F8510 Fyzika biopolymerů

Přírodovědecká fakulta
jaro 2011
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Vladimír Vetterl, DrSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Vladimír Vetterl, DrSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Vladimír Vetterl, DrSc.
Rozvrh
Čt 15:00–16:50 BFU
Předpoklady
! Bi8510 Úvod do molekul. biofyziky
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Hlavním cílem předmětu je umožnit studentům
- popsat a vysvětlit hydrodynamické, elektrické a magnetické vlastnosti biopolymerů
- aplikovat tyto znalosti na vysvětlení působení vnějších elektrických, magnetických a elektromagnetických polí na biopolymery a na organismy.
Osnova
  • 1. Primární, sekundární a terciární struktura DNA. 1.1. Konformace DNA. Formy A,B,Z, twist, tilt. Zakřivení DNA. Přechod šroubovice - klubko. 1.2. Síly stabilisující dvoušroubovici. Síly van der Waalsovy, dispersní síly, elektrostatické interakce, vodíkové vazby, hydrofobní interakce, stacking interakce, hydratace. 2. Konformace RNA. 3. Hydrodynamické vlastnosti nukleových kyselin Viskozita. Definice, jednotky, měření. Viskozita relativní, specifická, redukovaná, vnitřní. Staudingerova a Hugginsova rovnice. Závislost na tvaru biopolymeru. Frikční koeficient. Metody měření. Sedimentace. Ultracentrifugy, stanovení M z rychlosti sedimentace, ze sedimentační rovnováhy a pomocí hustotního gradientu. Sedimentační koeficient a konstanta, jednotka. Dvou- a tříparametrové vztahy pro závislost sedimentační konstanty na M, hodnoty parametrů pro konkrétní typy biopolymerů. Difuse. Difusní koeficient a difusní konstanta, jednotka, závislost na M a tvaru biopolymeru. Metody měření. Osmosa. Stanovení M z měření osmotického tlaku. Metody měření (osmometr tepelný, kryoskopický a membránový). Závislost osmotického koeficientu na asociaci basí a nukleosidů. 4. Elektrické vlastnosti nukleových kyselin 4.1. Elektrony sigma a pí, delokalizace. 4.2. Elektronová polarisovatelnost, dipólový moment. 4.3. Molekulový elektrostatický potenciál. 4.4. Interakce DNA s ionty. Protonisace, pK, kovové ionty, iontová atmosféra, elektrostatické stínění, vliv neutrálních solí na stabilitu DNA. 4.5. Polarizace a relaxace iontové atmosféry. 4.6. Orientace biopolymerů v elektrickém poli. 4.7. Konformační změny biopolymerů vyvolané elektrickým polem. 4.8. Dielektrické vlatnosti biopolymerů a buněčných suspensí. Dielektrická disperse, relaxace. Cole-Cole diagram. 5. Magnetické vlastnosti nukleových kyselin. Interakce DNA s magnetickým polem, magnetická susceptibilita, . orientace biopolymerů v magnetickém poli. 6.. Interakce biopolymerů s elektrickým polem elektrody, elektrochemické vlastnosti biopolymerů, DNA sensor. 7. Optické vlastnosti 7.1. Elektronová spektra. Hypochromní jev, teplota tání Tm, stanovení obsahu G+C u nukleových kyselin z Tm. 7.2. Optická anisotropie a aktivita. Lineární dvojlom a lineární dichroismus. Cottonův jev, spektra ORD a CD. Dichroismus za toku, v elektrickém a magnetickém poli. Stanovení konformačních změn nukleových kyselin ze spekter ORD, CD, elektrochromismu a magnetického CD. 8. Elektrická a magnetická aktivita organismů. 9. Působení elektrických, magnetických a elektromagnetických polí na organismy. Jsou mobily nebezpečné ?
Literatura
  • HASOŇ, Stanislav, Hana PIVOŇKOVÁ, Vladimír VETTERL a Miroslav FOJTA. Label-free sequence-specific DNA sensing using copper-enhanced anodic stripping of purine bases at boron-doped diamond electrodes. Analytical Chemistry. USA: AMER CHEMICAL SOC, 1155 16TH ST, NW, WAS, 2008, roč. 80/2008, č. 7, s. 2391-2399. ISSN 0003-2700. info
  • HASOŇ, Stanislav, Vladimír VETTERL a Miroslav FOJTA. Two-dimensional condensation of pyrimidine oligonucleotides during their self-assemblies at mercury based surfaces. Electrochimica Acta. Amsterdam: Elsevier Science, 2008, roč. 53, č. 1, s. 2818 - 2824. ISSN 0013-4686. info
  • AVRANAS, Antonis, Sofia KOURTIDU a Vladimír VETTERL. Adsorption of oligonucleotides A10, A25, A50 and A80 at the mercury/electrolyte interface. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Amsterdam: Elsevier, 2007, roč. 295, March, s. 178-184. ISSN 0927-7765. info
  • VETTERL, Vladimír, Jiří VANĚK, Raimo SILVENNOINEN, Stanislav HASOŇ, Luděk STRAŠÁK, Pavlína ČERNOCHOVÁ, Patrik PRACHÁR, Sonia BARTÁKOVÁ, Ema JANČÁŘOVÁ a Stanislava MATALOVÁ. Biophysical approaches in dentistry. 2007. info
  • FOJT, Lukáš, Luděk STRAŠÁK a Vladimír VETTERL. Effect of electromagnetic fields on the denitrification activity of Paracoccus denitrificans. Bioelectrochemistry. The Netherlands: Elsevier, 2007, roč. 70, č. 1, s. 91-95. ISSN 1567-5394. info
  • NOVÁK, Jan, Luděk STRAŠÁK, Lukáš FOJT, Iva SLANINOVÁ a Vladimír VETTERL. Effects of low-frequency magnetic fields on the viability of yeast Saccharomyces cerevisiae. Bioelectrochemistry. SWITZERLAND: Elsevier, 2007, roč. 70, x, s. 115-121. ISSN 1567-5394. info
  • KROUPOVÁ, Jana, Eva BÁRTOVÁ, Lukáš FOJT, Luděk STRAŠÁK, Stanislav KOZUBEK a Vladimír VETTERL. Low-frequency magnetic field effect on cytoskeleton and chromatin. Bioelectrochemistry. Elsevier, 2007, roč. 70, č. 1, s. 96-100. ISSN 1567-5394. info
  • SILVENNOINEN, Raimo, Stanislav HASOŇ a Vladimír VETTERL. Organization of nano-scale synthetic oligonucleotides on immersed electrode surface: an optical study. In Technical digest. Tampere (Finland): University Joensuu, 2007, s. 101-102. info
  • VETTERL, Vladimír, Jiří VANĚK, Stanislav HASOŇ a Raimo SILVENNOINEN. Sensitive detection of oligonucleotides and their adsorption on amalgam and titanium surface. European Biophysics Journal. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2007, roč. 36, č. 2007, s. 204. ISSN 1432-1017. info
  • VETTERL, Vladimír, Jiří VANĚK, Stanislav HASOŇ, Luděk STRAŠÁK a Lukáš FOJT. Adsorption of human blood plasma proteins on titanium implants. In 4th ISE Spring Meeting 2006, April 17-20, 2006, Singapore, Book of Abstracts. Singapore: International Society of Electrochemistry, 2006, s. 81. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. Amplified oligonucleotide sensing in microliter volumes containing copper ions by solution streaming. Analytical Chemistry. USA: AMER CHEMICAL SOC, 1155 16TH ST, NW, WAS, 2006, roč. 78/2006, č. 14, s. 5179-5183. ISSN 0003-2700. info
  • VETTERL, Vladimír. Biofyzika na prahu 2.tisíciletí. Čs. čas. fyz. 2006, roč. 56, č. 5, s. 284-287. ISSN 0009-0700. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. Detection of synthetic oligonucleotides by alternating current voltammetry at solid amalgam surfaces. Electrochimica Acta. UK: Pergamon, 2006, roč. 51, č. 24, s. 5199-5205. ISSN 0013-4686. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. Microanalysis of oligodeoxynucleotides by cathodic stripping voltammetry at amalgam-alloy surfaces in the presence of copper ions. Talanta. Amsterdam: Elsevier Science, 2006, roč. 69, č. 3, s. 572-580. ISSN 0039-9140. info
  • STRAŠÁK, Luděk, Lukáš FOJT, Iva SLANINOVÁ a Vladimír VETTERL. Effect of 50 Hz magnetic fields on yeasts Saccharomyces cerevisae. European Biophysics Journal. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2005, roč. 34/2005, č. 6, s. 773. ISSN 1432-1017. info
  • STRAŠÁK, Luděk, Vladimír VETTERL a Lukáš FOJT. Effects of 50 Hz magnetic fields on the viability of different bacterial strains. Electromagnetic Biology and Medicine. Philadelphia, USA: Taylor&Francis Inc., 2005, roč. 24, č. 3, s. 293-300. ISSN 1536-8378. info
  • VETTERL, Vladimír a Jan IGNÁC. Self-assembled layers of nucleic acid bases and nucleosides at the interfaces and the origin of life. European Biophysics Journal. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2005, roč. 34/2005, č. 6, s. 639. ISSN 1432-1017. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. Application of thin film mercury electrodes and solid amalgam electrodes in electrochemical analysis of the nucleic acids components: detection of the two-dimensional phase transients of adenosine. Bioelectrochemistry. Elsevier, 2004, roč. 2004, č. 63, s. 37-41. ISSN 1567-5394. info
  • FOJT, Lukáš, Luděk STRAŠÁK, Vladimír VETTERL a Jan ŠMARDA. Comparison of the low-frequency magnetic field effects on bacteria Escherichia coli, Leclercia adecarboxylata and Staphylococcus aureus. Bioelectrochemistry. 2004, roč. 2004, č. 63, s. 337-341. ISSN 1567-5394. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. Detection of phase transients in two-dimensional adlayers of adenosine at the solid amalgam electrode surfaces. Journal of Electroanalytical Chemistry. Elsevier, 2004, roč. 2004, č. 568, s. 65-77. ISSN 0022-0728. info
  • HASOŇ, Stanislav, Simo-Pekka SIMONAHO, Raimo SILVENNOINEN a Vladimír VETTERL. On the adsorption kinetics of phase transients of adenosine at the different carbon electrodes modified with a mercury layer. Electrochimica Acta. UK: Pergamon, 2003, roč. 48, č. 1, s. 651-668. ISSN 0013-4686. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. Application of carbon electrodes modified with a mercury layer of a different thickness for studies of the adsorption and kinetics of phase transients of cytidine. Journal of Electroanalytical Chemistry. The Netherlands: Elsevier, 2002, roč. 536, č. 1, s. 19-35. ISSN 0022-0728. info
  • STRAŠÁK, Luděk, Vladimír VETTERL a Jan ŠMARDA. Effects of low-frequency magnetic fields on bacteria Escherichia coli. Bioelectrochemistry. The Netherlands: Elsevier, 2002, roč. 2002, č. 55, s. 161-164. ISSN 1567-5394. info
  • PALEČEK, Emil, Miroslav FOJTA, František JELEN a Vladimír VETTERL. Electrochemical analysis of nucleic acids. Weinheim: Wiley-VCH Verlag, 2002, 66 s. Encyclopedia of Electrochemistry, Vol.9, p.365. ISBN 3-527-30401-0. info
  • HASOŇ, Stanislav, Jakub DVOŘÁK, František JELEN a Vladimír VETTERL. Impedance analysis of DNA and DNA-drug interactions on thin mercury film electrodes. Critical Reviews in Analytical Chemistry. Boca Raton (Florida, USA): CRC Press, 2002, roč. 32, č. 2, s. 167-179. ISSN 1040-8347. info
  • HASOŇ, Stanislav, Jakub DVOŘÁK, František JELEN a Vladimír VETTERL. Interaction of DNA with echinomycin at the mercury electrode surface as detected by impedance and chronopotentiometric measurements. Talanta. Elsevier Science, 2002, roč. 56, č. 5, s. 905-913. ISSN 0039-9140. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. On the formation kinetics of two-dimensional cytidine films. Bioelectrochemistry. The Netherlands: Elsevier, 2002, roč. 57, 1-2, s. 23-32. ISSN 1567-5394. info
  • HASOŇ, Stanislav a Vladimír VETTERL. Two-dimensional condensation of nucleic acid components at mercury film and gold electrodes. Bioelectrochemistry. The Netherlands: Elsevier, 2002, roč. 56, 1-2, s. 43-45. ISSN 1567-5394. info
  • JELEN, František, Vladimír VETTERL, Petr BĚLUŠA a Stanislav HASOŇ. Adsorptive Stripping Analysis of DNA with Admittance Detection. Electroanalysis. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2000, roč. 12, č. 12, s. 987-992. ISSN 1040-0397. info
  • VETTERL, Vladimír. Co je biofyzika ? Československý časopis pro fyziku. Praha: Fyzikální ústav AV ČR, 2000, roč. 50, č. 6, s. 152-154. ISSN 0009-0700. info
  • DRAŽAN, Viktor a Vladimír VETTERL. Adsorption and condensation of xanthine at the mercury/solution interface. Collections of Czechoslovac Chemical Communications. Praha, 1998, roč. 63, č. 1, s. 1977-1993. ISSN 0010-0765. info
  • FOJTA, Miroslav, Vladimír VETTERL, Miroslav TOMSCHIK, František JELEN a Peter NIELSEN. Adsorption of peptide nucleic acid and DNA decamers at electrically charged surfaces. Biophysical Journal. Amsterdam: Elsevier Scientific, 1997, roč. 1997, č. 72, s. 2285-2293. info
  • BRABEC, Viktor, Vladimír KLEINWÄCHTER a Vladimír VETTERL. Structure, chemical reactivity and electromagnetic properties of nucleic acids. In Bioelectrochemistry: Principles and Practice. Basel, Switzerland: Birkhäuser Verlag, 1997, s. 1-104. 5. ISBN 3-7643-5296-5. info
  • BRABEC, Vladimír, V. KLEINWACHTER a Vladimír VETTERL. Struktura, chemická reaktivita a elektromagnetické vlastnosti nukleových kyselin. In Biochemistry and biomacromolecules. Basel: Birghauser Verlag, 1997, s. 1-104. 5. ISBN 3-7643-5084-9. info
  • ŠPONER, Jiří, J. LESZCZYNSKI, Vladimír VETTERL a P. HOBZA. Base stacking and hydrgen bonding in protonated cytosine dimer: the role of molecular ion-dipole and induction interaction. J.Biomol. Struct. Dyn. 1996, roč. 1996, č. 13, s. 695-706. ISSN 0739-1102. info
  • JURÁŠKOVÁ, V., Vladimír VETTERL a O. CHRAMOSTA. Effect of cadmium and 50 Hz electric and magnetic fields on bobe marrow and tumour cells. Bioelectrochem.Bioenerg. 1996, roč. 1996, č. 39, s. 119-123. ISSN 0302-4598. info
  • VETTERL, Vladimír. Platí zákony fyziky i u živých organismů? Čs. čas. fyz. 1996, roč. 1996, č. 46, s. 170-173. ISSN 0009-0700. info
Výukové metody
přednášky
Metody hodnocení
1 písmený test, ústní zkouška
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.