[1] Wyman and Gill, 1990, Binding and Linkage: Functional Chemistry of Biological
Macromolecules, University science books
[2] H. Gutfreund, 1995, Kinetics for the life sciences, Cambridge University Press
[3] články z vedeckých časopisov
1. Semestrálna práca
2. Test
slovenský, anglický
1. Experimentálna analýza dát: modely, reziduálny graf, korelácie
Analýza náhodných chýb, náhodné a systematické chyby, stredná hodnota a štandardná odchýlka, štandardná chyba, normálna distribúcia, histogramy, distribúcia, limitná distribúcia, štandardná odchýlka a 68% interval, akceptácia meranej hodnoty, zamietnutie niektorých dát, Chauvenetové kritérium, vážený priemer, experimentálne príklady. Grafické preverenie vzťahu medzi hodnotami, relatívne chyby merania, počet platných číslic pri relatívnych chybách, násobenie dvoch nameraných hodnôt a určenie experimentálnej neistoty výslednej hodnoty, chyby u priamych meraní, odmocninové pravidlo pre opakujúce sa merania, chyby nepriamych meraní, sčítanie, odčítanie dvoch experimentálnych hodnôt, produkt a kvocienty, sčítanie nezávislých chýb, chyba u funkcií s jednou premenou, experimentálne príklady.
2. Analýza dát reakcií viazania ligandov: 1:1 viazanie, partičná funkcia, kompetitívna titrácia
Definícia partičnej funkcie, mikroskopické a makroskopické konštanty, celková, voľna koncentrácia ligandu, rozdiel, alternatívne definície čiastkových reakcií, kompetícia, druhy kompetície, praktické aspekty kompetitívnej titrácie
3. Analýza dát komplexných reakcií viazania ligandov I.: kooperativita a alosterické modely
Alosterická regulácia ako rozšírený mechanizmus kontroly funkcie proteínov; akým spôsobom efektory sa viažu na regulačné miesta odlišné od aktívneho miesta, ako efektory vyvolávajú konformačné zmeny, a ako ovplyvňujú aktivitu. Typy allosterických efektorov, štrukturálnu podobnosť/odlišnosť so substrátom ich cieľového proteínu. Heterotropizmus/homotopizmus Príkladom je väzba molekúl kyslíka na hemoglobín, kde je kyslík efektívne substrátom aj efektorom. Alosterické alebo "iné" miesto je aktívne miesto priľahlej proteínovej podjednotky.
4. Analýza dát komplexných reakcií viazania ligandov II.: viazanie interkalátorov do DNA
Ako interkalátory interagujú s DNA? Ako interkalátory interagujú s DNA? Ako interkalačné činidlá spôsobujú mutácie?Čo znamená interkalačné činidlo?Čo je väzba DNA drážky?Čo je väzba drážky DNA?Čo je väzba DNA drážky?Je interkalácia reverzibilná?Je interkalácia reverzibilná?
5. Kinetika zbaľovania proteínov: Chevron-ové zobrazenie
Termodynamika skladania proteínov, merania stability, štrukturálne zmeny proteínu, merania v prítomnosti denaturačného činidla, merania pomocou spektroskopických alebo kalorimetrických techník. Aká je entalpia zbaľovania proteínu? Prečo je zbaľovanie proteínu spontánne?Ako sa zbaľuje proteín? Je zmena entropie zbaľovania proteínov pozitívna? Analýza kinetického priebehu zbaľovania.
6. Kinetika viazania protein-liečivo, vybrané príklady , Ako väzba na proteín ovplyvňuje kinetiku liečiva? Čo je proteín viažuci liečivo? Na aké tri typy proteínov sa lieky viažu? Prečo je väzba na plazmatické proteíny dôležitá?
7. Vybrané príklady proteín-proteín a proteín-receptor interakcií
Ako sa lieky viažu na svoje receptory, od počiatočnej asociácie, cez vstup lieku do väzobného vrecka, až po prijatie konečnej viazanej konformácie, GPCR modulátory receptora spojené s G-proteínom, GPCR ako cieľové proteíny, tvoria jeden tretina všetkých predávaných liekov.
8. Analýza enzýmových kinetík, vybrané príklady
Analýza kinetických údajov enzýmov na získanie validovaných parametrov si vyžaduje pozornosť dvom detailom, ktorým sa často venuje menšia pozornosť, než je potrebné. Prvým je experimentálny dizajn, ktorý zaisťuje, že premenné považované za nezávislé sú skutočne nezávislé, že je možné rozlíšiť rôzne interpretácie a že je možné odhadnúť hodnoty parametrov. Druhým je, že experimentátor by si mali byť vedomí štatistických predpokladov, ktoré sú zahrnuté pri analýze pomocou komerčných softvérových nástrojov. V tejto prednáške sa budeme venovať spomínaným detailom.
9. Stabilita biomakromolekúl I.: rovnovážny dvojstavový model
Mnohé z jednodoménových proteínov sú „dvojstavové systémy“, t. j. proteíny, ktoré sa zbaľujú priamo z denaturovaného stavu do natívneho stavu, bez populovania metastabilných intermediátov – stavov oddelených bariérou, problematika konformačného priestoru rozbaleného stavu.
10. Stabilita biomakromolekúl II.: rovnovážne viacjstavové modely
Čiastočne zbalené proteínové intermediáty môžu byť veľmi ťažko detekovateľné
a štúdium, aj keď môžu byť dôležité pre kinetické aj rovnovážne vlastnosti. Tu uvediem príklady ako môžu kryptické intermediáty ovplyvniť klasickú analýzu stability proteínov. Klasická analýza tepelnej denaturácie poskytuje hlavnú metódu na meranie stabilizačnej voľnej energie proteínových molekúl a zmien v stabilite vyvolanej mutáciami a inými perturbáciami. Využitie metódy dvojitého integrovania, partičná funkcia, stabilita riešenia a získaných paramterov.
11. Stabilita biomakromolekúl III. Nerovnovážne modely
Vplyv rýchlosti skenovania na kalorimetrické záznamy, vplyv prístojového respozného času, konvolúcia signálu, vplyv kinetiky rozbaľovania na kalorimetrický záznam, analýza vratnosti rozbaľovania, fyzikálne a chemické procesy počas tepelného rozbaľovania
12. Analýza chovania sa individuálnych molekúl
Časové trajektórie individuálnych molekúl, metódy sledovania individuálnych molekúl proteínov a nukleových kyselín, príprava vzoriek na meranie, chemické a biochemické konjugáčné reakcie, analýza experimentov, Markovske modely, autokorelačná analýza
Poskytnúť základné vedomosti o analýze experimentálnych dát.
Moore, J.: Oxford Academic Vocabulary Practice. OUP, 2017.
Kolaříková, Z., Petruňová, H., Timková, R.: Angličtina v akademickom prostredí – cvičebnica. Košice, Vydavateľstvo ŠafárikPress, 2021.
Tomaščíková, S., Rozenfeld, J. Developing Academic English in Speaking and Writing. Vydavateľstvo ŠafárikPress, 2021.
McCarthy, M., O´Dell, F.: Academic Vocabulary in Use. CUP, 2008.
Štepánek, L., J. De Haff a kol.: Academic English-Akademická angličtina. Grada Publishing, a.s., 2011.
Armer, T.: Cambridge English for Scientists. CUP, 2011.
lms.upjs.sk
Absolvovanie e-kurzu Anglický jazyk pre doktorandov (lms.upjs.sk), konzultácie (1-3).
Písomné zadania - Profesijný/akademický štruktúrovaný životopis, krátky akademický životopis
anglický jazyk B2 podľa SERR
Špecifiká akademického a odborného jazyka so zameraním na správnu výslovnosť, na rozvoj slovnej zásoby (menné a slovesné kolokácie, frázové slovesá, predložkové spojenia, slovotvorba, formálna/neformálna angličtina a i.), na vybrané gramatické aspekty (predložky, gramatické časy, trpný rod a i.), na akademické písanie (profesijný/akademický štruktúrovaný životopis a krátky akademický životopis).
Upevnenie jazykových zručností študentov - hovorenie, písanie, čítanie a počúvanie s porozumením. Zvýšenie jazykovej kompetencie študentov - študenti sa oboznámia s vybranými fonologickými, lexikálnymi a syntaktickými javmi. Rozvoj pragmatickej kompetencie študentov - študenti dokážu efektívne a účelovo komunikovať, na úrovni B2 podľa SERR so zameraním na akademickú angličtinu a odborný jazyk a terminológiu študijného odboru.
Prezentácia pracoviska doktoranda, jeho vlastného výskumu, vedecko-výskumných aktivít, naštudovanej odbornej literatúry a i.
Moore, J.: Oxford Academic Vocabulary Practice. OUP, 2017.
Kolaříková, Z., Petruňová, H., Timková, R.: Angličtina v akademickom prostredí (cvičebnica). UPJŠ Košice, 2021.
Tomaščíková, S., Rozenfeld, J. Developing Academic English in Speaking and Writing. Vydavateľstvo ŠafárikPress, 2021.
McCarthy, M., O´Dell, F.: Academic Vocabulary in Use. CUP, 2008.
Štepánek, L., J. De Haff a kol.: Academic English-Akademická angličtina. Grada Publishing, a.s., 2011.
Armer, T.: Cambridge English for Scientists. CUP, 2011.
Test, ústna skúška v súlade s požiadavkami na skúšku (dostupné na stránke CJP a v MS TEAMS)
anglický jazyk B2 podľa SERR
Komunikácia na akademickej pôde (sebaprezentácia, prezentovanie na odborných podujatiach, konferenciách a pod.).
Špecifiká akademického a odborného jazyka so zameraním na rozvoj slovnej zásob (formálne vyjadrovanie, akademický slovná zásoba), vybrané gramatické a syntaktické aspekty (trpný rod, nominalizácia), vybrané funkcie jazyka (vyjadrenie názoru, príčiny/následku, argumentovanie, uvádzanie príkladu, popis grafu/tabuľky/schémy, apod.) Jazyková interferencia.
Upevnenie jazykových zručností študentov - hovorenie, písanie, čítanie a počúvanie s porozumením, zvýšenie jazykovej kompetencie študentov - študenti si osvoja vybrané fonologické, lexikálne a syntaktické vedomosti, rozvoj pragmatickej kompetencie študentov - študenti dokážu efektívne využívať jazyk na dosiahnutie konkrétneho účelu, na úrovni B2 podľa SERR so zameraním na akademickú angličtinu a odborný jazyk a terminológiu študijného odboru.
Oboznámenie študentov so základnými poznatkami bunkovej fyziológie a biofyziky.
B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter: Molecular Biology of the Cell, Garland Science 2002
D.U. Silverthorn: Human Physiology – An Integrated Approach, Pearson/Benjamin Cummings 2010
R.M.J. Cotterill: Biophysics – An Introduction, J.Wiley & Sons,Ltd. 2002
G. Krauss: Biochemistry of Signal Transduction and Regulation, Wiley/VCH 2003
M.B. Jackson: Molecular and Cellular Biophysics, Cambridge Univ. Press 2006
Nie je.
Nie je.
Aktívne riešenie zadaných problémov k problematike (PBL); účasť na prednáškach.
Skúška.
Slovenský a anglický jazyk.
1. Homeostáza a hlavné regulačné princípy.
2. Chemické komponenty buniek – biomolekuly – zloženie, štruktúra a funkcia
3. Bunkový metabolizmus a bioenergetika.
4. Bunkové a subcelulárne štruktúry a ich funkcia.
5. Bunková membrána – funkcia, transport cez membránu. Úloha proteínov v membránovom transporte.
5. Excitabilné bunky = pokojový a akčný potenciál.
6.Vnútrobunkové organelly a ich funkcia – kompatmentalizácia a transport proteinov v bunke; intrabunkový transport vesikúl
7.Medzibunková komunikácia – autokrinné, parakrinné regulačné systémy; hormonálne a enzymatické signálne dráhy.
8. Vnutrobunková komunikácia – vnútrobunkové signálne a regulačné dráhy.
9. Mitochondria.
10. Mitochondria a bunková smrť
11. Bunkový cyklus a apoptóza, signálne dráhy.
1. týždeň - Homeostáza a hlavné regulačné princípy.
2. týždeň - Chemické komponenty buniek – biomolekuly – zloženie, štruktúra a funkcia
3. týždeň - Bunkový metabolizmus a bioenergetika.
4. týždeň - Bunkové a subcelulárne štruktúry a ich funkcia.
5. týždeň - Bunková membrána – funkcia, transport cez membránu. Úloha proteínov v membránovom transporte.
6. týždeň - Excitabilné bunky = pokojový a akčný potenciál.
7. týždeň - Vnútrobunkové organelly a ich funkcia – kompatmentalizácia a transport proteinov v bunke; intrabunkový transport vesikúl
8. týždeň - Medzibunková komunikácia – autokrinné, parakrinné regulačné systémy; hormonálne a enzymatické signálne dráhy.
9. týždeň - Vnutrobunková komunikácia – vnútrobunkové signálne a regulačné dráhy.
10. týždeň - Mitochondria.
11. týždeň - Mitochondria a bunková smrť
12. týždeň - Bunkový cyklus a apoptóza, signálne dráhy.
Písomka v strede semestra (20%), dve PBL zadania (40%) a zaverečná skúška (40%) celkovej známky.
Oboznámenie študentov so základnými poznatkami a mechanizmami bunkovej fyziológie a biofyziky.
1. Introduction to Protein Science, Oxford University Press, 2016, Ed. A. M. Lesk.
2. Fundaments of Protein Structure and Function, E. Buxbaum, Springer International Publishing, 2015.
3. Exploring Protein Structure: Principles and Practice, T. Skern, Springer International Publishing 2018.
4. Structural Aspects of Protein Synthesis, A. Liljas, M. Ehrenberg, 2013, World Scientific.
5. Advances in Protein Chemistry and Structural Biology – Book series, Vol 123 – 127, 2021, Elsevier, Ed. R. Donev, T. Karabencheva-Christova.
6. Amyloid proteins, Vol. 1 a Vol. 2, Wiley-VCH, 2005, Ed. Jean D. Sipe
Protein and peptide folding, misfolding, and non-folding, Wiley-VCH, 2012, Ed. By Reihard Scheitzer-Stenner.
7. Misbehaving Proteins – Protein (Mis)Folding, Aggregation, and Stability, Springer, 2006, Ed. By Regina M. Murphy and Amos M. Tsai
8. Protein Aggregation and Fibrillogenesis in Cerebral and Systemic Amyloid Disease, Springer, 2012, Ed. J. R. Harris.
9. Pôvodné vedecké práce a prehľadné práce nadväzujúce na tému doktorandského štúdia
Študent pre absolvovanie predmetu má ukázať, že má vedomosti z preberanej látky v rozsahu uvedenom v osnove predmetu. Okrem toho je potrebné samostatne vypracovať a obhájiť projekt na tému týkajúcu sa biofyziky proteínov a supramolekulárnych komplexov.
slovenský a anglický
1. Charakteristika aminokyselín, proteínové a neproteínoví aminokyseliny, ich delenie a vlastnosti, tvorba peptidov– peptidová väzba delenie peptidov – dipeptidy, cyklické a acyklické oligopeptidy, polypeptidy.
2. Úloha aminokyselín v chémii a živých vedách. Funkcia aminokyselín a poly/peptidov.
3. Fyzikálno-chemické vlastnosti a reakcie aminokyselín a peptidov – acido-bázické vlastnosti. reakcie amino a karboxylovej skupiny. Interakcie medzi aminokyselinami
4. Syntéza poly/peptidov – chemická syntéza, biosyntéza proteínov - translácia
Posttranslačná modifikácia aminokyselinových zvyškov v rámci peptidov.
5. Konformácie aminokyselín a oligo/polypeptidov – natívny stav proteínov, primárna, sekundárna, terciárna štruktúra. Kvartérna štruktúra, tvorba proteínových komplexov a supramolekulárnych komplexov. Prirodzene neusporiadané poly/peptidy.
6. Zbaľovanie a rozbaľovanie proteínov, konformačné prechody proteínov. Stabilita proteínov a ich komplexov, proteín-proteínové interakcie, intra- a intermolekulárne interakcie, interakcia proteínov s ligandami.
7. Proteíny viažuce kovové ióny, konjugácia s inými zlúčeninami.
8. Prírodné fibrilárne proteínové komplexy – štruktúra, tvorba a aplikácie.
9. Amyloidné proteínové komplexy – pôvod, štruktúra, vlastnosti – funkčné a patogénne amyloidné agregáty, potenciálne technologické aplikácie.
10. Príprava nanomateriálov založených na peptidoch a proteínoch
Doktorand sa oboznámi s najnovšími poznatkami a prístupmi štúdia v oblasti
molekulovej biofyziky s dôrazom na biofyziku proteínov a supramolekulárnych komplexov.
Naučiť študentov pracovať s odbornými publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Prezentácia vedeckého článku, aktívna účasť v diskusii ohladne prezentovaných výsledkov v článku, účasť na seminári
Prezentácia vedeckého článku z oblasti témy pre PhD prácu a kritické zhodnotenie výsledkov a ich prezentácie v článku, aktívna účasť v diskusii ohladne prezentovaných výsledkov v článku, účasť na seminári
Slovenský a anglický jazyk.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Vedecký seminár z odboru biofyzika
Účasť na seminári (40%), prezentácia a analýza odborného článku v anglickom jazyku (60%).
Naučiť študentov pracovať s odbornými publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
Dosiahnuť aby študenti boli schopní pracovať s vedeckými databázami, vedeli pracovať s odbornými publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Nie je.
Nie je.
Prezentácia vedeckého článku z oblasti témy pre PhD prácu a kritické zhodnotenie výsledkov a ich prezentácie v článku, aktívna účasť v diskusii ohladne prezentovaných výsledkov v článku, účasť na seminári
Slovenský a anglický jazyk.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Vedecký seminár z odboru biofyzika
Účasť na seminári (40%), prezentácia a analýza odborného článku v anglickom jazyku (60%).
Študenti po absolvovaní seminára budú vedieť samostatne pracovať s odbornými databázami, publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
Dosiahnuť aby študenti boli schopní pracovať s vedeckými databázami, vedeli pracovať s odbornými publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Nie je.
Prezentácia vedeckého článku z oblasti témy pre PhD prácu a kritické zhodnotenie výsledkov a ich prezentácie v článku, aktívna účasť v diskusii ohladne prezentovaných výsledkov v článku, účasť na seminári
Slovenský a anglický jazyk.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Vedecký seminár z odboru biofyzika
Účasť na seminári (40%), prezentácia a analýza odborného článku v anglickom jazyku (60%).
Študenti po absolvovaní seminára budú vedieť samostatne pracovať s odbornými databázami, publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
Dosiahnuť aby študenti boli schopní pracovať s vedeckými databázami, vedeli pracovať s odbornými publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Nie je.
Prezentácia vedeckého článku z oblasti témy pre PhD prácu a kritické zhodnotenie výsledkov a ich prezentácie v článku, aktívna účasť v diskusii ohladne prezentovaných výsledkov v článku, účasť na seminári
Slovenský a anglický jazyk.
Vedecké články zo špičkových časopisov za obdobie posledných troch rokov týkajúcich sa problematík výskumných úloh na katedre, a tiež perspektívne nových smerov a metodík.
Vedecký seminár z odboru biofyzika
Účasť na seminári (40%), prezentácia a analýza odborného článku v anglickom jazyku (60%).
Študenti po absolvovaní seminára budú vedieť samostatne pracovať s odbornými databázami, publikáciami; kriticky analyzovať experimentálne vysledky a ich interpretácie v publikáciách.
1. E. Hecht: Optics, fourth edition, Addison Wesley, 2002
2. B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Fundamentals of Biophotonics, second edition, Wiley 2007
3. Paras N. Prasad: Introduction to Biophotonics, Wiley 2003
4. Joseph R. Lakowicz: Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third edition, Springer 2006
5. W. Demtroder: Laser Spectroscopy, Volume 1 and 2, fourth edition, Springer 2008
6. W. J. Smith: Modern optical engeneering, Fourth edition, Spie Press, McGraw Hill 2008
7. Peter Atkins, Julio de Paula: Physical Chemistry, Oxford 2010
8. M. Schreiner, M. Strlič, R. Salimbeni: Handbook on the Use of Lasers in
Conservation and Conservation Science, COST office, Brussels, Belgium (2008) http://
conservationresearch.blogspot.com/2008/11/use-of-lasers-in-conservation-2008.html.
9. (Sackler NAS Colloquium) Scientific Examination of Art: Modern Techniques in Conservation
and Analysis, Proc. of the National Academy of Science, pp. 254, The National
Academies Press, Washington D.C. (2005), http://www.nap.edu/catalog/11413.html.
10. J.S. Mills and R. White: The Organic Chemistry of Museum Objects, 2nd edition, pp. 206,
Butterworth-Heinemann Ltd, Oxford 2003
11. Domingo, C.; Cañamares, M.V.; Jurasekova, Z.; del Puerto, E.; Sánchez-Cortés, S.; García-
Ramos, J.V.: Aplicaciones de la espectroscopía SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) a
la detección de pigmentos orgánicos naturales en objetos del Patrimonio Cultural. Plasmónica:
detección sobre nanoestructuras metálicas, pp. 197-230, P. Sevilla Ed., Comité de Espectroscopía,
Sociedad Española de Óptica, Madrid (2010),
12. R. Aroca: Surface-Enhanced Vibrational Spectroscopy, pp. 233, John Wiley & Sons, Ltd,
Chichester (2006)
Samostatná práca na projekte.
Skúška a obhajoba projektu.
slovenský a anglický
Prednášky:
Úvod (repetitórium optiky a spektroskopie). Základy optických experimentov. Fluorescenčná
spektroskopia a zobrazovanie. Moderné metódy laserovej spektroskopie. Pokročilé techniky
laserovej mikroskopie. Biomedicínske aplikácie. Ochrana kultúrneho dedičstva a životného
prostredia.
Cvičenia:
1. Absorbčná a fluorescenčná spektroskopia a zobrazovanie.
2. Voliteľne: (a) Časovo rozlíšená fluorescenčná spektroskopia a zobrazovanie alebo (b) pokročilé metódy konfokálnej mikroskopie
3. Voliteľne (a) Ramanova makro- a mikro- spektroskopia a zobrazovanie alebo (b) konfokálna mikroskopia so superrozlíšením (STED/STORM)
Projekt:
Záverečná práca na vybranú tému.
Cieľom kurzu je zlepšiť teoretické a praktické znalosti študentov doktorandského štúdia v oblasti
pokročilých metód biofotoniky. Kurz ponúka študentom získať poznatky o moderných metódach
v biofotonickom výskume, ktoré v prvom rade umožňujú bezkontaktné, vysokorýchlostné, multidimenzionálne merania na živých bunkách za fyziologických podmienok.
1. D. Nicholls and S. Fergusson. Bioenergetics 3, Academic Press, 2002.
2. M. Wikström (Ed.). Biophysical and Structural Aspects of Bioenergetics, The Royal
Society of Chemistry, 2005.
3. D. Harris. Bioenergetics at a Glance, Blackwell Science Ltd., 1995.
4. S. Pappa, F. Guerrini, J. Tager (Eds.). Frontiers of Cellular Bioenergetics, Kluwer
Academic, 1999.
5. V. Saks (Ed.). Molecular System Bioenergetics, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.,
2007.
6. I. Scheffer. Mitochondria (2nd Edition), John Wiley & Sons, Inc., 2008.
7. A.D.N.J. de Grey. The Mitochondrial Free Radical Theory of Aging, R.G. Landis
Company, 1999.
8. V. Smil. Energy in Nature and Society, Massachusetts Insitute of Technology, 2008.
Samostatná práca na projekte.
Skúška a obhájený individuálny projekt.
Študent by mal na skúške preukázať preukázať značné znalosti zo širokého okruhu preberanej látky uvedenej v stručnej osnove predmetu a taktiež prezentovať výsledky svojej práce na samostatnom mini-projekte z vybranej oblasti bioenergetického výskumu.
slovenský jazyk
anglický jazyk
1. Úvod do bioenergetiky – 3 hodiny – Jancura
Oblasti záujmu bioenergetiky a jej význam a postavenie vo vede. Centrálny koncept bioenergetiky – chemiosmotická teória.
Hlavné zdroje energie v živých organizmoch. Procesy v biologických systémoch, v ktorých sa spotrebúva energia. Gibbsova voľná energia. Štruktúra a význam adenozíntrifosfátu (ATP). Zmena Gibbsovej energia pri hydrolýze ATP. Dôvody prečo zohráva ATP dôležitú úlohu v bioenergetike.
Oxidačno-redukčný (redoxný) potenciál. Určenie redoxného potenciálu. Vplyv pH na redoxný potenciál. Vzťah medzi Gibbsovou energiou a redoxným potenciálom.
Iónový elektrochemický gradient. Protonmotorická sila. Rovnovážna distribúcia iónov na membráne. Nernstov potenciál. Donnanova rovnováha.
2. Mitochondrie a oxidatívna fosforylácia – 2 hodiny – Fabriciová, Jancura
Mitochondrie - štruktúra a základné funkcie. Mitochondriálny genóm. Pôvod mitochondrií.
Dýchací reťazec v mitochondriách. Komponenty dýchacieho reťazca. Mechanizmus elektrónového transportu v dýchacom reťazci. Transport protónov cez vnútornú mitochondriálnu membránu. Chemiosmotický protónový okruh.
Využitie protónového elektrochemického potenciálu na syntézu ATP. Produkcia kyslíkových radikálov v dýchacom reťazci. Dýchací reťazec v baktériách.
3. Dýchací reťazec a syntéza ATP – 4 hodiny – Fabriciová, Jancura
NADH dehydrogenáza (komplex I) – štruktúra a mechanizmus fungovania. Mechanizmus pumpovania protónov v NADH dehydrogenáze. Inhibítory NADH dehydrogenázy.
Sukcinát dehydrogenáza (komplex II) - štruktúra a katalytický mechanizmus.
Cytochróm c reduktáza (komplex III) – štruktúra. Mechanizmus pumpovania protónov v komplexe III - Q cyklus.
Cytochróm c oxidáza (komplex IV) – štruktúra a základné funkcie. Katalytický mechanizmus cytochróm c oxidázy. Pumpovanie protónov v cytochróm c oxidáze.
Syntéza ATP v mitochondriách. ATP-syntáza (F1FO-ATP-áza) – štruktúra a základné funkcie. Mechanizmus syntézy ATP. Kontrola a regulácia syntézy ATP - termodynamický aspekt a kinetický aspekt. Odpojenie elektrónového transportu od tvorby ATP. Inhibítory ATP-syntázy. Protónový transport v ďalších ATP-ázach.
4. Úloha mitochondrií pri vzniku ochorení a starnutí – 4 hodiny – Jancura
Monitorovanie mitochondriálneho membránového potenciálu. Homeostáza Ca2+ v mitochondriách. Iniciácia apoptózy mitochondriách. Mitochondrie a nekróza. Mutácie v mitochondriálnom genóme.
Medicínsky aspekt mitochondriálneho výskumu. Choroby spojené s defektmi a poruchami mitochondrií. Diagnóza a terapia s mitochondriami spojených ochorení. Mitochondriálna teória starnutia. História mitochondriálnej teórie starnutia.
Tvorba kyslíkových radikálov a oxidatívny stres v mitochondriách. Testovateľné predikcie mitochondriálnej teórie starnutia. Možnosť predĺženia doby života biologických organizmov.
5. Fotosyntéza – 2 hodiny – Fabriciová, Jancura
Fotosyntéza – základné pojmy a definície. Chloroplasty – miesta realizácie fotosyntézy.
Fotosystém I a fotosystém II – štruktúra a vlastnosti. Svetelná fáza fotosyntézy.
Tmavá fáza fotosyntézy. Calvinov cyklus. Fixácia CO2.
Fotosyntéza a tvorba ATP. Evolučné dôsledky fotosyntézy pre existenciu života – tvorba molekulového kyslíka. Fotosyntéza v baktériách.
6. Pumpy a iné transportné systémy v mitochondriách – 2 hodiny – Fabriciová, Jancura
Alternatívne spôsoby využitia transmembránového protónového gradientu. Tvorba tepla. Odpájacie proteíny. Mechanický pohyb častí buniek. Pohyb bakteriálnych buniek.
Aktívny transport molekúl. Transportéry iónov a metabolitov v mitochondriách. Alternatívne spôsoby tvorby transmembránového protónového gradientu. Protónové pumpy. Bakteriorodopsín – štruktúra a základné mechanizmy fungovania. Primárne sodíkové pumpy.
Klasifikácia iónového transportu v biologických membránach. Iónové pumpy riadené ATP.
Okruhy pe blokovú výučbu:
1. Úvod do bioenergetiky
Oblasti záujmu bioenergetiky a jej význam a postavenie vo vede. Centrálny koncept bioenergetiky chemiosmotická teória. Hlavné zdroje energie v živých organizmoch. Procesy v biologických systémoch, v ktorých sa spotrebúva energia. Gibbsova voľná energia. Štruktúra a význam adenozíntrifosfátu (ATP). Zmena Gibbsovej energia pri hydrolýze ATP. Dôvody prečo zohráva ATP dôležitú úlohu v bioenergetike. Oxidačno-redukčný (redoxný) potenciál. Určenie redoxného potenciálu. Vplyv pH na redoxný potenciál. Vzťah medzi Gibbsovou energiou a redoxným potenciálom. Iónový elektrochemický gradient. Protonmotorická sila. Rovnovážna distribúcia iónov na membráne. Nernstov potenciál. Donnanova rovnováha.
2. Mitochondrie a oxidatívna fosforylácia
Mitochondrie - štruktúra a základné funkcie. Mitochondriálny genóm. Pôvod mitochondrií. Dýchací reťazec v mitochondriách. Komponenty dýchacieho reťazca. Mechanizmus elektrónového transportu v dýchacom reťazci. Transport protónov cez vnútornú mitochondriálnu membránu. Chemiosmotický protónový okruh. Využitie protónového elektrochemického potenciálu na syntézu ATP. Produkcia kyslíkových radikálov v dýchacom reťazci. Dýchací reťazec v baktériách.
3. Dýchací reťazec a syntéza ATP
NADH dehydrogenáza (komplex I) – štruktúra a mechanizmus fungovania. Mechanizmus pumpovania protónov v NADH dehydrogenáze. Inhibítory NADH dehydrogenázy. Sukcinát dehydrogenáza (komplex II) - štruktúra a katalytický mechanizmus. Cytochróm c reduktáza (komplex III) – štruktúra. Mechanizmus pumpovania protónov v komplexe III - Q cyklus. Cytochróm c oxidáza (komplex IV) – štruktúra a základné funkcie. Katalytický mechanizmus cytochróm c oxidázy. Pumpovanie protónov v cytochróm c oxidáze. Syntéza ATP v mitochondriách. ATP-syntáza (F1FO-ATP-áza) – štruktúra a základné funkcie. Mechanizmus syntézy ATP. Kontrola a regulácia syntézy ATP - termodynamický aspekt a kinetický aspekt. Odpojenie elektrónového transportu od tvorby ATP. Inhibítory ATP-syntázy. Protónový transport v ďalších ATP-ázach.
4. Regulácia oxidatívnej fosforylácie
Supramolekulová organizácia dýchacieho reťazca. Štruktúra dýchacieho superkomplexu. Faktory, ktoré ovplyvňujú supramolekulovú asociáciu dýchacieho reťazca. Mechanizmy priesaku protónov (proton leak) na vnútornej mitochondriálnej membráne. Pasívny a aktívny priesak protónov. Mechanizmus prešmyku (slipping mechanism). Odpájacie proteíny oxidatívnej fosforylácie. Analýza kontroly toku (flux control analysis). Typy respiračnej kontroly v mitochondriách - úloha ∆ψm. Regulácia oxidatívnej fosforylácie prostredníctvom fosforylácie cytochróm c oxidázy. Alosterická inhibícia cytochróm c oxidázy molekulami ATP.
5. Úloha mitochondrií pri vzniku ochorení a starnutí
Monitorovanie mitochondriálneho membránového potenciálu. Homeostáza Ca2+ v mitochondriách. Iniciácia apoptózy mitochondriách. Mitochondrie a nekróza. Mutácie v mitochondriálnom genóme. Medicínsky aspekt mitochondriálneho výskumu. Choroby spojené s defektmi a poruchami mitochondrií. Diagnóza a terapia s mitochondriami spojených ochorení. Mitochondriálna teória starnutia. História mitochondriálnej teórie starnutia. Tvorba kyslíkových radikálov a oxidatívny stres v mitochondriách. Testovateľné predikcie mitochondriálnej teórie starnutia. Možnosť predĺženia doby života biologických organizmov.
6. Fotosyntéza
Fotosyntéza – základné pojmy a definície. Chloroplasty – miesta realizácie fotosyntézy. Fotosystém I a fotosystém II – štruktúra a vlastnosti. Svetelná fáza fotosyntézy. Tmavá fáza fotosyntézy. Calvinov cyklus. Fixácia CO2. Fotosyntéza a tvorba ATP. Evolučné dôsledky fotosyntézy pre existenciu života – tvorba molekulového kyslíka. Fotosyntéza v baktériách.
7. Pumpy a iné transportné systémy v mitochondriách
Alternatívne spôsoby využitia transmembránového protónového gradientu. Tvorba tepla. Odpájacie proteíny. Mechanický pohyb častí buniek. Pohyb bakteriálnych buniek. Aktívny transport molekúl. Transportéry iónov a metabolitov v mitochondriách. Alternatívne spôsoby tvorby transmembránového protónového gradientu. Protónové pumpy. Bakteriorodopsín – štruktúra a základné mechanizmy fungovania. Primárne sodíkové pumpy. Klasifikácia iónového transportu v biologických membránach. Iónové pumpy riadené ATP.
Hlavným cieľom je poskytnúť relevantný prehľad o princípoch a súčasnom stave poznania v oblasti bioenergetiky. Dôraz je kladený na podrobný popis vlastností komponentov dýchacieho reťazca v mitochondriách, mechanizmu oxidatívnej fosforylácie a úlohe mitochondrií pri vzniku rôznych ochorení a starnutí. Cvičenia umožnia:
(1) získať schopnosť izolovať terminálny komponent dýchacieho reťazca, cytochróm c oxidázu, a skúmať katalytické vlastnosti tohto enzýmu alebo
2) získať schopnosť skúmať tvorbu a disipáciu membránového potenciálu a produkciu foriem reaktívneho kyslíka mitochondriami in situ pomocou techník konfokálnej mikroskopie. Navyše, študent získa praktickú skúsenosť so stanovením aktivity mitochondriáleho dýchacieho reťazca pomocou vysokocitlivej respirometrie.
Hlavným cieľom je poskytnúť relevantný prehľad o princípoch a súčasnom stave poznania v oblasti biologickej termodynamiky. Dôraz je kladený na popis termodynamických charakteristík interakcií biologických makromolekúl s nízkomolekulovými ligandami, vplyvu týchto interakcií a rôznych fyzikálno-chemických faktorov na stabilitu biopolymérov. Cvičenia umožnia študentom získať skúsenosti a zručnosti pri štúdiu termodynamických charakteristík interakcií biomakromolekula-ligand metódami izotermálnej titračnej kalorimetrie a diferenčnej skenujúcej kalorimetrie.
1. P. Atkins and J. de Paula. Physical Chemistry (9th Edition), Oxford University Press,
2010.
2. R.Chang. Physical Chemistry for the Biosciences, University Science Book, 2006.
3. D.T. Haynie. Biological Thermodynamics (2nd Edition), Cambridge University Press,
2008.
4. Ch.P. Woodbury. Macromolecular Binding Equilibria, CRC Press, 2008.
5. D.A. Beard and H. Qian. Chemical Biophysics, Cambridge University Press, 2008.
6. A. Ben-Naim. A Farewell to Entropy: Statistical Thermodynamics Based on
Information, World Scientific Publishing Co.Pte. Ttd., 2008.
7. T.E. Creighton (Ed.). Protein folding, W.H. Freeman and Company, 1992.
8. P. Nelson. Biological Physics, W.H. Freeman and Company, 2008.
9. I.N. Serdyuk, N.R. Zaccai and J. Zaccai. Methods in modern biophysics, Cambridge
University Press, 2007.
Samostatná práca na projekte.
Samostatná práca na projekte.
Skúška a obhajoba projektu.
Študent by mal na skúške preukázať preukázať značné znalosti zo širokého okruhu preberanej látky uvedenej v stručnej osnove predmetu a taktiež prezentovať výsledky svojej práce na samostatnom mini-projekte z vybranej oblasti výskumu biologickej termodynamiky.
slovenský jazyk
anglický jazyk
1. Repetitórium základov termodynamiky – 3 hodiny
1. termodynamický zákon. Vnútorná energia, práca, teplo. Entalpia. Tepelná kapacita. Reakčná entalpia. Teplotná závislosť reakčných entalpií – Kirchhoffov zákon.
2. termodynamický zákon. Termodynamická definícia entropie. Zmeny entropie pri špecifických procesoch. Závislosť entropie od teploty. Štatistická interpretácia entropie. Boltzmanova rovnica.
3. termodynamický zákon. Nernstov teorém tepla.
Helmholtzova a Gibbsova voľná energia. Štandardná Gibbsova energia chemickej reakcie. Závislosť Gibbsovej energie od teploty – Gibbs-Helmholtzova rovnica. Závislosť Gibbsovej energie od tlaku pre pevné látky, kvapaliny a plyny. Parciálna molárna Gibbsova energia, chemický potenciál. Chemická rovnováha. Gibbsova energia chemickej reakcie. Rovnovážna konštanta chemickej reakcie. Vplyv teploty na rovnovážnu konštantu – van‘t Hoffova rovnica.
2. Termodynamika molekulových asociácií – 5 hodín
Príklady molekulových asociácií a ich význam pre biologické systémy. Fyzikálna podstata interakcií medzi makromolekulami a nízkomolekulovými ligandami a medzi makromolekulami navzájom.
Väzobné miesta v proteínoch a nukleových kyselinách. Disociačné a asociačné väzobné konštanty. Stanovenie disociačnej väzobnej konštanty – Langmuirova izoterma.
Kooperativita pri interakciách ligand-makromolekula. Kooperativita - simultánne viazanie ligandov, Hillova rovnica. Kooperativita – postupné viazanie ligandov.
Alosterické interakcie. Alosterický prechod v makromolekulách s jedným väzobným miestom. Kvalitatívny popis modelu Monod-Wyman-Changeaux pre kooperatívne viazanie ligandov na makromolekuly. Sekvenčný Koshland- Nemethy-Filmerov model kooperativity väzby ligandov na makromolekuly.
Agregácia a kooperativita. Agregácia receptorov ako zdroj kooperativity. Negatívna kooperativita.
Väzba ligandov do väzobných miest s mriežkovou štruktúrou. McGhee-von Hippelov model. Viazanie ligandov do dvojdimenzionálnych mriežok – Stankovského model.
Experimentálne metódy používané pri štúdiu interakcie ligand-makromolekula. Určenie parametrov interakcie ligand-makromolekula prostredníctvom spektroskopických metód. Štatistická analýza väzobných dát.
3. Termodynamická stabilita biomakromolekúl a biologických štruktúr – 4 hodiny
Stabilita štruktúry proteínov. Tepelná denaturácia proteínov. Kalorimetrická a van‘t Hoffova entalpia denaturácie proteínov. Chemická denaturácia proteínov. Fyziologické konzekvencie nesprávne zbalených proteínov.
Denaturácia nukleových kyselín. Prechod špirála-klbko v DNA. Metódy určovania termodynamických parametrov prechodu špirála-klbko. Renaturácia a hybridizácia nukleových kyselín.
Fázové prechody v biologických membránach. Využitie kalorimetrických techník pri štúdiu fázových prechodov v membránach. Fyziologické aspekty fázových prechodov v biologických membránach.
4. Experimentálne metódy biologickej termodynamiky – 3 hodiny
Diferenčná skenujúca kalorimetria (DSC) – základné princípy. Diferenčný skenujúci kalorimeter – popis experimentálneho zariadenia. Aplikácia DSC pri štúdiu stability biologických makromolekúl a ich interakcií s nízkomolekulovými ligandami.
Izotermálna titračná kalorimetria (ITC) – základné princípy. Izotermálny titračný kalorimeter – popis experimentálneho zariadenia. Aplikácia ITC pri štúdiu termodynamických parametrov interakcií biomakromolekúl s nízkomolekulovými ligandami.
Okruhy pre blokovú výučbu
1. Úvod do termodynamiky
1. termodynamický zákon. Vnútorná energia, práca, teplo. Entalpia. Tepelná kapacita. Reakčná entalpia. Teplotná závislosť reakčných entalpií – Kirchhoffov zákon. 2. termodynamický zákon. Termodynamická definícia entropie. Zmeny entropie pri špecifických procesoch. Závislosť entropie od teploty. Štatistická interpretácia entropie. Boltzmanova rovnica. 3. termodynamický zákon. Nernstov teorém tepla. Helmholtzova a Gibbsova voľná energia. Štandardná Gibbsova energia chemickej reakcie. Závislosť Gibbsovej energie od teploty – Gibbs-Helmholtzova rovnica. Závislosť Gibbsovej energie od tlaku pre pevné látky, kvapaliny a plyny. Parciálna molárna Gibbsova energia, chemický potenciál. Chemická rovnováha. Gibbsova energia chemickej reakcie. Rovnovážna konštanta chemickej reakcie. Vplyv teploty na rovnovážnu konštantu – van‘t Hoffova rovnica.
2. Termodynamika molekulových asociácií
Príklady molekulových asociácií a ich význam pre biologické systémy. Fyzikálna podstata interakcií medzi makromolekulami a nízkomolekulovými ligandami a medzi makromolekulami navzájom. Väzobné miesta v proteínoch a nukleových kyselinách. Disociačné a asociačné väzobné konštanty. Stanovenie disociačnej väzobnej konštanty – Langmuirova izoterma. Kooperativita pri interakciách ligand-makromolekula. Kooperativita - simultánne viazanie ligandov, Hillova rovnica. Kooperativita – postupné viazanie ligandov. Alosterické interakcie. Alosterický prechod v makromolekulách s jedným väzobným miestom. Kvalitatívny popis modelu Monod-Wyman-Changeaux pre kooperatívne viazanie ligandov na makromolekuly. Sekvenčný Koshland- Nemethy-Filmerov model kooperativity väzby ligandov na makromolekuly. Agregácia a kooperativita. Agregácia receptorov ako zdroj kooperativity. Negatívna kooperativita. Väzba ligandov do väzobných miest s mriežkovou štruktúrou. McGhee-von Hippelov model. Viazanie ligandov do dvojdimenzionálnych mriežok – Stankovského model. Experimentálne metódy používané pri štúdiu interakcie ligand-makromolekula. Určenie parametrov interakcie ligand-makromolekula prostredníctvom spektroskopických metód. Štatistická analýza väzobných dát.
3. Termodynamická stabilita biomakromolekúl a biologických štruktúr
Stabilita štruktúry proteínov. Tepelná denaturácia proteínov. Kalorimetrická a van‘t Hoffova entalpia denaturácie proteínov. Chemická denaturácia proteínov. Fyziologické konzekvencie nesprávne zbalených proteínov. Denaturácia nukleových kyselín. Prechod špirála-klbko v DNA. Metódy určovania termodynamických parametrov prechodu špirála-klbko. Renaturácia a hybridizácia nukleových kyselín. Fázové prechody v biologických membránach. Využitie kalorimetrických techník pri štúdiu fázových prechodov v membránach. Fyziologické aspekty fázových prechodov v biologických membránach.
4. Experimentálne metódy biologickej termodynamiky
Diferenčná skenujúca kalorimetria (DSC) – základné princípy. Diferenčný skenujúci kalorimeter – popis experimentálneho zariadenia. Aplikácia DSC pri štúdiu stability biologických makromolekúl a ich interakcií s nízkomolekulovými ligandami. Izotermálna titračná kalorimetria (ITC) – základné princípy. Izotermálny titračný kalorimeter – popis experimentálneho zariadenia. Aplikácia ITC pri štúdiu termodynamických parametrov interakcií biomakromolekúl s nízkomolekulovými ligandami.
Hlavným cieľom je poskytnúť relevantný prehľad o princípoch a súčasnom stave poznania v oblasti biologickej termodynamiky. Dôraz je kladený na popis termodynamických charakteristík interakcií biologických makromolekúl s nízkomolekulovými ligandami, vplyvu týchto interakcií a rôznych fyzikálno-chemických faktorov na stabilitu biopolymérov. Cvičenia umožnia študentom získať skúsenosti a zručnosti pri štúdiu termodynamických charakteristík interakcií biomakromolekula-ligand metódami izotermálnej titračnej kalorimetrie a diferenčnej skenujúcej kalorimetrie.
Skúška a obhajoba projektu.
Hlavným cieľom kurzu je zvýšiť a prehĺbiť úroveň vedomostí doktorandov týkajúcich sa biologických procesov v bunke, ktoré podmieňujú bunkovú a subcelulárnu signalizáciu a reguláciu. Súčasne je cieľom kurzu oboznámiť študentov s modernými multidisciplinárnymi prístupmi na sledovanie bunkových signálnych ciest ako sú bunkové kultúry, imunocytochémia, prietoková cytometria, izolácia a identifikácia proteínov v kombinácii s fluorescentnou mikroskopiou.
1. B. Alberts, D. Bray, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts and P. Walter: Essental Cell Biology, Garland Publishing, New York, USA, 1998, Czech translation: Základy bunečné biologie, Espero publishing, Ústi nad Labem
2. B. Alberts, D. Bray, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts and P. Walter: Molecular Biology of the Cell, fifth Edition, Garland Science 2008
3. Alice L. Givan: Flow Cytometry, first principles, second edition, Wiley, 2001
4. E. Newsholme and T. Leech: Functional biochemistry in Health and Disease, Wiley, 2009
5. Joseph R. Lakowicz: Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third edition, Springer 2006
6. Otto S. Wolfbeis: Fluorescence methods and applications. Annals of NY Acad.Sciences 2008
7. Ewa M. Goldys: Fluorescence Applications in Biotechnology and the Life Sciences, 2009, Wiley-Blackwell
8. Sean R. Gallagher and Emily A. Wiley” Current Protocols Essential Laboratory Techniques. 2008, Wiley
9. Short Protocols in Molecular Biology Vol 1, 2, Fifth Edition 2002, Wiley
Samostatná práca na projekte.
Samostatná práca na projekte.
60 min prednáška/prezentácia projektu súvisiaceho s témou dizertačnej práce s dôrazom na molekulárne procesy prebiehajúce v bunkách.
slovenský a anglický
Okruhy pre blokovú výučbu.
1. Štruktúra a funkcie bunky.
2. Signalizácia v bunke. Teoretické základy metód pre pestovanie bunkových kultúr a zobrazovanie buniek/proteínov. Fluorescentná mikroskopia. Proteíny a imunoeseje.
Cvičenia:
1. Kultivácia buniek.
2. Prietoková cytometria.
3. Fluorescentná mikroskopia.
4. Izolácia proteínov a zobrazovacie metódy.
Projekty:
Záverečná práca na vybranú tému.
Hlavným cieľom kurzu je zvýšiť a prehĺbiť úroveň vedomostí doktorandov týkajúcich sa biologických procesov v bunke, ktoré podmieňujú bunkovú a subcelulárnu signalizáciu a reguláciu. Súčasne je cieľom kurzu oboznámiť študentov s modernými multidisciplinárnymi prístupmi na sledovanie bunkových signálnych ciest ako sú bunkové kultúry, imunocytochémia, prietoková cytometria, izolácia a identifikácia proteínov v kombinácii s fluorescentnou mikroskopiou.
Skúška a obhajoba projektu.
Absolvovanie certifikovaného odborného kurz.
Doktorand získava aktuálne vedecké poznatky, rozvíja spôsobilosti vedeckej práce a oboznamuje sa s metodikami sprístupňovania vedeckých poznatkov. Konfrontuje vlastné vedomosti a zručnosti s ostatnými účastníkmi kurzu, rozvíja spôsobilosti rovesníckej diskusie v danom vednom odbore.
Cieľom je aktualizovať teoretické vedomosti a zároveň poskytnúť praktickú skúsenosť s pokročilými teoretickými a počítačovými metódami molekulárnej vedy a komplexných biologických systémov. Kurz osvieži existujúce znalosti a poskytne študentom pohľad do súčasných pokrokov v tejto oblasti výskumu, ktorý otvára nové možnosti detailnej chrakterizácie molekúl a udalostí vo vnútri živých buniek, osobitne za fyziologických podmienok. Má ťažisko zamerané na vysokoúrovňový popis, založený na vysokoobjemových experimentálnych dátach a efektívnom počítačovom popise použitím fenomenologických prístupov. Teoretické prednášky budú doplnené rozsiahlymi praktickými cvičeniami v novovybavenom Laboratóriu molekulárnych simulácií a pokročilých vizualizačných techník. Od študentov sa očakáva, že budú pracovať na menších projektoch zvolených na začiatku kurzu, s písomným reportom považovaným za časť ich záverečnej skúšky.
1. van Kampen, N.G, Stochastic processes in physics and chemistry, Elsevier, 2001
2. Binder, K, and Heermann, D. W. Monte Carlo simulation in statistical physics, Springer, 2002
3. Barabasi, A.L, and Stanley, H.E, Fractal concepts in surface growth, Cambridge University Press, 199
4. Morrison, R. W, Designing evolutionary algorithms for dynamic environments, Springer, 2004
5. Ilachinski, A, Cellular automata, World Scientific, 2002
6. Uri Alon, An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits, 1st ed. (Chapman and Hall/CRC, 2006).
7. A. Malcolm Campbell and Laurie J. Heyer, Discovering Genomics, Proteomics and Bioinformatics, 2nd ed. (Benjamin Cummings, 2006).
8. vedecké články popisujúce aktuálne metódy
Samostatná práca na projekte.
Samostatná práca na projekte.
Skúška a obhajoba projektu. Môže byť v písomnej podobe.
Prednášky:
Simulačné a optimalizačné techniky
Stochastické procesy vo fyzike, chémii a biológii. Štatistický popis čŕt komplexných systémov. Modelovanie a simulácia komplexných systémov. Stochastické optimalizačné techniky.
Modelovanie v systémovej biológii
Základy molekulárnej biológie, genomiky, proteomiky a bioinformatiky (experimentálne zdroje dát). Molekulárne reakčné siete. Vysokopriepustné experimenty a dáta (hnotnostná spektroskopia, microarrays). Modelovanie komplexných procesov, metódy umelej inteligencie, dolovanie dát).
Cvičenia:
1. Počítačová implementácia celulárnych automatov.
2. Paralelná implementácia genetických algoritmov.
3. Konštrukcia a simulácia molekulárnych reakčných sietí.
Projekt:
Záverečná práca na vybranú tému.
Cieľom je aktualizovať teoretické vedomosti a zároveň poskytnúť praktickú skúsenosť s pokročilými teoretickými a počítačovými metódami molekulárnej vedy a komplexných biologických systémov. Kurz osvieži existujúce znalosti a poskytne študentom pohľad do súčasných pokrokov v tejto oblasti výskumu, ktorý otvára nové možnosti detailnej chrakterizácie molekúl a udalostí vo vnútri živých buniek, osobitne za fyziologických podmienok. Má ťažisko zamerané na vysokoúrovňový popis, založený na vysokoobjemových experimentálnych dátach a efektívnom počítačovom popise použitím fenomenologických prístupov. Teoretické prednášky budú doplnené rozsiahlymi praktickými cvičeniami v novovybavenom Laboratóriu molekulárnych simulácií a pokročilých vizualizačných techník. Od študentov sa očakáva, že budú pracovať na menších projektoch zvolených na začiatku kurzu, s písomným reportom považovaným za časť ich záverečnej skúšky.
Prípustné samoštúdium poskytnutých materiálov a práca doma, podporovaná skype/videokonferenčnými konzultáciami.
Skúška a obhajoba projektu.
Publikácia prijatá v domácom časopise ako autor/spoluautor
Publikovaním v domácom časopise ako autor/spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Aktívna účasť na domácej konferencii.
Aktívnou účasťou na domácej vedeckej konferencii doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu vo svojom vednom odbore. Demonštruje spôsobilosť reflektovať konkrétny vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie a komunikovať výsledky výskumu širšiemu publiku adekvátnymi prostriedkami a prostredníctvom slovenského jazyka
Aktívna účasť na domácej konferencii so zahraničnou účasťou.
Aktívnou účasťou na vedeckej konferencii doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu vo svojom vednom odbore. Demonštruje spôsobilosť reflektovať konkrétny vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie a komunikovať výsledky výskumu širšiemu publiku adekvátnymi prostriedkami a prostredníctvom slovenského alebo cudzieho jazyka
1. Methods in Protien Biochemistry, De Gruyter, 2012, Ed. H. Tschesche
2. Ulrich Kubitscheck (ed) Fluorescence microscopy, Wiley-Blackwell, 2013
2. Greg Haugstadt, Atomic Force microscopy, Wiley, 2012
3. J. Nadeau. Introduction to Experimental biophysics, CRC Press 2012
4. N. Matubayasi: Surface tension and related thermodynamic quantities of aqueous electrolyte solutions, CRC Press 2014
5. Stefan S. Sarge, Gunther W. H. Hohne and Wolfgang Hemminger, Calorimetry, Wiley-VCH, 2014
6. Laurence Barron, Molecular Light Scattering and Optical Activity, Cambridge University Press, 2004
7. Mark C. Leake, Single-Molecule Cellular Biophysics, Cambridge Unoversity Press, 2013
8. V. Uversky, S. Longhi: Instrumentalanalysis of intrinsically disordered proteins, Wiley 2010
9. Pôvodné vedecké práce a prehľadné práce nadväzujúce na tému doktorandského štúdia
Študent pre absolvovanie predmetu má ukázať, že má vedomosti z preberanej látky v rozsahu uvedenom v osnove predmetu. Súčasťou absolvovania predmetu je práca na projekte, ktorý pozostáva zo samostatnej experimentálnej práce s cieľom charakterizovať vlastnosti proteínov – uskutočnenie experimentov pomocou viacerých experimentálnych techník, analýza získaných experimentálnych údajov – obhajoba experimentu
slovenský, anglický
1. Spektroskopické metódy štúdia proteínov - všeobecné aspekty UV-VIS absorpčnej spektroskopie, fluorescenčná, FTIR spektroskopia, metóda kruhového dichroizmu.
2. Nukleárna magnetická rezonancia, príklady určenia štruktúry proteínov na základe NMR dát. Hmotnostná spektroskopia voľných aminokyselín a peptidov, príklady NMR spektier peptidov. Výhody a nevýhody spektroskopických metód.
3. Röntgenová kryštalografia, malouhlových rozptyl– princípy a možnosti použitia pre štúdium proteínov.
4. Stanovenie termodynamických parametrov stability proteínov a ich komplexov – diferenčná skenujúca kalorimetria a izotermálna titračná kalorimetria – využitie pri štúdiu transformačných prechodov proteínov a tvorbe makromolekulárnych komplexov.
5. Zobrazovacie metódy – atómová silová mikroskopia, transmisná elektrónová mikroskopia, povrchová elektrónová mikroskopia a fluorescenčná mikroskopia.
6. Štúdium interakcií proteín – ligand pomocou povrchovej plazmónovej rezonancie.
7. povrchového vlastnosti proteínov.
8. Separačné metódy zmesí aminokyselín a proteínov – rôzne druhy chromatografií, elektroforéza, HPLC.
9. Metódy na určenie primárnej, sekundárnej a terciárnej štruktúry proteínov, kvantitatívna a kvalitatívna analýza.
Hlavným cieľom je poskytnúť relevantný prehľad o princípoch a možnostiach využitia biofyzikálnych experimentálnych techník pri štúdiu vlastností proteínov a proteínových komplexov. Dôraz je kladený na klasické techniky štúdia štruktúry a konformačných stavov proteínov, ako aj pokročilé techniky štúdia tvorby komplexov proteínov s ligandami a nadmolekulárnych komplexov proteínov.
Cvičenia umožnia získať schopnosť študovať vplyv prostredia a ligandov na vlastnosti proteínov a proteínových komplexov, študovať vplyv interakcií proteín – ligand na štruktúru a stabilitu proteínov.
Charakterizácia vlastostí proteínov pomocou spektroskopických, mikroskopických, optických a kalorimetrických techník
Experiment:
Samostatná experimentálna práca, analýza nameraných dát
1. B. E. A. Saleh, M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John-Wiley & Sons 2007 New Jersey
2. W. Demtroder, Laser Spectroscopy, Springer-Verlag 2008 Berlin
Ústna skúška v rámci ktorej študenti prezentujú teoretické vedomosti z jednotlivých tematických
okruhov, ktoré sú uvedené v stručnej osnove predmetu, resp. preukážu schopnosť nájsť prepojenia
a súvislosti medzi rôznymi oblasťami fotoniky a optiky.
Slovenský jazyk
1. Prehľad základov optiky a fotoniky (repetitórium Fotonika I)
2. Prehľad základov laserovej fyziky (repetitórium Fotonika I)
3. Fotonické kryštály
4. Optika kovov a metamateriálov
5. Optické vlnovody
6. Optické vlákna
7. Polovodičová optika
8. LED zdroje a laserové diody
9. Fotodetektory
10. Akusto-optika a elektro-optika: vybrané kapitoly
11. Nelineárna optika: vybrané kapitoly
12. Optika krátkych pulzov
Absolvovaním predmetu študent získa: a) zopakovanie základných znalostí v oblasti otiky, fotoniky a fyziky laserov b) prehľad o princípe fungovania a aplikáciách špecifických optických prvkov a zariadení, ktoré sa využívajú vo fotonických, resp. laserových experimentoch.
Zborník príspevkov z Jarnej školy doktorandov vydaný na záver podujatia.
Aktívna účasť na Jarnej škole doktorandov. Prezentácia výsledkov vlastnej vedeckej práce alebo vedeckého projektu doktorandského štúdia.
slovenský, anglický
1. Interdisciplinárne prednášky z odborov medicína, prírodné vedy,právo, verejná sráva, humanitné vedy. Prednášatelia - špičkoví zahraniční alebo domáci odborníci z uvedených odboroch.
2. Vedecké prednášky v sekciách vytvorených rámci príbuzných odborov. Prednášatelia - špičkoví odborníci z UPJŠ z uvedených odborov.
3. Vedecké príspevky doktorandov v sekciách príbuzných odborov.
4. Panelové diskusie k problematike doktorandského štúdia a k aktuálnym trendom rozvoja vedných disciplín na UPJŠ.
1. Interdisciplinárne prednášky z odborov medicína, prírodné vedy,právo, verejná sráva, humanitné vedy. Prednášatelia - špičkoví zahraniční alebo domáci odborníci z uvedených odboroch.
2. Vedecké prednášky v sekciách vytvorených rámci príbuzných odborov. Prednášatelia - špičkoví odborníci z UPJŠ z uvedených odborov.
3. Vedecké príspevky doktorandov v sekciách príbuzných odborov.
4. Panelové diskusie k problematike doktorandského štúdia a k aktuálnym trendom rozvoja vedných disciplín na UPJŠ.
100/0
Získanie vedomostí o aktuálnych trendoch rozvoja vedných disciplín na UPJŠ v domácom i medzinárodnom kontexte. Prezentácia vlastných vedeckých výsledkov alebo vedeckého projektu doktorandského štúdia v komunite doktorandov vlastného odboru i príbuzných vedných odborov.
1. Peter Tompa, Structure and Function of Intrinsically Disordered proteins, CRC Press, 2010
2. Peter Jomo Walla, Modern Biophysical Chemistry, Wiley-VCH, 2014
3. Patric F. Dillon, Biophysics – a physiological approach, Cambridge University Press, 2012
4. V. Uversky, A Fink, Protein Misfolding, Aggregation and Conformational Diseases: Part B: Molecular Mechanisms of Conformational Diseases, Springer, 2010
5. E. Sigurson et al., Amyloid proteins.Springer, 2012
6. vedecké časopisy a články
Samostatná práca na projekte, obhajoba projektu a skúška. Študent pre absolvovanie predmetu má ukázať, že má vedomosti z preberanej látky v rozsahu uvedenom v osnove predmetu. Okrem toho je potrebné vypracovať a obhájiť projekt na tému týkajúcu sa konformačných porúch proteínov.
slovenčina a angličtina
1. Základné princípy štruktúry a funkcie proteínov.
Natívna konformácia proteínov, koformačná stabilita a jej vzťah k funkcii proteínov. Globulárne proteíny - primárna, sekundárna, terciárna štruktúra, kvartérna štruktúra. Prirodzene rozbalené proteíny – zloženie a funkcia v organizmoch.
2. Podrobná charakteristika priestorovej štruktúry proteínov.
Typy sekundárnych štruktúr – α-helixy, β skladané listy a otočky, supersekundárne štruktúry. Ramachandranova závislosť. Terciárna štruktúra – typy interakcií (hydrofóbne, vodíkové, sdisulfidové, van der Waalsove, elektrostatické). Kvartérna štruktúra – štruktúrne domény, homo a hetero- dimerizácia, oligomerizácia.
3. Zbaľovanie proteínov – protein “folding”, “misfolding” a agregácia.
Termodynamika zbaľovania proteínov - energetický lievik. Levintalov paradox. Úloha intracelulárneho prostredia pri zbaľovaní proteínov. Chaperóny. Nesprávne zbaľovanie proteínov. Nenatívne konformácie proteínov, tvorba supramolekulárnych komplexov, agregácia. Bunkové procesy spojené s agregáciou proteínov.
4. Amyloidná agregácia proteínov a peptidov.
Charakteristika amyloidných agregátov. Základné princípy amyloidnej agreácie proteínov a peptidov. Faktory promieňujúce tvorbu amyloidných agregátov. Fyziologická funkcia amyloidných agregátov.
5. Databázové nástroje štúdia proteínov.
PDB databáza, DisProt – natívne rozbalené proteíny, prediktory amyloidogénnych oblasti štruktúr proteínov. AlphaFold – prediktor 3D štruktúr.
6. Vzťah medzi nenatívnymi konformáciami proteínov a ochoreniami.
Základná charakteristika ochorení spôsobených agregáciou proteínov – sporadické, dedičné, systémové, prenosné. Toxicita amyloidných agregátov.
7. Terapeutické prístupy ku konfirmačných ochoreniam.
Identifikácia inhibítorov amyloidnej agregácie – malé molekuly, peptidy, nanočastice. Podrobná charakteristika organických inhibítorov – štruktúrne parametre. Charaktierizácia nanočastíc. Multitargetové inhibitory. Protilátky.
Hlavným cieľom je poskytnúť prehľad o súčasnou stave poznania v oblasti konformačných porúch proteínov a s nimi spojených ochorení. Dôraz je kladený na podrobný popis jednotlivých typov štruktúr a interakcií zodpovedných za konformačnú dynamiku proteínov.
Ďalším cieľom je pochopenie princípov amyloidnej agregácie globulárnych a prirodzene neusporiadaných proteínov.
Konzultant záverečnej práce.
Konzultovaním záverečnej práce doktorand preukazuje široké a vedecky podložené poznanie v študijnom odbore, ako aj poznanie širokého spektra metód a prístupov. Preukazuje spôsobilosť kriticky posúdiť odborný problém a jeho navrhované riešenie, ako aj vyhodnotiť ho a prípadne navrhnúť iné riešenie. Aplikuje poznatky a spôsobilosti z oblasti pedagogických vied do vlastného odboru.
B. Hille: Ionic channels of excitable membranes, Sinauer Associates, 2001
B. Sakmann, E. Neher: Single-channel recording, Springer, 2009 - vybrané kapitoly
Kolektív: Biomembrány. Ústav molekulárnej fyziológie a genetiky SAV, 2010 - vybrané kapitoly
B. Alberts: Molecular Biology of the Cell - vybrané kapitoly
Pôvodné vedecké práce a prehľadné práce nadväzujúce na tému doktorandského štúdia.
V priebehu semestra študent vypracuje 5 protokolov z cvičení (po 10 bodov) a seminárnu prácu (40 bodov). Kredity sa neudelia študentovi, ktorý z niektorej previerky získa menej ako 20 bodov zo seminárnej práce, alebo menej ako 5 bodov z niektorého protokolu.
anglický a slovenský
Blok 1: Základné poznatky o bunkách a biomolekulách. Štruktúra bunky. Nukleové kyseliny, proteíny, lipidy, ich úlohy v bunke. Membránové proteíny. Aktívny a pasívny transport cez bunkové membrány.
Blok 2:
Fylogeneticky vývoj iónových kanálov. Napäťovo závislé kanály. Vápnikom aktivované kanály. Agonistami a receptormi aktivované iónové kanály. Aktivácia, inaktivácia, deaktivácia napäťovo závislých kanálov. Vlastnosti napäťovo závislých iónových kanálov v bunkách a vznik akčného potenciálu. Hodgkin-Huxleyho model sodíkového a draslíkového kanála. Vrátkovacie prúdy. Alosterický model aktivácie, MWC modely. Markovovské procesy. Vodivosť a permeabilita kanálov. Mechanizmus permeácie iónov v draslíkových a vápnikových kanáloch. Modelovanie permeácie iónov. Štruktúra napäťovo závislých iónových kanálov.
Blok 3:
Vápniková signalizácia v bunkách a ich organelách. Časová a koncentračná dynamika vápnika pri procesoch neuronálnej signalizácie, svalovej kontrakcie, fertilizácie oocytov. Spriahnutie excitácie s kontrakciou v kostrovej a srdcovej svalovej bunke. Prenos signálu medzi vápnikovými kanálmi a ryanodínovými receptormi. Experimentálne metódy štúdia spriahnutia excitácie s kontrakciou. Spojenie elektrofyziologických a optických metód. Sledovanie aktivity iónových kanálov - patch clamp, voltage clamp, BLM techniky. Sledovanie globálnej a lokálnej koncentrácie vápnika v cytozole a v sarkoplazmatickom retikule, vápnikové záblesky, vápnikové hroty, vápnikové vlny, vápnikové blinky. Stimulácia elektrickým poľom.
Blok 4:
Mitochondrie. Vnútorná a vonkajšia mitochondriálna membrána. Základy bunkovej energetiky. Enzýmy elektrón-transportného reťazca. Transport protónov cez vnútornú mitochondriálnu membránu. Využitie protónového elektrochemického potenciálu na syntézu ATP. Produkcia kyslíkových radikálov v dýchacom reťazci. Sledovanie redox stavu buniek a tvorby voľných radikálov pomocou fluorescenčných sond. Interakcia mitochondrií so sarkoplazmatickým retikulom v svalových bunkách. Procesy mitochondriálnej fúzie a štiepenia a ich sledovanie pomocou fotokonvertibilných proteínov.
Doktorand sa oboznámi s najnovšími poznatkami a experimentálnymi metódami v oblasti molekulovej biofyziky s dôrazom na biofyziku iónových kanálov, vápnikovú homeostázu a energetiku buniek. Pomocou laboratórnych cvičení a počítačových simulácií študent spozná biofyzikálne princípy iónovej homeostázy, transportu iónov, a funkcie vybraných enzýmov. Naučí sa aktívne pracovať s odbornou literatúrou. Tieto vedomosti bude vedieť využiť pri vedeckej práci na téme svojej dizertačnej práce.
Cieľom predmetu je prehĺbenie a aktualizovanie poznatkov z oblastí tvoriacich objekt výskumu molekulovej biofyziky s dôrazom na štruktúru a dynamiku najdôležitejších biopolymérov (nukleové kyseliny a proteíny), ako aj procesy molekulových asociácií a molekulového rozpoznávania.
1. M.B. Jackson, Molecular and cellular biophysics, Cambridge University Press, 2006.
2. M. Daune, Molecular biophysics - Structures in motion, Oxford University Press, 2004.
3. R. Glaser, Biophysics, Springer Verlag, 2001.
4. C.R. Cantor and P.R. Schimmel, Biophysical chemistry I-III, Freeman and Co., 1980.
5. W. Hoppe and W. Lohmann, Biophysics, Springer Verlag, 1986.
6. M.V. Volkenstein, Biofizika, Nauka, Moskva, 1988.
7. R.M.J. Cotterill, Biophysics, John Wiley & Sons Ltd, 2002.
8. P. Atkins and J. de Paula, Physical chemistry (7th Edition, Oxford University Press, 2002.
9. R. Chang, Physical chemistry for the biosciences, University Science Book, 2005.
slovenský jazyk
anglický jazyk
Vnútromolekulové a medzimolekulové interakcie v biologických systémoch.
Konformácie biopolymérov. Teoretické prístupy k štúdiu konformácii biomakromolekúl. Funkcie a štruktúry nukleových kyselín. Polymorfizmus a flexibilita DNA. Konformácie proteínov. Analýza sekundárnej, terciárnej a kvartérnej štruktúry polypeptidov.
Dynamika biopolymérov. Konformačné zmeny - prechod špirála-klbko v DNA, denaturácia proteínov, fázové prechody v biomembránach. Kinetika konformačných zmien. Hydratácia nukleových kyselín a proteínov.
Biopolyméry ako polyelektrolyty. Polyelektrolytické roztoky a Debye-Huckelova teória.
Modelovanie v molekulovej biofyzike (Poisson-Boltzmanova rovnica, Tanford-Kirkwoodov model, metóda Monte Carlo).
Medzimolekulové asociácie. Alosterické interakcie. Mechanizmy a špecificita molekulového rozpoznávania. Tvorba subcelulárnych štruktúr.
Kinetika chemických a biofyzikálnych procesov. Teoretický popis chemických procesov z kinetického hľadiska (Eyringova teória, Kramersova teória). Kinetika asociácie ligand-makromolekula. Kinetika multistavových procesov. Marcusova teória elektrónového transportu v biopolyméroch.
Fotofyzikálne a fotochemické procesy na molekulovej úrovni-fotodynamický efekt.
Cieľom predmetu je prehĺbenie a aktualizovanie poznatkov z oblastí tvoriacich objekt výskumu molekulovej biofyziky s dôrazom na štruktúru a dynamiku najdôležitejších biopolymérov (nukleové kyseliny a proteíny), ako aj procesy molekulových asociácií a molekulového rozpoznávania.
Aktívna účasť na medzinárodnej konferencii v zahraničí.
Aktívnou účasťou na medzinárodnej vedeckej konferencii v zahraničí doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu vo svojom vednom odbore. Demonštruje spôsobilosť reflektovať konkrétny vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie a komunikovať výsledky výskumu širšiemu publiku adekvátnymi prostriedkami a prostredníctvom cudzieho jazyka
1. B. Halliwell and J.M.C. Gutteridge: Free Radicals in Biology and Medicine, Oxford Science Publications, 2000
2. M.B. Jackson: Molecular and Cellular Biophysics, Cambridge Univ. Press 2006
3. R.M.J. Cotterill: Biophysics – An Introduction, J.Wiley & Sons,Ltd. 2002
4. G. Krauss: Biochemistry of Signal Transduction and Regulation, Wiley/VCH 2003
Aktívne riešenie zadaných problémov k problematike; účasť na prednáškach; skúška.
slovenský a anglický
Okruhy pre blokovú výučbu:
1. Oxidačný stres – všeobecný úvod
Oxidačný stres- úvod a história. Teórie starnutia. Mitochondriálna, radikálová teória starnutia. Kyslík a jeho deriváty. Reaktívne formy kyslíka (ROS). Voľné radikály. Zdroje ROS. Chémia voľných radikálov a neradikálových reaktívnych druhov. Oxidačné poškodenie biomolekúl. Oxidačné poškodenie jadrovej a mitochondriálnej DNA. Peroxidácia lipidov. Produkty peroxidácie lipidov. Oxidačné modifikácie proteínov.
2. Úloha mitochondrií pri vzniku oxidačného stresu
Štruktúra a funkcia mitochondrií – všeobecný úvod. Mitochondriálny elektrón-transportný reťazec. Tvorba kyslíkových radikálov a oxidačný stres v mitochondriách. Popis jednotlivých elektrón-transportných komplexov a ich úlohy pri oxidačnom strese. Monitorovanie membránového potenciálu mitochondrií. Spúšťanie apoptózy v mitochondriách.
3. Bunkový redoxný stav: voľné radikály a oxidačný stres
Tvorba a základná charakterizácia jednotlivých reaktívnych druhov. Singletový kyslík. Superoxidový radikál. Peroxid vodíka. Hydroxylový radikál. Peroxylové redikály. Reaktívne formy dusíka (RNS). Chémia voľných radikálov a príbuzných reaktívnych druhov. Reakčný mechanizmus radikálov. Chémia radikálov, termodynamika a kinetika. Chémia biologicky významných radikálov a ne-radikálových foriem. Detekcia voľných radikálov a ostatných reaktívnych foriem.
4. Oxidačný stres v patogenéze
Neurodegeneratívne ochorenia: Parkinsonova (PD) a Alzheimerova choroba (AD). Úloha oxidačného stresu v patogenéze AD a PD. Kaskády vedúce k degenerácii dopamínových buniek. Účasť antioxidantov v neurodegeneratívnych ochoreniach. Oxidačný stres a kardiovaskulárne ochorenia, hypoxia a mŕtvica. ROS a infark myokardu. Úloha oxidačného stresu v ochoreniach reprodukčného systému. Oxidačný stres v autoimúnnych a metabolických ochoreniach. Oxidačný stres a karcinogenéza. Fyziologický význam oxidačného stresu.
5. Kontrola oxidačného stresu, vychytávanie ROS
Antioxidačná ochrana, definícia a klasifikácia. Mechanizmus účinku antioxidantov. Endogénny bunkový antioxidačný obranný mechanizmus. Exogénne antioxidanty: stopové prvky, vitamíny, doplnky výživy a ich spôsob účinku.
Oxidačný stres a stratégie vychytávania/eliminácie. Endogénne a exogénne antioxidanty, ich molekulárna sieť a spôsob účinku pri transkripčnej regulácii ROS a oxidačného stresu.
6. Detekcia voľných radikálov ostatných reaktívnych druhov
Detekcia pomocou elektrónovej spin-rezonancie a zachytávania spinov. Detekcia superoxidového radikálu – histochemická metóda. Detekcia oxidu dusnatého. Nitračná assay – detekcia peroxynitritu. Metódy priamej a nepriamej detekcie peroxidu vodíka a singletového kyslíka. Detekcia peroxidácie lipidov. Analýza celkovej antioxidačnej aktivity.
Hlavným cieľom je poskytnúť relevantný prehľad o princípoch a súčasnom stave poznania v oblasti prepojenia bunkového metabolizmu, bioenergetiky a oxidačného stresu. Dôraz je kladený na vznik oxidačného stresu, vznik a charakterizáciu jednotlivých reaktívnych foriem, ale aj na jednotlivé mechanizmy a komponenty bunkovej obrany proti pôsobeniu oxidačného stresu. V rámci kurzu študenti získajú skúsenosti s metódami priamej a nepriamej detekcie nielen reaktívnych druhov, ale aj oxidačne poškodených biomakromolekúl.
Spoluautor monografie v renomovanom vydavateľstve.
Publikovaním monografia v renomovanom vydavateľstve doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Spoluautor monografie.
Publikovaním monografia v renomovanom vydavateľstve doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Cieľom je aktualizovať teoretické vedomosti a zároveň poskytnúť praktickú skúsenosť s pokročilými teoretickými a počítačovými metódami molekulárnej vedy a komplexných biologických systémov. Kurz osvieži existujúce znalosti a poskytne študentom pohľad do súčasných pokrokov v tejto oblasti výskumu, ktorý otvára nové možnosti detailnej chrakterizácie molekúl a udalostí vo vnútri živých buniek, osobitne za fyziologických podmienok. Tento kurz je zameraný na študentov zameraných na tradičnejšie, atomistické úrovne popisu biologických systémov, budovaný postupne od ab initio princípov k fenomenologickému popisu. Teoretické prednášky budú doplnené rozsiahlymi praktickými cvičeniami v novovybavenom Laboratóriu molekulárnych simulácií a pokročilých vizualizačných techník. Od študentov sa očakáva, že budú pracovať na menších projektoch zvolených na začiatku kurzu, s písomným reportom považovaným za časť ich záverečnej skúšky.
1. Andrew Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications, 2nd ed. (Prentice Hall, 2001).
2. Alan Hinchliffe, Molecular Modelling for Beginners, 2nd ed. (Wiley, 2008).
3. M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids (Oxford University Press, USA, 1989).
4. vedecké články popisujúce aktuálne metódy zatiaľ nedostatočne pokryté v učebniciach
5. praktické cvičenia - manuály (software suite Schrödinger - Maestro, Jaguar, Desmond; Gaussian 03; MDynaMix etc. )
Samostatná práca na projekte.
Samostatná práca na projekte.
Skúška a obhajoba projektu.
V prípade pretrvávajúcej dištančnej formy vzdelávania ústnu skúšku možno nahradiť písomným reportom k projektu a zodpovedaním otázok.
Prednášky:
Molekulárna kvantová chémia - repetitórium. Počítačové odhady experimentálnych pozorovateľných. Molekulárna mechanika a modelovanie. Mezoskopické prístupy.
Cvičenia:
1. Molekulárna kvantová chémia.
2. Molekulárna mechanika a modelovanie.
Projekt:
Záverečná práca na vybranú tému.
Cieľom je aktualizovať teoretické vedomosti a zároveň poskytnúť praktickú skúsenosť s pokročilými teoretickými a počítačovými metódami molekulárnej vedy a komplexných biologických systémov. Kurz osvieži existujúce znalosti a poskytne študentom pohľad do súčasných pokrokov v tejto oblasti výskumu, ktorý otvára nové možnosti detailnej charakterizácie molekúl a udalostí vo vnútri živých buniek, osobitne za fyziologických podmienok. Tento kurz je zameraný na študentov zameraných na tradičnejšie, atomistické úrovne popisu biologických systémov, budovaný postupne od ab initio princípov k fenomenologickému popisu. Teoretické prednášky budú doplnené rozsiahlymi praktickými cvičeniami v novovybavenom Laboratóriu molekulárnych simulácií a pokročilých vizualizačných techník. Od študentov sa očakáva, že budú pracovať na menších projektoch zvolených na začiatku kurzu, s písomným reportom považovaným za časť ich záverečnej skúšky.
CV update: v prípade dištančnej výučby bude rozsah cvičení redukovaný na zadania ktoré je možné vykonať na diaľku resp. na domácich počítačoch študentov.
Skúška a obhajoba projektu. V prípade dištančného vzdelávania prípustný písomný report a odpovede na otázky.
Publikácia uverejnená v nerecenzovanom zahraničnom alebo domácom zborníku ako autor/spoluautor.
Publikovaním v nerecenzovanom zahraničnom alebo domácom zborníku ako autor/spoluautor doktorand preukazuje spôsobilosť identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť finalizovať vlastné myšlienky v písomnom prejave.
Uvedená v schválenom zadaní dizertačnej práce.
Dizertačná práca je výsledkom vlastného vedeckého výskumu študenta. Nesmie vykazovať prvky akademického podvodu a musí spĺňať kritériá správnej výskumnej praxe definované v Rozhodnutí rektora č. 21/2021, ktorým sa stanovujú pravidlá posudzovania plagiátorstva na Univerzite Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach a jej súčastiach. Plnenie kritérií sa overuje najmä v procese školenia a v procese obhajoby práce. Ich nedodržanie je dôvodom na začatie disciplinárneho konania.
slovenský alebo anglický
Študent realizuje činnosti pod vedením školiteľa dizertačnej práce. Výsledkom práce študenta má byť splnenie cieľov uvedených v schválenom zadaní dizertačnej práce.
Dizertačná práca má charakter vedeckej práce a študent ňou preukáže rozsiahle zvládnutie teórie a odbornej terminológie študijného odboru, nadobudnutie vedomostí, zručností a kompetentností v súlade s deklarovaným profilom absolventa študijného programu, ako aj schopnosť aplikovať ich originálnym spôsobom pri riešení vybraného vedeckého problému. Študent preukáže schopnosť samostatnej vedeckej práce z obsahového, formálneho a etického hľadiska. Ďalšie podrobnosti dizertačnej práce určuje Smernica č. 1 /2011 o základných náležitostiach záverečných prác a Študijný poriadok UPJŠ v Košiciach pre doktorandské štúdium.
Získanie požadovaného počtu kreditov v predpísanej skladbe podľa študijného poriadku UPJŠ, vypracovanie a obhajoba práce, úspešne vykonaná dizertačná skúška.
Doktorand preukázal predpoklady na úspešné pokračovanie v štúdiu splnením podmienok predpísaných študijným poriadkom pre študijnú a vedeckú časť doktorandského štúdia viažucu sa na tému dizertačnej práce
Beránek, J. (2023). Moderní pedagogické metody a přístupy. Praha: Portál.
Fiala, M. (2023). Didaktika a metodika v současné škole. Praha: Grada Publishing.
Kováč, M. (2023). Vzdelávanie v 21. storočí: Inovatívne prístupy a metódy. Nitra: Vydavateľstvo UKF v Nitre.
Koudelka, J. (2023). Moderní didaktika a její aplikace. Praha: Karolinum.
Křížová, M., & Šebová, P. (2023). Vzdělávání učitelů: Teoretické a praktické přístupy. Praha: Triton.
Kučerová, M. (2023). Vzdělávání učitelů a profesionální rozvoj. Praha: Triton.
Mocová, M., & Lázňovská, M. (2023). Pedagogika a jej aplikácie v praxi. Bratislava: Vydavateľstvo Spolku slovenských pedagogických pracovníkov.
Novák, J., & Pol, M. (2024). Pedagogické výzkumy a inovace ve vzdělávání. Praha: Portál.
Sikora, J. (2022). Didaktika a metodika vzdelávania: Nové výzvy a trendy. Bratislava: Vydavateľstvo Univerzity Komenského v Bratislave.
Škoda, J. (2022). Efektivní výuka: Praktické strategie a metody. Praha: Grada Publishing.
Švec, J. (2023). Didaktika a školní politika: Teorie a praxe. Praha: Grada Publishing.
Vojtová, K. (2024). Diferenciace a inkluze ve vzdělávání. Praha: Wolters Kluwer.
1. Vypracovanie pedagogického denníka - 100%.
2. Povinná aktívna účasť a dochádzka v súlade so Študijným poriadkom.
slovenský
Osobnosť vysokoškolského učiteľa. Vyučovací štýl učiteľa. Študent vo vysokoškolskej výučbe. Učebné štýly študentov. Možnosti prispôsobenia vyučovacích štýlov učiteľa a učebných štýlov študentov. Interakcia a komunikácia vysokoškolský učiteľ – študent vo vyučovacom procese. Pedagogické kompetencie vysokoškolského učiteľa. Didaktická analýza učiva, učebný text, učebnica. Formy vysokoškolskej výučby. Metódy vysokoškolskej výučby. Metódy preverovania a hodnotenia študentov. Tvorba didaktického testu. Projektovanie vyučovacieho procesu vysokoškolského učiteľa. Sebareflexia vysokoškolského učiteľa.
Študent/ka po absolvovaní predmetu získa vedomosti, zručnosti a kompetencie, t.j. dokáže:
Vedomosti
Definovať a aplikovať základné didaktické zásady, metódy, formy a prostriedky vo vyučovacom procese vysokoškolských odborných predmetov. Identifikovať a špecifikovať edukačné postupy vysokoškolského učiteľa, zamerané na efektívne riadenie výučby, pedagogickú diagnostiku a hodnotenie výsledkov vzdelávania. Rozpoznať rôzne prístupy k pedagogickej evaluácii a ich vplyv na zlepšenie kvality vzdelávacieho procesu na vysokej škole.
Zručnosti
Implementovať účinné edukačné metódy a techniky do výučby odborných predmetov, prispôsobené potrebám vysokoškolských študentov. Vykonávať pedagogickú diagnostiku, hodnotiť pokrok študentov a aplikovať vhodné evalvačné metódy na zlepšenie výsledkov vzdelávania. Analyzovať a reflektovať vlastný vyučovací proces, identifikovať oblasti na zlepšenie a zefektívnenie výučby odborných predmetov, vrátane racionalizácie časovej a obsahovej štruktúry výučby. Prezentovať konkrétne návrhy na zefektívnenie vyučovacieho procesu, vrátane využívania nových technológií a inovatívnych pedagogických prístupov.
Kompetencie
Sebavedome a efektívne riadiť výučbu vysokoškolských predmetov, aplikujúc edukačné spôsobilosti zohľadňujúce špecifiká vzdelávania na vysokej škole. Kriticky reflektovať vlastnú pedagogickú prax a výsledky vzdelávania študentov s cieľom zlepšiť výučbové postupy a dosiahnuť vyššiu kvalitu vzdelávacieho procesu. Aplikovať inovatívne riešenia na racionalizáciu a zefektívnenie vyučovacieho procesu, s cieľom zvýšiť angažovanosť a úspešnosť vysokoškolských študentov.
Analysis of genes and genomes, Richard j. Reece, 2004, John Wiley & Sons Ltd
…a články z vedeckých časopisov
seminárna práca, test
slovenčina, angličtina
1. DNA: štruktúra a funkcia; Základné techniky génovej analýza
2. Vektory; Polymerázová reťazová reakcia
3. Tvorba mutácií
4. Štruktúra proteínov
5. Posttranslačné modifikácie proteínov; Glykozylácia
6. Produkcia a purifikácia proteínov
7. Preparatívne zbaľovanie proteínov
8. Evolučné metódy
9. Expresia proteínov v eukaryotických bunkách
1. DNA: štruktúra a funkcia; Základné techniky génovej analýza
2. Vektory; Polymerázová reťazová reakcia
3. Tvorba mutácií
4. Štruktúra proteínov
5. Posttranslačné modifikácie proteínov; Glykozylácia
6. Produkcia a purifikácia proteínov
7. Preparatívne zbaľovanie proteínov
8. Evolučné metódy
9. Expresia proteínov v eukaryotických bunkách
Poskytnúť základné vedomosti o proteínovom inžinierstve.
1. Richard J. Reece: Analysis of Genes and Genomes, University of Manchester, UK, 2004
2. J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer. Biochemistry, W.H. Freeman and company, New York, 2002.
3. Bernhard Rupp, Biomolecular Crystallography, Taylor & Francis Inc, 2009
Podmienkou získania kreditov je úspešné absolvovanie záverečnej ústnej skúšky a aktívna účasť na cvičeniach.
slovenský jazyk, anglický jazyk
1. Topológia proteínovej štruktúry (priestorové usporiadanie atómov, interakcie medzi atómami a polypeptidový reťazec)
2. Kryštalizácia proteínov
• princíp vzniku kryštálov (fázový diagram, supersaturácia, nukleácia, rast a zastavenie rastu)
• faktory ovplyvňujúce kryštalizáciu (soli, polyméry, pH, teplota a koncentrácia precipitantu)
• metódy kryštalizácie (difúzne techniky, dialyzačné techniky, mikrokvapky pod vrstvou oleja a očkovanie)
3. Metódy a postupy používané pri riešení kryštalografických štruktúr proteínov (spracovanie difrakčných dát, molekulárny refinement, stavba modelu a validácia modelu)
Praktická časť:
1. Kryštalizácia vybraných proteínov
2. Integrácia a analýza difrakčných dát
3. Spresňovanie kryštálovej štruktúry
4. Stavba modelu
5. Validácia a interpretácia vytvoreného modelu
Absolvovaním predmetu sa študent oboznámi s metódami a postupmi využívanými pri kryštalizácií proteínov a získa praktické skúsenosti s riešením proteínových štruktúr.
Aktívne zapojenie sa do popularizácie vedy.
Preukázaná spôsobilosť prezentovať vedu laickej verejnosti, využívať interaktívne metódy vedeckej komunikácie, identifikovať cieľovú skupinu a prispôsobiť komunikačný jazyk úrovni odborných vedomostí. Doktorand dokáže vzbudiť záujem a motivovať špecifické cieľové skupiny v oblasti svojho vedeckého pôsobenia ale aj v širšom kontexte vedy.
Práca v organizačnom výbore konferencie.
Doktorand prácou v organizačnom výbore konferencie preukazuje spôsobilosti a kompetentnosti organizovať samostatne či v tíme vedecké alebo odborné podujatie, zvládnuť realizáciu z hľadiska času a obsahu, efektívne komunikovať slovom a písmom rôznymi technickými prostriedkami podľa potreby aj v cudzom jazyku na odbornej úrovni s rôznymi typmi ľudí, v prípade potreby správne odporúčať riešenia alebo samostatne rozhodovať
Priama pedagogická činnosť 1 semestrohodina
Pedagogickou činnosťou doktorand preukazuje spôsobilosť prenášať a integrovať poznanie z vlastného študijného odboru do vzdelávania. Je schopný vybrať a aplikovať správne techniky a stratégie manažmentu študijnej skupiny, vysokoškolského vzdelávania a hodnotenia výsledkov vzdelávania. Je spôsobilý navrhnúť a realizovať časť vzdelávacieho procesu v súlade s aktuálnymi trendmi vysokoškolského vzdelávania a požiadavkami kladenými na úroveň komunikačných a digitálnych kompetentností
Priama pedagogická činnosť 2 semestrohodiny
Pedagogickou činnosťou doktorand preukazuje spôsobilosť prenášať a integrovať poznanie z vlastného študijného odboru do vzdelávania. Je schopný vybrať a aplikovať správne techniky a stratégie manažmentu študijnej skupiny, vysokoškolského vzdelávania a hodnotenia výsledkov vzdelávania. Je spôsobilý navrhnúť a realizovať časť vzdelávacieho procesu v súlade s aktuálnymi trendmi vysokoškolského vzdelávania a požiadavkami kladenými na úroveň komunikačných a digitálnych kompetentností
Priama pedagogická činnosť 3 semestrohodiny
Pedagogickou činnosťou doktorand preukazuje spôsobilosť prenášať a integrovať poznanie z vlastného študijného odboru do vzdelávania. Je schopný vybrať a aplikovať správne techniky a stratégie manažmentu študijnej skupiny, vysokoškolského vzdelávania a hodnotenia výsledkov vzdelávania. Je spôsobilý navrhnúť a realizovať časť vzdelávacieho procesu v súlade s aktuálnymi trendmi vysokoškolského vzdelávania a požiadavkami kladenými na úroveň komunikačných a digitálnych kompetentností.
Priama pedagogická činnosť 4 semestrohodiny
Pedagogickou činnosťou doktorand preukazuje spôsobilosť prenášať a integrovať poznanie z vlastného študijného odboru do vzdelávania. Je schopný vybrať a aplikovať správne techniky a stratégie manažmentu študijnej skupiny, vysokoškolského vzdelávania a hodnotenia výsledkov vzdelávania. Je spôsobilý navrhnúť a realizovať časť vzdelávacieho procesu v súlade s aktuálnymi trendmi vysokoškolského vzdelávania a požiadavkami kladenými na úroveň komunikačných a digitálnych kompetentností
Alexitch, L. R. (2005). Applying social psychology to education. Social Psychology.–Еd.: Schneider F., Gruman J., Coutts L.–Sage Publications, Inc, 205-228.
Fry, H., Ketteridge, S., & Marshall, S. (2008). A handbook for teaching and learning in higher education: Enhancing academic practice. Routledge.
Mareš, J.: Pedagogická psychologie. Portál, 2013.
Kniha psychologie. Universum, 2014
Čáp, J., Mareš, J.: Psychologie pro učitele. Praha: Portál 2007.
Vágnerová, M.: Školní poradenská psychológie pro pedagogy. Praha: Karolínum 2005.
Cuevas, J. A., Childers, G., & Dawson, B. L. (2023). A rationale for promoting cognitive science in teacher education: Deconstructing prevailing learning myths and advancing research-based practices. Trends in neuroscience and education, 100209.
University teacher and his work in the teaching process with a focus on:
teacher in relation to himself (cognitive, personality, social competencies and competencies in the use of methods), in relation to students and as part of the teacher-student relationship based on selected areas of cognitive psychology, psychology of emotions and motivation, developmental psychology, social psychology , educational psychology and health psychology with application to the university environment
Prípadová štúdia, mikrovýstup, jeho analýza
Aktuálne úpravy predmetu sú uvedené v elektronickej nástenke predmetu.
slovenský
Vysokoškolský učiteľ a jeho pôsobenie v procese vyučovania so zameraním sa na:
učiteľa vo vzťahu k sebe samému (kognitívnym, osobnostným, sociálnym kompetenciám a kompetenciám v oblasti využívania metód), vo vzťahu k študentom a ako súčasť vzťahu učiteľ-žiak na základe vybraných oblastí z kognitívnej psychológie, psychológie emócií a motivácie, vývinovej psychológie, sociálnej psychológie, pedagogickej psychológie a psychológie zdravia s aplikáciou na vysokoškolské prostredie
Obsah predmetu vychádza z vybraných psychologických poznatkov z kognitívnej psychológie, psychológie emócií a motivácie, psychológie osobnosti, vývinovej, sociálnej, pedagogickej psychológie a psychológie zdravia. Výučba je realizovaná kombináciou prednášok s interaktívnymi, zážitkovými metódami, diskusiou, otvorenou komunikáciou pri vzájomnom rešpekte, podpore samostatnosti, aktivity a motivácie študentov.
Osnova:
Vysokoškolský učiteľ a jeho pôsobenie v procese vyučovania so zameraním sa na:
učiteľa vo vzťahu k sebe samému (kognitívnym, osobnostným, sociálnym kompetenciám a kompetenciám v oblasti využívania metód), vo vzťahu k študentom a ako súčasť vzťahu učiteľ-žiak na základe vybraných oblastí z kognitívnej psychológie, psychológie emócií a motivácie, vývinovej psychológie, sociálnej psychológie, pedagogickej psychológie a psychológie zdravia s aplikáciou na vysokoškolské prostredie.
Študenti po absolvovaní kurzu nadobudnú vedomosti umožňujúce porozumieť, zhrnúť a vysvetliť vybrané psychologické poznatky z kognitívnej psychológie, psychológie emócií a motivácie, psychológie osobnosti, vývinovej, sociálnej, pedagogickej psychológie a psychológie zdravia. Osvoja si zručnosti aplikovať uvedené psychologické poznatky nevyhnutné pre profesionálny, kompetentný výkon vysokoškolskej učiteľskej praxe doktorandov a rozvinú si kompetencie vytvoriť a zrealizovať výučbu odbornej témy s uplatneným psychologických poznatkov ako aj hodnotiť svoj výkon a výkon svojich spolužiakov formou konštruktívnej spätnej väzby.
Podaný patent, vynález, vytvorený softvérový produkt.
Doktorand preukazuje spôsobilosť vytvoriť inovatívny produkt v danom vednom odbore, alebo s dosahom v interdisciplinárnom meradle či v technickej praxi
1. Smith, W.E. and Dent, G.: Modern Raman Spectroscopy: A Practical Approach, John Wiley & Sons (2005), ISBN: 978-0471497943
2. Lakowicz, J. R.: Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed., Springer Science + Business Media, LLC (2006), ISBN: 978-0-387-46312-4
3. Schlücker, S.: Surface Enhanced Raman Spectroscopy: Analytical, Biophysical and Life Science Applications, John Wiley & Sons (2013), ISBN: 978-3-527-63276-3
4. Le Ru, E. C. and Etchegoin, P. G.: Principles of Surface-Enhanced Raman Spectroscopy and related plasmonic effects, Elsevier (2009), ISBN: 978-0-444-52779-0
5. Aroca R.: Surface-Enhanced Vibrational Spectroscopy, John Wiley & Sons (2006), ISBN: 978-0-471-60731-1
6. Odborné vedecké články.
Samostatná práca na projekte. Skúška a obhajoba projektu.
slovenský
Úvod do vibračnej spektroskopie: Ramanova a infračervená spektroskopia. Fluorescencia. SERS - Povrchovo-zosilnená Ramanova spektroskopia (mechanizmy, povrchy, aplikácie). SEIRA – Povrchovo-zosilnená infračervená absorpcia (teória, experiment a aplikácie). SEF – Povrchovo-zosilnená fluorescencia (teória, experiment a aplikácie).
Sylabus/harmonogram:
1. týždeň
Interakcia svetla a hmoty. Spektroskopické metódy a ich rozdelenie. Metódy optickej spektroskopie. Vibračná spektroskopia. Fluorescencia. Jablonského diagram.
2. týždeň
Ramanova a infračervená spektroskopia: Teória, výberové pravidlá, experiment/prístrojové vybavenie, vibračná analýza - interpretácia spektier, aplikácie.
3. týždeň
Ramanova makro- a mikro-spektroskopia a zobrazovanie (mapping, imaging). CARS mikroskopia.
4. týždeň
Povrchovo-zosilnená Ramanova spektroskopia (SERS): SERS efekt, mechanizmy, SERS spektrum, SERS substráty, hot-spoty.
5. týždeň
Nanočastice: príprava, charakterizácia a aplikácie. Koloidy. Funkcionalizácia nanočastíc. Selektívna detekcia. SERS s vylepšenou citlivosťou. Limit detekcie.
6. týždeň
SERS a plazmonika: plazmón, povrchový plazmónový polaritón (SPP), lokalizovaný povrchový plazmón (LSP). Plazmónmi-zosilnená Ramanova spektroskopia (PERS).
7. týždeň
História, súčasný stav a aplikácie SERS techniky. SERS ako analytický nástroj. Detekcia jednej molekuly. SERRS, TERS (TERS-AFM, TERS-STM). Komercializácia SERSu.
8. týždeň
Povrchovo-zosilnená infračervená spektroskopia (SEIRA): teoretický model, SEIRA-aktívne substráty, interpretácia spektier, aplikácie.
9. týždeň
Povrchovo-zosilnená fluorescencia (SEF): základné princípy, zhášanie a zosilnenie fluorescencie, SEF a kovové nanočastice, SEF a LSP, porovnanie SERSu a SEFu, aplikácie.
10. týždeň – 12. týždeň
Práca na samostatnom vedecko-výskumnom projekte.
Absolvovaním predmetu doktorandskí študenti získajú prehľad o nových technikách vibračnej spektroskopie a fluorescencie.
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q1 ako spoluautor.
Publikovaním v časopise kategórie Q1 ako spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q1 ako prvý alebo korešpondujúci autor.
Publikovaním v časopise kategórie Q1 ako prvý alebo korešpondujúci autor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q2 ako spoluautor.
Publikovaním v časopise kategórie Q2 ako spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q2 ako prvý alebo korešpondujúci autor
Publikovaním v časopise kategórie Q2 ako prvý alebo korešpondujúci autor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q3 ako spoluautor.
Publikovaním v časopise kategórie Q3 ako spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q3 ako prvý alebo korešpondujúci autor.
Publikovaním v časopise kategórie Q3 ako prvý alebo korešpondujúci autor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q4 ako spoluautor.
Publikovaním v časopise kategórie Q4 ako spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Publikácia prijatá v časopise kategórie Q4 ako prvý alebo korešpondujúci autor
By publishing in a journal of category Q4 as the first or corresponding author, the PhD student demonstrates a high degree of ability to identify, evaluate, and apply correct scientific methods or research methodology. He demonstrates the ability to reflect on a scientific problem by using the latest approaches and applying them critically. He demonstrates the competence to use existing theories and concepts in an innovative way, as well as to generate new original scientific knowledge, which he can publish according to the highest qualitative and ethical standards of the field. The PhD student demonstrates the ability to critically evaluate and respond to reviewers' suggestions, to finalize his own ideas.
Publikovaním v časopise kategórie Q4 ako prvý alebo korešpondujúci autor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky.
Publikácia uverejnená v recenzovanom zahraničnom alebo domácom zborníku ako autor/spoluautor.
Publikovaním v recenzovanom zahraničnom alebo domácom zborníku ako autor/spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky
1. A.J. Williams: An introduction to the methods available for ion channel
reconstitution. Microelectrode Techniques: The Plymouth Workshop
Handbook, Ed: D.C. Ogden, Company of Biologists, Cambridge, UK, 1994,
2. D. Uhríková a kol., Biofyzika - Vybrané kapitoly: Učebnica pre vysoké školy. - Bratislava: Univerzita Komenského v Bratislave, 2015, ISBN 978-80-223-3800-4
3. Ľ. Lacinová a kol., Kurz: Elektrofyziologické metódy monitorovania iónových kanálov, 2008, učebné texty, Ústav molekulárnej fyziológie a genetiky SAV, ISBN 978-8-970028-5-5
4. R Sherman-Gold (ed.): The Axon Guide for electrophysiology & biophysics laboratory techniques
V priebehu semestra budú dve písomné previerky po 30 bodoch. Kredity sa neudelia študentovi, ktorý z niektorej písomnej previerky získa menej ako 20 bodov.
slovenský a anglický
1. Bunková elektrofyziológia
Základné princípy elektrofyziologických techník. Princípy a metódy udržiavania konštantného membránového potenciálu a membránového prúdu. Bunky vhodné pre elektrofyziologické merania. Základy kultivácie buniek a izolácie srdcových myocytov. Pasívne a aktívne elektrické vlastnosti bunky. Membránový odpor, sériový odpor, zvodový odpor, membránový potenciál. Elektrické a počítačové modely pasívnej bunky. Techniky voltage clamp, current clamp. Metóda patch clamp, konfigurácie na bunke, z celej bunky, vnútrom von, vonkajškom von. Meranie jednotkových iónových kanálov a celkových bunkových iónových prúdov. Zosilňovače pre patch clamp, voltage clamp a current clamp metódy. Kompenzácia pasívnych elektrických vlastností bunky. Metóda predikcie-korekcie. Dôsledky nedostatočnej kompenzácie sériového odporu. Dôsledky nedostatočnej fixácie membránového potenciálu. Zaznamenávanie iónových prúdov a membránových potenciálov. Aliasing, filtrovanie, typy analógových filtrov, Nyquistova frekvencia, digitalizácia prúdových záznamov, vzorkovacia frekvencia. Stimulačné protokoly, volt-ampérová charakteristika, napäťovo-závislá aktivácia, napäťovo-závislá inaktivácia, na vápniku závislá inaktivácia, inaktivácia uvoľneným vápnikom. Protokoly pre odlíšenie typov inaktivácie. Návrat z inaktivácie, deaktivácia. Vyhodnocovanie iónových prúdov cez bunkovú membránu. Programy Clampex a Clampfit. Určenie časových konštánt aktivácie a inaktivácie. Fitovanie napäťovej závislosti aktivácie a inaktivácie a volt-ampérovej charakteristiky modelovými rovnicami. Modely elektrofyziologických vlastností buniek.
2. Rekonštitúcia iónových kanálov v planárnych lipidových membránach (BLM)
Komponenty klasickej BLM zostavy a ich úloha. Miniaturizované BLM zostavy (ich výhody a nevýhody). Izolácia membránových frakcií z biologických tkanív (diferenciálna centrifugácia, k faktor rotora, prepočet RPM na RCF, vlastnosti centrifugačných skúmaviek). Biochemické testovanie prítomnosti iónových kanálov vo vzorke. Biochemické testovanie vlastností iónových kanálov (fosforylácia a oxidácia). Príprava lipidových roztokov a ich vlastnosti (lipidové fázy, teplota fázového prechodu). Určovanie elektrických potenciálov na vodných rozhraniach a ich kompenzácia. Vlastnosti BLM (mechanická stabilita, elektrické prierazné napätie, prítomnosť rôznych rozpúštadiel, horizontálna BLM, vertikálna BLM, vlastnosti a úloha tórusu, hrúbka BLM, fluidita). Formovanie BLM: Muellerova metóda, metóda Montala-Muellera, tip-dip metóda, double-drop metóda. Vlastnosti materiálu meracích pohárikov s otvorom na formovanie BLM. Vlastnosti otvoru na formovanie BLM (veľkosť, tvar, hĺbka a ich vzájomné prepojenie). BLM formované na čipoch. Fyzikálno-chemické procesy, ktoré sa uplatňujú pri formovaní BLM. Zabudovávanie iónových kanálov do BLM (KCl gradient, CsCl gradient, aplikácia vzorky priamo na BLM). Zaznamenávanie aktivity iónových kanálov (volt-ampérová charakteristika, koncentračné závislosti, zaznamenávanie nízkej aktivity iónových kanálov, kompetičné experimenty). Vyhodnocovanie nameraných záznamov (pravdepodobnosť otvorenia, distribúcia časov otvorenia a uzavretia, vodivosť, iónová selektivita, potenciál obratu, rektifikácia).
Hlavným cieľom kurzu je oboznámiť študentov zo základnými princípmi elektrofyziologických metód v biomedicínskom výskume. Študenti získajú širší prehľad o experimentálnych metódach, ktoré sa aktuálne využívajú na skúmanie molekulárnych mechanizmov rôznych bunkových procesov. Teoretické prednášky budú doplnené praktickými cvičeniami v laboratóriách elektrofyziologických metodík.
1. The Molecular Probes Handbook. Invitrogen 2010
2. Pawley J (ed.): Handbook of biological confocal microscopy.
3. Lambert DG (ed.): Calcium imaging protocols. Humana Press, 1999
4. Leica TCS SP8 STED laboratory manual
Samostatná práca na projekte, obhajoba projektu a skúška
slovenský a anglický
1. Princípy fluorescencie
Interakcia svetelného žiarenia s látkou. Absorpcia, emisia, Jablonského diagram, nežiarivé prechody, tripletové stavy. Fotobielenie, autofluorescencia
2. Fluorescenčné sondy a ich použitie v biológii.
Fluorescenčné indikátory iónov. Pomerné indikátory s dvojitou excitáciou a s dvojitou emisiou. Závislosť excitačných a emisných vlastností indikátorov od ich štruktúry. Závislosť afinity (Kd) indikátorov od ich štruktúry. Indikátory membrány a membránového potenciálu - rýchle, pomalé, pomerné. Kalibrácia fluorescenčných indikátorov. Fluorescenčné sondy na sledovanie redox stavu buniek a tvorby voľných radikálov. Sondy na značenie bunkovych organel. Fluorescenčné proteíny. AM-estery fluorescenčných farbív.
3. Fluorescenčná spektroskopia a mikroskopia.
Excitačno-emisné spektrá, kvantový výťažok, techniky FRAP, FRET, FLIM. Vrátkovanie zberu signálu, meranie doby života fluorescencie. CCD a sCMOS kamery.
4. Konfokálna mikroskopia
Optické princípy konfokálnej mikroskopie, skenovacia konfokálna mikroskopia a mikroskopia s Nipkowovým diskom. Konfokálny skener, detektory, fotonásobiče, hybridné detektory, lavínové fotodiódy, počítanie fotónov. Akustooptické spínanie filtra a rozdeľovača svetelného zväzku vs. optické rozdeľovanie a filtrovanie svetla. Techniky FRAP, FRET a FLIM v konfokálnej mikroskopii.
5. Mikroskopia so superrozlíšením
Princíp indukovanej emisie a jej využitie na zlepšenie rozlíšenia. STED mikroskopia. Lasery s kontinuálnym žiarením a pulzné lasery - využitie pre excitáciu a depléciu fotónov. Techniky PALM a STORM. Štruktúrovaná iluminácia. Technika MINFLUX.
6. Optogenetika
Fluorescenčné proteínové sondy na meranie koncentrácie vápnika, ATP, GTP a cAMP na báze FRET, fluorescenčné proteíny s fotokonverziou, opticky spínateľné iónové kanály na svetelnú reguláciu membránového potenciálu.
7. Analýza obrazu.
Prahovanie obrazu, dekonvolúcia, filtrovanie, Fourierova transformácia, wavelet transformácia, segmentačné metódy, metódy aktívnych kontúr, automatické sledovanie pohybujúcich sa objektov, kolokalizácia.
Hlavným cieľom kurzu je oboznámiť študentov zo základnými princípmi zobrazovacích metód v biomedicínskom výskume. Študenti získajú širší prehľad o experimentálnych metódach, ktoré sa aktuálne využívajú na skúmanie molekulárnych mechanizmov rôznych bunkových procesov. Teoretické prednášky budú doplnené praktickými cvičeniami v laboratóriách zobrazovacích metodík.
K. Barker. At the Bench, A Laboratory Navigator, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2005
Vypracovanie teoretických zadaní. Vypracovanie praktického zadania.
slovenský, anglický
1. Úvod do laboratórnych techník
Všeobecná organizácia laboratória. Rutinné procedúry. Bezpečnostné zásady. Všeobecné zásady práce. Laboratórny denník.
2. Príprava experimentu
Prepočty hmotnosti, koncentrácie, hustoty a objemu. Protokoly. Plánovanie.
3. Príprava roztokov
Práca s tekutinami. Navažovanie. Miešanie. Meranie a nastavovanie pH. Meranie a nastavovanie osmolarity. Sterilizácia roztokov. Alikvótovanie. Skladovanie roztokov a pufrov. Likvidácia odpadu.
4. Práca so vzorkami
Centrifugácia. Označovanie vzoriek. Uskladňovanie vzoriek. Likvidácia odpadu.
Kurz je určený primárne pre študentov bez chemického/biologického vzdelania. Cieľom kurzu je osvojiť si základné laboratórne techniky.
WHO: Handbook: Good Laboratory Practice (GLP). Second Edition, WHO, 2006
Huber L.: Good laboratory practice and current good manufacturing practice, Agilent Technologies Deutschland GmbH, 2002
http://ec.europa.eu/growth/sectors/chemicals/good-laboratory-practice_en
http://www.oecd.org/env/ehs/testing/goodlaboratorypracticeglp.htm
Samostatná práca na projekte.
Vypracovanie troch štandardných operačných postupov pre projekt.
slovenský a anglický
Úvod do správnej laboratórnej praxe
Úloha správnej laboratórnej praxe (SLP) v zabezpečení kvality laboratórnych štúdií. Postavenie SLP v procesoch vedúcich od základného výskumu k výrobe/produkcii.
2. Princípy SLP a ich aplikácia v základnom a aplikovanom výskume.
Získavanie, manipulácia a spracovanie vzoriek. Správa následných postupov. Štandardné pracovné postupy. Testovacie a modelové systémy. Prístroje, meracie zariadenia, reagencie. Označovanie, ukladanie, archivácia. Vyhodnocovanie výsledkov analýz.
3. Príklady uplatňovanie zásad SLP v základnom biomedicínskom výskume
Príklady označovania vzoriek, roztokov, vytvárania jedinečných identifikátorov, pomenovávanie súborov, dodržovania zásad bezpečnosti. Randomizácia a zaslepenie. Aplikácia zásad a princípov SLP v špecifických okolnostiach absolventa.
Cieľom kurzu je oboznámenie študentov so zásadami správnej laboratórnej praxe a ich aplikáciou vo výskume a získanie pracovných návykov kompatibilných so systémom SLP.
1. B. B. Martinson, M. S. Anderson, R. de Vries: Scientists behaving badly. Nature 435 (2005) 737–378.
2. J.D. Bowman: Predatory Publishing, Questionable Peer Review, and Fraudulent Conferences. Am J Pharm Educ. 2014 78(10), 176.
3. M. Roig: Avoiding Plagiarism, Self-plagiarism, and Other Questionable Writing Practices: A Guide to Ethical Writing, 2015, U.S. Department of Health and Human Services, the Office of reseach integrity
4. Resnik, D. B. (2012). Plagiarism: Words and ideas. Accountability in Research, 19, 269–272.
5. Autorský zákon SR č. 185/2015 Z.z.
V priebehu semestra budú tri ústne previerky po 30 bodoch. Kredity sa neudelia študentovi, ktorý z niektorej previerky získa menej ako 20 bodov.
slovenský a anglický
1. Správna vedecká prax ako nástroj na prevenciu neetického správania vo vede a výskume (vedecká integrita).
Etické kódexy domácich a zahraničných vedeckých inštitúcií. Manažovanie dát: zálohovanie, archivácia, vlastníctvo, zdieľanie, správna interpretácia. Autorstvo vedeckej práce: zodpovednosť autorov, kritéria na získanie autorstva, poradie autorov, kritéria na získanie pozície prvého, equally-contributed, korešpondujúceho autora. Konflikt záujmov: návod na identifikáciu, zverejnenie, minimalizáciu. Zasielanie publikácií do redakcií časopisov: návod na napísanie sprievodného listu, zásady správnej komunikácie s editorom, dôvody pre stiahnutie článku. Recenzný proces: práva a povinnosti recenzenta, ako sa stať kvalitným a zodpovedným recenzentom, zásady vypracovania odpovedí na otázky recenzentov. Plagiátorstvo: druhy, návod na rozpoznanie, príčiny, spôsoby eliminácie. Predátorské časopisy a vydavateľstvá: definícia, návod na rozpoznanie, dôvody pre nepublikovanie v predátorských časopisoch a vydavateľstvách, porovnanie s tradičnými časopismi a vydavateľstvami.
2. Etické aspekty pri výchove nových vedeckých generácií.
Sloboda vedeckého bádania. Motivácia vedeckej práce. Morálne hodnoty vedca. Zásady komunikácie a riešenia problémov vo vedeckom tíme. Práva a povinnosti študentov. Práva a povinnosti školiteľov. Zásady riešenia konfliktov medzi študentom a školiteľom.
3. Autorsko-právna ochrana diela.
Zákon o ochrane autorských práv na Slovensku: osobnostné práva, majetkové práva. Medzinárodná ochrana autorských práv. Publikovanie vo vedeckých časopisoch: copyright, open access (zelená a zlatá cesta), plán S, zdieľanie publikácii v režime copyright a open access.
Cieľom predmetu je oboznámiť študentov s rôznymi aspektmi vedeckej etiky, s ktorými sa stretávajú resp. budú spretávať na rôznych úrovniach vedeckej prípravy/kariéry. Získané vedomosti by mali študentov usmerniť, aby sa vedome/nevedome nedopúšťali priestupkov voči vedeckej etike a systematicky dodržiavali uznávané etické štandardy vedeckej práce.
Spoluriešiteľ domáceho projektu.
Doktorand preukazuje spôsobilosť podieľať sa na tímovej práci, prinášať vlastný vklad do riešenia projektového zámeru a preberať zodpovednosť za pridelené úlohy. Riešením domáceho projektu nadobúda spôsobilosť realizovať projektový zámer podľa stanoveného postupu, dodržiavať harmonogram projektu, koordinovať vlastnú činnosť so spolupracovníkmi, podieľať sa na tvorbe výstupov. Doktorand získava cenné skúsenosti z praktického chodu grantového projektu
Spoluriešiteľ interného VVGS grantu.
Doktorand preukazuje spôsobilosť podieľať sa na tímovej práci, prinášať vlastný vklad do riešenia projektového zámeru v rámci interného grantového systému na UPJŠ. Riešením interného VVGS grantu nadobúda spôsobilosť realizovať projektový zámer podľa stanoveného postupu, dodržiavať harmonogram projektu, koordinovať vlastnú činnosť so spolupracovníkmi, podieľať sa na tvorbe výstupov. Doktorand získava cenné skúsenosti z praktického chodu grantového projektu.
Členstvo v riešiteľskom kolektíve medzinárodného projektu.
Aktívne zapojenie riešením konkrétnej úlohy v rámci kolektívu riešiteľov medzinárodného projektu. Doktorand preukazuje spôsobilosť tímovej práce, preberania zodpovednosti za pridelenú úlohu, dodržiavania časového harmonogramu a plnenia výstupov projektu. Doktorand získava osobné skúsenosti z realizácie medzinárodného projektu, participácie na jeho kľúčových etapách, tvorbe merateľných výstupov, grantového financovania vedy.
Spoluriešiteľ projektu aplikovaného výskumu
Doktorand preukazuje spôsobilosť podieľať sa na tímovej práci, prinášať vlastný vklad do riešenia projektového zámeru aplikovaného výskumu a preberať zodpovednosť za pridelené úlohy. Riešením projektu aplikovaného výskumu nadobúda spôsobilosť realizovať projektový zámer podľa stanoveného postupu, dodržiavať harmonogram projektu, koordinovať vlastnú činnosť so spolupracovníkmi, podieľať sa na tvorbe výstupov aplikovaného výskumu. Doktorand získava cenné skúsenosti z praktického chodu grantového projektu so zameraním na aplikovaný výskum.
Aktuálna literatúra podľa doporučenia prednášajúceho.
Kitano, Hiroaki. Foundations of Systems Biology. Cambridge Mass.: MIT Press, 2001.
Campbell, A Malcolm - Heyer, Laurie J.. Discovering Genomics, Proteomics & Bioinformatics (2nd, 07) by Benjamin Cumings,
Alon, Uri. An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits. Boca Raton, FL: Chapman & Hall/CRC, 2007.
Absolvovanie prednášok a úspešné vykonanie zadaných praktických cvičení
Biopolyméry ako lineárne sekvencie a reťazce. Porovnávanie reťazcov, skórovacie matice BLAS, FASTA a využitie v bioinformatike. Databázy sekvencií a ukážky použitia. Fyzikálna štruktúra biopolymérov. Foldaméry. Anfinsenov princíp a Levinthalov paradox. Proteín folding. Molekulárna dynamika a corse-grain simulácie. Molekulárne interakčné siete a modelovanie reakčnej kinetiky. Aplikácia grafových prístupov. Stochastické a deterministické modelovanie. Vysokopriepustné experimenty a databázy výsledkov. Výhľady a perspektívy. Syntetická biológia - aktuálny stav.
Absolvovaním predmetu poslucháč získa prehľad o fundamentálnych východiskách, princípoch a nástrojoch systémovej biológie, jej súvislostiach so systémovou medicínou a aktuálnom stave v tejto rýchlo sa vyvíjajúcej disciplíne.
Vedenie študenta v rámci SOČ alebo ŠVOČ.
Vedením študenta v rámci SOČ alebo ŠVOČ doktorand preukazuje široké a vedecky podložené poznanie v študijnom odbore, ako aj poznanie širokého spektra metód a prístupov. Preukazuje spôsobilosť kriticky posúdiť odborný problém a jeho navrhované riešenie, ako aj vyhodnotiť ho a prípadne navrhnúť iné riešenie. Aplikuje poznatky a spôsobilosti z oblasti pedagogických vied do vlastného odboru.
Vedecká práca po zaslaní do redakcie vedeckého časopisu ako autor/spoluautor.
Zaslaním rukopisu do redakcie vedeckého časopisu ako autor/spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť formulovať vlastné myšlienky do štruktúrovanej podoby.
Vypracovanie oponentského posudku na záverečnú prácu.
Doktorand preukazuje široké a vedecky podložené poznanie v študijnom odbore, ako aj poznanie širokého spektra metód a prístupov. Preukazuje spôsobilosť kriticky posúdiť odborný problém a jeho navrhované riešenie, ako aj vyhodnotiť ho a prípadne odporúčiť iné riešenie. Aplikuje poznatky a spôsobilosti z oblasti pedagogických vied do vlastného odboru
Vystúpenie na seminári.
Aktívnou účasťou seminári doktorand preukazuje spôsobilosť identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu vo svojom vednom odbore. Demonštruje spôsobilosť reflektovať konkrétny vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie a komunikovať výsledky výskumu adekvátnymi prostriedkami a prostredníctvom slovenského alebo cudzieho jazyka.
Vedenie záverečnej práce.
Vedením záverečnej práce doktorand preukazuje široké a vedecky podložené poznanie v študijnom odbore, ako aj poznanie širokého spektra metód a prístupov. Preukazuje spôsobilosť kriticky posúdiť odborný problém a jeho navrhované riešenie, ako aj vyhodnotiť ho a prípadne navrhnúť iné riešenie. Aplikuje poznatky a spôsobilosti z oblasti pedagogických vied do vlastného odboru.
Publikácia prijatá v zahraničnom časopise ako autor/spoluautor.
Publikovaním v zahraničnom časopise ako autor/spoluautor doktorand preukazuje vysokú mieru spôsobilosti identifikovať, vyhodnotiť, aplikovať správne vedecké metódy alebo metodiku výskumu. Demonštruje spôsobilosť reflektovať vedecký problém využitím najnovších prístupov a ich kritickým aplikovaním. Preukazuje kompetentnosť inovatívnym spôsobom využívať jestvujúce teórie a koncepty, ako aj generovať nové originálne vedecké poznanie, ktoré dokáže publikovať podľa najvyšších kvalitatívnych a etických štandardov odboru. Doktorand preukazuje spôsobilosť kriticky vyhodnotiť a reagovať na podnety recenzentov, finalizovať vlastné myšlienky
Zodpovedný riešiteľ interného VVGS grantu.
Doktorand preukazuje spôsobilosť k vlastnému výskumnému problému spracovať úspešnú žiadosť v rámci interného grantového systému na UPJŠ. Získava zručnosti s návrhom výskumných etáp, ich časového harmonogramu, merateľných výstupov a adekvátneho rozloženia finančných prostriedkov. Samotným riešením interného VVGS grantu nadobúda spôsobilosť realizovať projektový zámer podľa stanoveného postupu, zodpovedať za dosiahnutie stanovených výstupov. Doktorand si ako zodpovedný riešiteľ osvojuje kompetencie v riadení projektu, jeho administrácii, prezentovaní výsledkov
[1] M. Sonka, et al., Image processing, analysis, and machine vision, 3rd ed. Toronto: Thomson, 2008.
[2] G. R. Bradski and A. Kaehler, Learning OpenCV, 1st ed. Beijing ; Sebastopol, CA: O'Reilly, 2008.
Aktívne riešenie zadaných problémov k problematike, účasť na prednáškach, skúška.
slovenský a anglický
Okruhy pre blokovú výučbu:
1) Úvod k problematike spracovania obrazu.
Obraz, jeho snímanie a reprezentácia v počítači. Model dierkovej kamery. Ako dostať obraz do počítača. Vlastnosti digitálnych obrazov. Dátové štruktúry používané pri spracovaní. Diskrétne lineárne integrálne transformácie. Linearita a konvolúcia. Lineárne integrálne transformácie, Fourierova transformácia.
2) Predspracovanie obrazu.
Rozdelenie metód predspracovania. Bodové jasové transformácie. Jasová korekcia. Vyrovnávanie (ekvalizácia) histogramu a kumulatívny histogram. Modifikácia jasovej stupnice. Geometrické transformácie. Transformácia súradníc. Aproximácia jasovej funkcie. Predspracovanie pomocou lokálnych operátorov. Filtrácia obrazu. Ostrenie obrazu.
3) Metódy segmentácie obrazov.
Prahovanie. Segmentácia detekciou hrán. Hľadanie hrán pomocou prehľadávania grafu. Hľadanie hraníc Houghovou transformáciou. Segmentácia založená na spájaní a delení oblastí. Segmentácia porovnávaním so vzorom. Algoritmus MeanShift. Metóda „Preseknutia grafu“ (Graph cut). Príznaky a rozpoznávanie. Skalárne deskriptory. Momenty. Klasifikácia mikroskopických buniek.
4) Tretí rozmer v obrazoch.
Základy projekčnej geometrie, model kamery. Typy projekčných transformácií. Kalibrácia kamery, vnútorná a vonkajšia matica. Snímanie dvoma kamerami - stereo videnie. Epipolárna geometria a fundamentálna matica. Snímanie objektov v 3D. Videnie na základe modelu, typy modelov
5) Matematická morfológia (pre binárne obrazy).
Základy matematickej morfológie. Dilatácia. Erózia. Kombinovanie dilatácie a erózie. Vlastnosti otvorenia a uzavretia. Transformácia „Hit-or-miss“. Top hat transformácia. Skeleton, topologické vlastnosti. Vzdialenostná funkcia.
6) Textúry a ich vlastnosti.
Definícia textúr. Vlastnosti textúr a ich rozdelenie. Metódy pre popis textúr. Metódy založené na určovaní plošných frekvencií. Kookurenčná matica. Kritéria odvodené z kookurenčnej matice. Početnosť hrán v textúre. Dĺžka primitív.
7) Analýza pohybu.
Diferenčná metóda. Modelovanie pozadia. Detekcia bodov vzájomnej korešpondencie. Optický tok. Trajektória objektov a Kalmanov filter.
Neoddeliteľnou súčasťou moderných mikroskopov je software na zber a spracovanie obrazu. Primárnym cieľom vzdelávania je poskytnúť študentom základné informácie umožňujúce správne tento software používať pri rozličných úlohách analýzy snímaného obrazu. Po zvládnutí tohto cieľa na prednáškach by sa malo pokračovať detailnejším oboznámením sa s princípmi jednotlivých algoritmov formou zadaní k jednotlivých úlohám. Vyriešenie zadania a jeho obhajoba budú podmienkou urobenia skúšky.
Absolvovanie zahraničného študijného pobytu v trvaní menej ako 30 dní.
Absolvovaním krátkodobejšieho študijného pobytu doktorand preukazuje spôsobilosť reflektovať výskumné problémy a kriticky pracovať so zdrojmi na expertnej úrovni a v interdisciplinárnom kontexte, pričom je schopný generovať nové poznanie. Je spôsobilý aktívne komunikovať na expertnej úrovni vo viac ako jednom jazyku. Koná ako zodpovedný nezávislý vedec, pracuje samostatne i v skupine s cieľom posúvať hranice poznania a prenášať ich do iných oblastí výskumu, do praxe i smerom k širšej verejnosti. Dokáže kompetentne argumentovať a vysvetliť svoje myšlienky.
Absolvovanie zahraničného študijného pobytu v trvaní viac ako 30 dní.
Absolvovaním študijného pobytu doktorand preukazuje spôsobilosť reflektovať výskumné problémy a kriticky pracovať so zdrojmi na expertnej úrovni a v interdisciplinárnom kontexte, pričom je schopný generovať nové poznanie. Je spôsobilý aktívne komunikovať na expertnej úrovni vo viac ako jednom jazyku. Koná ako zodpovedný nezávislý vedec, pracuje samostatne i v skupine s cieľom posúvať hranice poznania a prenášať ich do iných oblastí výskumu, do praxe i smerom k širšej verejnosti. Dokáže kompetentne argumentovať a vysvetliť svoje myšlienky.