelor energetice ale atomilor neperturbati Se formeaza o legatura chimica

48. Energia de legatura intramoleculara de legatura are citeva 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 proceduri de APROXIMARE si mai ales la rezolvari numerice ale ecuatiilor functiilor de unda • Rezolvari bazate pe tehnica de calcul