Státnicové okruhy: Biofyzika, chemická fyzika, teorie molekulárních systémů

Jádro této stránky představují státnicové okruhy vypracované studenty Biofyziky, kteří státnicovali na jaře 2013.
Disclaimer: okruhy mají kolísající kvalitu (míru podrobnosti, souvislosti s realitou atd.)
Stáhnout najednou většinu Společných požadavků a Biofyziky: [1]

Společné požadavky

Pokročilá kvantová mechanika

• Variační princip a poruchový počet [2]
• Symetrie vlnové funkce, bosony a fermiony [3]
• Pauliho princip [4]
• Symetrie a zákony zachování (verze 1 [5], verze 2 [6])
• Štěpení hladin při snížení symetrie [7]
• Oddělení pohybu elektronů a jader [8]
• Jednočásticová aproximace [9]
• Hladiny atomů, molekul a pevných látek [10]
• Typy vazeb v molekulách a kondenzovaných systémech [11]
• Molekula vodíku [12]
• Pauliho a Diracova rovnice [13]
• Orbitální a spinový moment hybnosti, jejich operátory a kvantování
• Skládání momentů hybnosti
• Orbitální a spinový magnetický moment a jejich interakce s vnějším polem [14]
• Druhé kvantování [15]
• Kvantování elektromagnetického pole [16]
• Interakce elektromagnetického záření s látkou [17]
• Zlaté pravidlo [18]
• Absorpce, stimulovaná a spontánní emise [19]
• Výběrová pravidla (formát docx [20] a pdf [21])
• Doby života kvantových stavů
• Šířka a tvar spektrální čáry [22]

Kvantová teorie molekul

• Typy vazeb
• Bornova–Oppenheimerova a adiabatická aproximace [23]
• Vibrační a rotační spektra molekul [24]
• Atomové a molekulové orbitaly [25]
• Metoda LCAO a metoda valenčních vazeb [26]
• Klasifikace elektronových hladin [27]
• Hückelova metoda [28]
• Hartreeho a Hartreeho–Fockovy rovnice [29]
• Roothaanovy rovnice [30]
• Metoda konfigurační interakce [31]
• Korelační energie [32]
• Přehled ab initio a semiempirických metod (formát docx [33] a pdf [34])
• Slabé mezimolekulové interakce

Termodynamika a statistická fyzika molekulárních soustav

• Termodynamická rovnováha [35], stavové veličiny [36], hlavní termodynamické věty a jejich důsledky [37]
• Termodynamické potenciály, podmínky rovnováhy a stability, fázové přechody [38]
• Popis nerovnovážných procesů [39]
• Statistický popis stavu, distribuční funkce a matice hustoty [40]
• Liouvilleova rovnice [41]
• Gibbsovy stacionární soubory, souborové středování, stavová suma
• Klasické a kvantové systémy neinteragujících částic, ideální plyny [42]
• Pauliho kinetická rovnice, zobecněná kinetická rovnice [43]

Základy molekulární fyziky

• Typy základních intra- a intermolekulárních interakcí
• Konformace molekul (formát docx [44] a pdf [45])
• Fázové stavy a přechody u molekulárních systémů

Užší zaměření

Student si volí okruh otázek odpovídající jeho zaměření.

Biofyzika

Experimentální metody v biofyzice

• Difrakce rentgenového záření, elektronů a neutronů + Principy základních difrakčních metod + Symetrie a struktura krystalů a jejich určení z difrakčního obrazu ( výcuc Miloš [46], 1. přednáška Pospíšil [47], 6. přednáška Pospíšil [48], 7. přednáška Pospíšil [49], skripta Baumruk - Teorie grup a molekulové vibrace [50])

• Mnohoatomová molekula, její stacionární stavy a přechody mezi nimi
• Teoretické základy optické spektroskopie
• Projevy mezimolekulárních interakcí v optických spektrech [51]
• Technika optické spektroskopie [52]
• Elektronová absorpční spektroskopie [53]
• Vibrační spektroskopie (absorpční a Ramanova rozptylu)
• Rozptyl elastický, kvazielastický a Brillouinův [54]
• Emisní spektroskopie [55]
• Vlastní luminiscence biomolekul, fluorescenční sondy a značky [56]
• Polarizované světlo v optické spektroskopii [57]
• Časově rozlišená optická spektroskopie
• Mikroskopické techniky

• Gyromagnetická částice, jev magnetické rezonance [58]
• Elektrické a magnetické momenty atomových jader, energie v elektrickém a magnetickém poli + Jaderný paramagnetismus, relaxační procesy (cástečně [59])
• NMR spektroskopie vysokého rozlišení v kapalné a pevné fázi – spinový hamiltonián, typy interakci, projevy ve spektrech [60]
• Dekapling, koherentní transfer polarizace, nukleární Overhauserův jev [61]
• Jednodimenzionální a dvoudimenzionální pulzní NMR – koncepce, základní pulzní sekvence [62]
• Zobrazování MR – principy, typy obrazů [63]
• ESR, spinový hamiltonián a spektra [64]

Biochemie a molekulární biofyzika

• Složení a struktura základních biomolekul (nukleové kyseliny, proteiny, sacharidy) [65]
• Termodynamika fosfátových sloučenin [66]
• Metabolizmus cukrů: Glykolýza a glykolytické reakce [67]
• Kvašení - anaerobní odbourávání cukrů [68]
• Pentozový cyklus [69]
• Glukoneogeneze a Coriho cyklus [70]
• Aerobní odbourávání cukrů (+ oxid. fosforylace, transport elektronů v dýchacím řetězci, syntéza ATP) (formát docx [71] a pdf [72])
• Vznik acetylkoenzymu A [73]
• Citrátový cyklus a jeho amfibolická povaha
• Termodynamika přenosu elektronů - redoxní potenciály
• Transport elektronů v dýchacím řetězci: viz Aerobní odbourávání cukrů
• Oxidativní fosforylace - syntéza ATP: viz Aerobní odbourávání cukrů
• Fotosyntéza (+ "dýchání a fotosyntéza, antény a reakční centra") [74]
• Biologické membrány, selektivní permeabilita biologických membrán, typy transportu biologickou membránou ( [75], transport membránou podrobněji: [76])

• Buňka – struktura bakteriálních a eukaryotických buněk, organely, cytoskelet, buněčné dělení, reakce buňky na vnější signály [77]
• Molekulární genetika – genetická informace a její tok, metabolizmus DNA, genová exprese (transkripce, post-transkripční modifikace, translace), vnitrobuněčná distribuce a úpravy proteinů, regulace genové exprese
• Metody studia DNA (sekvenace) a genové exprese (na úrovni mRNA i proteinu), genové inženýrství (rekombinantní DNA in vitro, transgeneze organizmů) [78] (POZOR, chybí genové inženýrství)

• Přenos energie na buněčné úrovni
• Přenos chemické energie
• Typy transportu biologickou membránou
• Bioelektrické jevy
• Dýchání a fotosyntéza, struktura a funkce antén a reakčních center, energetika transportu elektronů a protonů: viz otázka "Fotosyntéza"
• Role singletního kyslíku ve fotosyntéze a ve fotodynamické terapii [79]
• Přeměna chemické energie v mechanickou (formát docx [80] a pdf [81])
• Bioenergetika vidění [82]

Chemická fyzika

Experimentální metody

Difrakce rentgenového a synchrotronového záření, elektronů a neutronů. Principy základních difrakčních metod. Symetrie a struktura krystalů a jejich určení z difrakčního obrazu. Elektronová mikroskopie. Magnetická rezonance. Princip spektrometru. Spektra NMR organických látek. EPR volných radikálů. Teoretické základy a technika optické spektroskopie. Mnohoatomová molekula, rotační, vibrační a elektronové stavy molekul. Měření absorpčních spekter. Vibrační absorpční spektroskopie a chiroptické metody. Rozptyl elastický, kvazielastický, Ramanův. Metody emisní spektroskopie. Přechody v mnohaelektronových molekulách. Kinetika luminiscence a kvantový výtěžek. Polarizovaná luminiscence. Vliv mezimolekulárních interakcí na parametry luminiscence. Teoretická interpretace optických spekter.

Struktura kondenzovaných soustav a spektroskopické metody

Struktura a symetrie molekul, biopolymerů, nadmolekulárních struktur a pevných látek. Určování struktur molekul a pevných látek. Kinetika chemických reakcí, katalýza. Laserové spektroskopické metody. Časově rozlišená optická spektroskopie. Ozónová díra a singletní kyslík.

Teorie molekulárních systémů

Molekulární simulace v chemické fyzice

Molekulární mechanika a dynamika. Empirická silová pole. Strategie modelování supramolekulárních systémů a krystalů a predikce jejich fyzikálních, chemických a biologických vlastností. Aplikace v materiálovém výzkumu. Porovnání modelů s experimentem.

Ab initio výpočty v chemii a biochemii

Metody výpočtu korelačních energií: konfigurační interakce, vázané klastry, poruchová teorie. Aplikace na biochemické systémy a slabé mezimolekulové interakce. Klasická a kvantová molekulová dynamika. Symetrie molekul.

Základy molekulární spektroskopie

Přehled hlavních spektroskopických metod. Elektronová spektroskopie organických molekul. Vlastnosti a deaktivace excitovaných stavů. Teoretická interpretace experimentálních výsledků.