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Biophysik
Biophysics

Modul PH0020 [Bio Expert]

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 SS 2018 (aktuell)

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

verfügbare Modulversionen
SS 2018SS 2017SS 2011

Basisdaten

PH0020 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

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

  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (6. Fachsemester, Vertiefung BIO)

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)
300 h 90 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0020 ist Matthias Rief.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

In diesem Modul werden die grundlegenden Konzepte der theoretischen und experimentellen Biophysik gemeinsam eingeführt. 

Folgende  Themen werden dabei behandelt:

Bausteine von lebenden Systemen

  • Zucker
  • DNA
  • Proteine
  • Strukturbestimmung von komplexen Molekülen

Enzymkinetik

  • Michaelis Menten
  • Allosterische Kontrolle

Struktur- und Musterbildung in der Natur

  • Reaktions Diffusions Prozesse
  • Embryonalentwicklung

Neurobiophysik

  • Physik der Membranen/Selbstorganisation
  • Nernst-Potential, Goldman Katz, Huxly-Hodgkin-Gleichung

Bioenergetik – Photobiophysik

  • Photosynthetische Primärprozesse
  • Fluoreszenz- und Energietransferprozesse

Aspekte der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik

  • Onsager-Relation
  • Entropieproduktion

Molekulare Wechselwirkungen

  • Poisson-Boltzmann-Gleichung
  • Solvens-vermittelte Wechselwirkungen

Simulations- und Modellierungsmethoden

  • Monte-Carlo-Methoden
  • Moleküldynamik-Methoden
  • Modelle der Proteinfaltung

Lernergebnisse

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage

  1. Grundbausteine der Natur zu beschreiben und deren Beziehung zueinander aufzuzeigen
  2. Enzymatische Prozesse quantitativ zu verstehen
  3. Struktur- und Musterprozesse zu erkennen, quantitativ zu beschreiben und aus grundlegenden Mechanismen abzuleiten
  4. Membranpotentiale und Nervenpulse quantitativ zu beschreiben
  5. Phytophysikalische Prozesse nachzuvollziehen und zu erklären
  6. Aspekte der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik zu bennen und zu erklären
  7. Molekulare Wechselwirkungen quantitativ zu beschreiben, zu identifizieren und aus physikalischen Grundprinzipien abzuleiten
  8. eine Breite Palette von Simulations- und Modellierungsmethoden zu beschreiben, die Limitierungen und Möglichkeiten zu beschreiben.

 

Voraussetzungen

keine Angabe

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

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.

Medienformen

Tafelanschrieb bzw. Präsentation
Arbeitsunterricht (Übungsblätter): rechnen, Diskussionen und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff
Begleitende Informationen im Internet

Literatur

  • 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

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 40 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 lang benötigt ein Protein um durch eine Prokariontische Zelle zu diffundieren?
  • Können sie quantenmechanische Simulationsmethoden benennen? was sind deren Limitierungen und warum?
  • Welche Wechselwirkungskräfte in wässrigen Salzlösungen gibt es und welche Größe haben sie?
  • Wie sind Proteine aufgebaut?

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Biophysik (Block 2B)
Fr, 8.2.2019 Dummy-Termin. Die individuellen Termine werden nach Abschluss der Anmeldung durch das Dekanat festgelegt und werden in der vorlesungsfreien Zeit (Februar / März) stattfinden. bis 15.1.2019
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