Pokročilé spektroskopické metody v biomedicíně

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Fluorescenční spektroskopie a mikroskopie zažila v nedávné době nebývale rychlý rozvoj a stala se tak jednou z nepostradatelných metod v oblasti biofyziky. Cílem tohoto kurzu je teoreticky seznámit posluchače s tímto oborem. Důraz je kladen především na porozumění fyzikálně-chemických principů, na nichž jsou tyto metody založeny. Užitečnost těchto fluorescenčních technik je demonstrována na mnoha praktických příkladech z oblasti biofyziky.

Požadavky:

Forma ověření studijních výsledků: Test z přednesených témat, součet bodů musí být nejméně 60 %, neúčast na určeném termínu omlouvají pouze závažné zdravotní komplikace doložené lékařským potvrzením. Další dozkoušení ústně.

Požadavky na studenta: 90 % účast na cvičeních, neúčast bude řešena seminární prací, kontroly znalostí před i během cvičení.

Garant předmětuIng. Dalibor Pánek, Ph.D.

Osnova přednášek:

1.Základy optické spektroskopie, absorpce světla a elektronové přechody.

2.Základní principy fluorescence, Jablońského diagram, fluorescence a fosforescence. Fluorescenční spektra a kvantový výtěžek fluorescence.

3.Doba života fluorescence a metody jejího studia.

4.Zhášení fluorescence, statické a dynamické zhášení.

5.Depolarizace fluorescence: definice anisotropie; metody její detekce; excitační a emisní anisotropická spektra; důvody depolarizace fluorescence; kinetika vyhasínání

anisotropie; efekty rotační difúze na fluorescenční anisotropii.

6.Vliv rozpouštědla na fluorescenční spektra a jeho využití ke studiu biomolekul.

7.Foersterův resonanční přenos energie a tvorba excimerů – FRET v rámci jednoho donor-akceptorového páru; migrace enegie mezi dvěma donory (homo-FRET); kinetika

vyhasínání fluorescence a anisotropie; single molecule FRET.

8.Fluorescence proteinů, zelený fluorescenční protein a jeho mutace.

9.Základní principy fluorescenční mikroskopie, Rozlišovací schopnost fluorescenčního mikroskopu a metody jejího zlepšování.

10.Fluorescenční korelační spektroskopie a její moderní varianty (dual-coulour FCS, Raster Image Correlation Spectroscopy (RICS) a Imaging-FCS).

11.Detekce jednotlivých molekul: principiální rozdíly vůči klasickému měření fluorescence ze souboru mnoha molekul; fotofyzika jednotlivých molekul; metody detekce fluorescence;

konfokální versus wide-filed mikroskop; metoda TIRF (total internal reflection fluorescence); detekce různých proteinových konfigurací pomocí sm-FRET techniky; rotace a

reorientace jednotlivých molekul.

12.Stopování jednotlivých molekul (Single particle tracking, SPT): difúze ve dvou rozměrech; náhodná procházka; MSD diagramy; různé módy difúze: volná, ‚hindered‘ a hop-difúze.

Metody měření SPT; odvozené techniky: analýza svítivosti a TOCCSL (thining out clusters while conserving stochiometry of labelling); kolokalizační analýza.

Osnova cvičení:

Předmět nemá cvičení.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

•LAKOWICZ, Joseph R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Springer-Verlag New York Inc. 2016. ISBN 9781489978806.

Doporučená literatura:

•LAKOWICZ, Joseph R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 2nd Ed. New York: Kluwer Academic Publishers, 1999. ISBN 0-306-46093-9.

•PROSSER, Václav. Experimentální metody biofyziky: celostátní vysokoškolská učebnice pro studující matematicko-fyzikálních a přírodovědných fakult oboru 11-66-8 Biofyzika a chemická fyzika. Praha: Academia, 1989.

•Výukové materiály zveřejněné na webových stránkách předmětu obsahující odkazy na další materiály volně dostupné na internetu.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní program Biomedicínské laboratorní metody (povinně volitelný předmět)