Biotransport

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Transportní proces je základem všech funkcí živého organismu. Mechanizmy, jakými tyto procesy probíhají, a modely, které je popisují, jsou předmětem tohoto kurzu. Od základů termodynamiky a buněčné organizace bude transport popsán z hlediska molekulární struktury, jejich funkcí a vlastností, a jejich integrace do tkání a orgánů. Kurz bude zajímavý pro studenty, kteří chtějí porozumět a vysvětlit transportní experimenty v biologických systémech a předpovídat výkonost nebo chování z transportních dat. Přednášky budou obsahovat úlohy k řešení a některé budou doplněny demonstracemi.

Požadavky:

Požadavky zápočtu:

- všechny vyřešené zadané samostatné úkoly.

Požadavky zkoušky:

- získaný zápočet,

- pouze písemná zkouška obsahující několik otázek QCM,

interpretace grafu, řešení (výpočet) praktického problému.

Hodnocení písemné zkoušky dle klasifikační stupnice ECTS na ČVUT.

Osnova přednášek:

1.Membránová termodynamika (totální chemicky potenciál, rovnováhy na buněčné membráně, pasivní a aktivní transport: kloasifikace, mechanizmy, energetika, kinetika, regulace, otevřený systém, disipační struktury, spražený transport, Onsagerovy fenomenologické rovnice)

2.Buňka (struktura a základní funkce živočišné buňky, model plazmatické membrány, vnitřní uspořádání buňky, buněčná polarita, intracelulární transporty, buněčná homeostása, energetika: katabolizmus substrátů, chemiosmotická teorie tvorby ATP)

3.Membránové proteiny (klasifikace, molekulární struktura, genetické manipulace, selektivita, afinita, konformační změny, modulace buněčných transportů, struktura a funkce Na-K-ATPázy)

4.Nervová signalizace (elektrofyziologie neuronu: klidový a aktivovaný potenciál (fenomenologie), voltage clamp & patch clamp: iontové kanály a transporty podmiňující excitabilitu, modelování vzniku a šíření vzruchu, demonstrace: elektrofyziologie isolovaného nervu

5.Vznik a užití mechanické síly (struktura, funkce a regulace kontraktilních proteinů, aktino-myosinový cyklus a energetika kontrakce, svalová aktivace: nervo-svalový přenos, reflexní a volní funkce, komunikace, konvekční transport: krevní oběh a ventilace)

6.Transcelulární transport (organizace a transporty na epiteliálních rozhraních, techniky výzkumu: radioaktivní stopování, Ussinguv přístup, farmakologická intervence

Epiteliální transportéry: klassifikace, kinetika, specificita, stechiometrie, filtrace, sekrece, absorpce (krevní kapilára, trávicí systém, ledvina), demonstrace: transepiteliální transport sodíku

7.Transport plynů (parciální tlak a difuze plynů, výměna plynů v plicích a ve tkáních, transport plynů v krvi)

8.Umělé orgány (hemodialýsa, arteficiální ventilace, krevní okysličování ...)

Osnova cvičení:

1.Membránová termodynamika

2.Buňka

3.Membránové proteiny

4.Nervová signalizace (demonstrace: elektrofyziologie isolovaného nervu)

5.Vznik a užití mechanické síly

6.Transcelulární transport (demonstrace: transepiteliální transport sodíku)

7.Transport plynů

8.Umělé orgány

Cíle studia:

Studijní materiály:

1.Podklady pro přednášky Kučera, P. (k dispozici předem)

2.Fourier,R.L. Basic Transport Phenomena in Biomedical Engineering. 2nd ed. CRC Press, 2006, 472 p. ISBN: 1-591-69026-9 (doporučená)

3.Truskey, G.A. Yuan, F., and Katz, D.: Transport

Phenomena in Biological Systems. 1st ed. Prentice Hall:

Pearson, NewJersey, USA, 2004. 811 pp. (2nd ed. 2009) (doporučená)

4.Morton H. Friedman:Principles and Models of Biological

Transport, 2nd ed. Springer, 2008, 510 p. 150 illus., ISBN:

978-0-387-79239-2 (pro hlubší porozumění a matematickou formulaci)

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Prospectus - magisterský (!)
• Navazující magisterský studijní obor Biomedicínský inženýr v AJ (povinný předmět)
• Navazující magisterský studijní obor Biomedicínský inženýr v AJ (povinný předmět)