Theoretische Biophysik
Theoretical Biophysics

Modul PH2017

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2021/2 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.

verfügbare Modulversionen
WS 2021/2WS 2010/1

Basisdaten

PH2017 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Spezifischer Spezialfachkatalog Biophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2017 ist Martin Zacharias.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

  • Struktur und Function von Biomolekülen, Strukturbestimmung
  • Wie erhält meine eine Proteinstruktur durch Röntgenstrukturanalyse
  • Wie gewinnt man eine Struktur aus NMR-Daten
  • Prinzipien der Strukturbestimmung durch CryoEM
  • Theorie von Kettenmolekülen, Faltung und Entfaltung von Proteinen
  • Inter- und Intramolekulare Wechselwirkungen der Strukturbildung und Bindung
  • Solvatisierung von Biomolekülen
  • Elektrostatische Wechselwirkungen
  • Protonierungsgleichgewichte
  • Hydrophober Effekt
  • Thermodynamik von Konformationsübergängen, Konformationsdynamik
  • Energielandschaftsmodelle der Faltung
  • Theoretische Konzepte zur Strukturvorhersage
  • Computersimulation der Strukturbildung
  • Methoden Vorhersage der Sekundärstruktur
  • Tertiärstrukturvorhersage
  • Strukturvorhersage von RNA/DNA
  • Theory der Bindung con Biomolekülen
  • Methoden der Bestimmung von Bindeaffinitäten
  • Berechnung/Vorhersage von Bindeaffinitäten
  • Vorhersage der Komplexbildung von Biomolekülen
  • Molekulardynamik der Komplexbildung
  • Vorhersage durch Docking-Methoden
  • Vorhersage durch maschinelles Lernen
  • Berechnung von Bindungskinetik

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

  1. Die wichtigsten Strukturbestimmungmethoden von Biomolekülen zu verstehen.
  2. Die Prinzipien, Vor- und Nachteile und Anwendungsvoraussetzungen von Strukturbestimmungsmethoden zu beurteilen.
  3. Ein Verständnis der verschiedenen Interaktionen, die zur Sturkturbildung führen, zu entwickeln.
  4. Verständnis der Thermodynamik und Statistik der Strukturbildung und Assoziation von molekularen Systemen.
  5. Verständnis der theoretischen Methoden zur Vorhersage von Strukturen.
  6. Anwendung und Verständnis von Methoden zur Vorhersage von Bindungungen und der Thermodynamik/Kinetik der Assoziation von Molekülen.

Voraussetzungen

Vorkenntnisse zu biologischen Molekülen sind hilfreich aber nicht notwendig. Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

WS 2021/2 WS 2012/3 WS 2011/2 WS 2010/1
ArtSWSTitelDozent(en)TermineLinks
VO 2 Theoretische Biophysik Zacharias, M.
Mitwirkende: Reif, M. 		Fr, 10:00–12:00, PH HS2
UE 2 Übung zu Theoretische Biophysik
Leitung/Koordination: Zacharias, M.

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung: In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert. Dabei werden sowohl Beamerpräsentationen als auch Tafelanschrieb verwendet. Die engen Verknüpfungen der Lerninhalte mit Konzepten der Physik aus den Bereichen Elektrodynamik/statik, Quantenmechanik und statistischer Mechanik werden aufgezeigt. In Beispielanwendungen und Beispielrechnungen werden die Lerninhalte vertieft. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert. In der Übung werden die Lerninhalte in Präsentationen der Studenten vertieft und erweitert, so dass die Studierenden das Gelernte selbständig anwenden und Ergebnisse erklären können. Dazu zählen das Literaturstudium zu Arbeiten, die an die Vorlesungsinhalte direkt anknüpfen und die Bearbeitung von Beispielproblemstellungen zu den Themen der Vorlesung.

Medienformen

Tafelarbeit

PowerPoint Präsentation

Übungsblätter

Wissenschaftliche Publikationen zum Thema

Literatur

  • Michel Daune, Molekulare Biophysik, Vieweg Verlag
  • Jacob Israelachvelli, Intermolecular and surface forces, Academic Press
  • Charles Cantor and Paul Schimmel, Biophysical Chemistry, part II, Freeman Press
  • Erich Sackmann, Rudolf Merkel, Lehrbuch der Biophysik, Wiley, VCH

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Wie löst man das Phasenproblem in der Proteinkristallographie?
  • Warum diffundiert ein Ion nur langsam durch eine biologische Membran?

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

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