Biophysics

This module gives an overview of the theoretical and experimental concepts of Biophysics. 

The following topics will be introduced:

Bricks of life

• Sugar
• DNA
• Proteins
• experimental methods for structure determination

Enzymkinetics

• Michaelis Menten
• Allosterische Kontrolle

Pattern Formation Processes in Nature

• Reaction  Diffusions Processes
• Embryogenesis

Neurobiophysics

• Selfassembly of Membranes
• Nernst-Potential, Goldman Katz, Huxly-Hodgkin-Equation

Photobiophysics

• Photosynthetic Processes
• Fluoreszenz- und Energietransferprocesses

Aspekte der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik

• Onsager-Relation
• Entropieproduction

Molecular Forces

• Poisson-Boltzmann-Equation
• Solvation Forces
• Simulation Methods
• Monte-Carlo-Methods
• Molecular Dynamics Simulations
• Proteinfolding

After successful participation in this module the student is able to:

1. describe the bricks of life and to identify the chemical relation between them
2. to describe quantitatively enzymatic processes
3. identify and quantitatively describe pattern formation processes and to comprehend the underlying physcial mechanisms
4. to describe membran potential and nerve action potential and to describe the underlying physical priniciples 
5. to undertand and expalin photophysical process
6. to understand and explain out of equilibirum thermodynamics concepts
7. to describe and explain molecular forces in aqueous environment
8. to understand the most prominent simulation and modelation methods
9. develop a scientific theme with guidance, create a presentation and
   give a talk as well as judge presentation techniques and apply them.

Bei diesem Modul handelt es sich um eines der Spezialisierungsmodule des sechsten Fachsemesters. Die zugehörigen Lehrveranstaltungen werden in der Regel "kompakt" angeboten. Das heißt, dass die für die Lehrveranstaltungen angesetzten Semesterwochenstunden (4V 2Ü) in den Wochen der ersten Semesterhälfte in komprimierter Form (8V 4Ü) dargeboten werden. Die restliche Vorlesungszeit verbleibt somit für die arbeitsintensive Endphase der Bachelor-Arbeit.

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lehrinhalte im Vortrag präsentiert und durch anschauliche Beispiele sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert. Stetige Querverweise auf die bereits früher vermittelten Grundlagen lassen die universellen Konzepte der Physik mehr und mehr erkennbar werden.

In den Übungen lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, die die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte bearbeiten sollen. In den Übungen werden die unter der Woche gerechneten Aufgaben von den Studierenden und einer/m wissenschaftlichen Mitarbeiter(in) an der Tafel vorgerechnet und besprochen. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und befinden sich im ständigen Austausch.

Lecture with Seminar

• Alberts et al. : Molecular Biology of the Cell
• Nelson: Biological Physics
• Lodish et al: Molecular Cell Biology
• Stryer: Biochemistry
• Jones: Soft Condensed Matter
• Israelachvili: Intermolecular & Surface Forces
• Hiemenz: Principles of colloid and surface chemistry
• Sackmann and Merkel: Lehrbuch der Biophysik

There will be an oral exam of about 40 minutes duration. Therein the achievement of the competencies given in section learning outcome is tested exemplarily at least to the given cognition level using comprehension questions and sample calculations.

For example an assignment in the exam might be:

• What are typical diffusion times in prokaryontic cells?
• Describe quantenmechanical simulation techniques and discuss the limitations.
• What are typical interaction energies in electrolyte solutions between proteins?
• What are the structural elements of proteins?