Module Handbook

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Notes on the module handbook of the department Physics

Die hier dargestellten Studiengang-, Modul- und Kursdaten des Fachbereichs Physik [PHY] befinden sich noch in Entwicklung und sind nicht offiziell.

Die offiziellen Modulhandbücher finden Sie unter https://www.physik.uni-kl.de/studium/modulhandbuecher/ .

Module PHY-SP-3-M-7

Schwerpunktmodul Biophysik (M, 16.0 LP)

Module Identification

Module Number Module Name CP (Effort)
PHY-SP-3-M-7 Schwerpunktmodul Biophysik 16.0 CP (480 h)

Basedata

CP, Effort 16.0 CP = 480 h
Position of the semester 2 Sem. from WiSe/SuSe
Level [7] Master (Advanced)
Language [DE/EN] German or English as required
Module Manager
Lecturers
+ further Lecturers of the department Physics
Area of study [PHY-TECHNO] TechnoPhysics
Reference course of study [PHY-88.B90-SG] M.Sc. TechnoPhysics
Livecycle-State [NORM] Active

Notice

Die Prüfung ist über Lehrveranstaltungen im Umfang von mindestens 16 LP aus folgendem Lehrveranstaltungsangebot abzulegen, davon mindestens 12 LP aus Vorlesungen sowie mindestens 2 LP aus Praktika, Seminaren oder in Form einer Hausarbeit.

Die Lehrveranstaltungen finden teilweise in unregelmäßigem Turnus statt. Eine aktuelle Übersicht zum Lehrveranstaltungsangebot findet sich im Campus-Management-System der TU Kaiserslautern (https://www.kis.uni-kl.de).

Courses

Type/SWS Course Number Title Choice in
Module-Part
Choice in
Course-Pool
Presence-Time /
Self-Study
SL SL is
required for exa.
PL CP Sem.
2V PHY-PFBIOP-090-K-2
Einführung in die Biophysik
WP 28 h 62 h - - PL1 3.0 WiSe
3V+1U CHE-300-010-K-1
Physical Chemistry I
WP 56 h 94 h - - PL1 5.0 SuSe
2V PHY-PFBIOP-092-K-3
Biomechanik
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 SuSe
2V PHY-PFBIOP-093-K-3
Bioanalytik
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 WiSe
2V PHY-PFBIOP-094-K-3
Membran- und Neurobiophysik
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 WiSe
2V PHY-PFBIOP-095-K-7
Molekulare Modellierung
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 WiSe
2V PHY-WPFEP-283-K-7
Biophotonik und Ultrakurzzeitspektroskopie - Methoden und Anwendung
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 SuSe
2V PHY-WPFEP-236-K-7
Wirkung von Strahlung auf Organismen
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 WiSe
KPOOL PHY-V3-KPOOL-7
Leistungsnachweise zu Modul V-3 / SP-3
P WP-1
SL1
ja PL1 [3.0] *
  • About [PHY-PFBIOP-090-K-2]: Title: "Einführung in die Biophysik"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 62 h
  • About [CHE-300-010-K-1]: Title: "Physical Chemistry I"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 94 h
  • About [PHY-PFBIOP-092-K-3]: Title: "Biomechanik"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-PFBIOP-093-K-3]: Title: "Bioanalytik"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-PFBIOP-094-K-3]: Title: "Membran- und Neurobiophysik"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-PFBIOP-095-K-7]: Title: "Molekulare Modellierung"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-WPFEP-283-K-7]: Title: "Biophotonik und Ultrakurzzeitspektroskopie - Methoden und Anwendung"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-WPFEP-236-K-7]: Title: "Wirkung von Strahlung auf Organismen"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-V3-KPOOL-7]: Title: "Leistungsnachweise zu Modul V-3 / SP-3";
  • About [PHY-V3-KPOOL-7]: A course from the course pool must be selected.
  • About [PHY-V3-KPOOL-7]: The study achievement must be obtained. It is a prerequisite for the examination for PL1 .

Study achievement SL1

  • Verification of study performance: continuous and active participation in the courses
  • Study achievement is a prerequisite for the examination.
    Wahlweise eine Bescheinigung zur erfolgreichen Teilnahme an Seminaren oder Praktika zu Lehrveranstaltungen der Vertiefungsrichtung oder eine Bescheinigung zur erfolgreichen Bearbeitung einer Hausarbeit aus [PHY-V3-KPOOL-7] Leistungsnachweise zu Modul V-3 / SP-3.

Examination achievement PL1

  • Form of examination: oral examination (45-60 Min.)
  • Examination Frequency: irregular (by arrangement)
    Die Prüfungsform der Modulprüfung wird von den verantwortlichen Dozentinnen und Dozenten festgelegt; in der Regel: mündliche Prüfung

Evaluation of grades

The grade of the module examination is also the module grade.

Die Aufteilung der Modulprüfung in Modulteilprüfungen kann in begründeten Ausnahmefällen von der oder dem Vorsitzenden des Prüfungsausschusses genehmigt werden. Alle Modulteilprüfungen müssen bestanden sein. Die Modulnote ergibt sich aus dem nach der LP-Anzahl der jeweils geprüften Vorlesungen gewichteten arithmetischen Mittel der Noten aller Modulteilprüfungen.

Contents

  • Atommodelle und Molekülbildung
  • Potentiale in chemischen Bindungen
  • Systeme mit vielen Teilchen
  • Aufbau und Eigenschaften biologischer Makromoleküle
    • Protein
    • DNA/RNA
    • Membranen
  • Grundzüge experimenteller Methoden zur Untersuchung von Struktur und Dynamik
    • Röntgenbeugung
    • magnetische Kern-Resonanz
    • optische Spektroskopie
    • Mikroskopie und Manipulation
  • Thermodynamik: Grundlegende Begriffe, Gasgesetze, erster Hauptsatz, U (innere Energie), H (Enthalpie), Wärmekapazität, Carnotprozess, zweiter Hauptsatz, S (Entropie), freie Enthalpie G, Fundamentalgleichungen, Clausius Clapeyron, Ein Komponenten Phasendiagramme, Mischphasenthermodynamik (Aktivitätskoeffizienten, Raoult, Henry), kolligative Eigenschaften (Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktserniedrigung, Osmose), Reaktionsenthalpien, Siedediagramme,
  • Elektrochemie: Faraday'sche Gesetze, Nernstsche Gleichung, Elektrodentypen, Leitfähigkeit, Überführungszahlen,
  • Kinetik: Reaktionsmolekularität, Reaktionsordnungen, Zeitgesetze (Formalkinetik), Folge und Parallelreaktionen, Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten: Arrhenius-Gleichung, Lindemann-Hinshelwood Mechanismus, Explosion, Michaelis-Menten Kinetik, Messung von Reaktionsgeschwindigkeiten auch schneller Reaktionen, Theorie des Übergangszustandes (Eyring).
  • Charakteristische Kräfte und ihr physikalischer Ursprung
  • mechanische Eigenschaften von Proteinen
  • Polymermechanik
  • MD-Simulation
  • Zufallsbewegungen in der Biologie (Diffusion)
  • Zentrifugation und Elektrophorese: Analyse- u. Trennmethoden
  • Bestandteile des Cytosekeletts
  • Motorproteine
  • Messmethoden
  • Proteinkristallographie
  • NMR Mehrpulsmethoden
  • Elektronenmikroskopie
  • Massenspektroskopie
  • optische Methoden
  • Oberflächenplasmonen-Resonanz und Sensor-Chips
  • Einzelmolekültechniken
  • Struktur und Dynamik von Membranen
  • Elektrische Eigenschaften von Membranen (Goldman-Gleichung)
  • Messung von Membranpotentialen- und Strömen (Patch-Clamp, Voltage-Clamp-Methoden)
  • Theoretische Modellierung von Aktionspotentialen (Hudgkin-Huxley-Gleichung)
  • Reizfortleitung (allg. Kabelgleichung)
  • Zellen und Mikrochips
  • Synapsen
  • Neurobiophysik sensorischer Systeme
  • Grundlagen der Psychophysik
  • Bildgebende Verfahren in der Neurobiophysik
  • Tastsinn
  • Geruchs und Geschmackssinn
  • Photorezeption
  • Neuronale Netze als einfachstes Modell für Hirntätigkeit
  • Interatomare Wechselwirkungen und Kraftfelder
  • Molekulardynamik
  • Thermostat
  • Barostat
  • Thermodynamische Eigenschaften
  • Geschwindigkeitsautokorrelationsfunktion
  • Diffusion
  • Energieminimierung
  • Schwingungen
  • Computational Chemistry
  • DFT
  • QM/MM
  • Molekülorbitale
  • Quantenmechanisches Zwei-Niveau-System
  • lineare und nicht-lineare Strahlung
  • Materie-Wechselwirkung in Hinblick auf spektroskopische bzw. biophotonische Anwendungen
  • Erzeugung und Charakterisierung ultrakurzer Laserpulse
  • elektronische und Schwingungsfreiheitsgrade von Molekülen
  • Dynamik in einfachen molekularen Potentialen
  • ultraschnelle intra- und intermolekularer Prozesse
  • Wirkung von nicht-ionisierender Strahlung auf Gewebe:
    • Radio- und Mikrowellen
    • Licht im infraroten und sichtbaren Bereich
    • Optische Pinzette
    • Laserskalpell
    • Lichttherapeutische Verfahren
    • Photodynamische Therapie
  • Wirkung von ionisierender Strahlung auf molekularer Ebene:
    • Radikalerzeugungsmechanismen
    • Strahlungs-DNA–Wechselwirkung
    • Doppel und Einfachstrangbrücke
    • Reparaturmechanismen
  • Wirkung von ionisierender Strahlung auf Gewebe:
    • Licht im UV-Bereich
    • Röntgenstrahlung
    • Röntgendiagnostik
    • α-, β-, γ- Strahlung
    • Therapieverfahren
  • Dosimetrie:
    • Auswirkungen von ionisierender Strahlung auf den Menschen

Competencies / intended learning achievements

Die erfolgreiche Absolvierung dieses Moduls führt zu folgenden Kenntnissen & Fertigkeiten (als Lernergebnissen) und Kompetenzen:
  • Struktur und Dynamik biologischer Systeme (auf molekularer Ebene) soweit zu verstehen, dass die physikalischen Methoden und Denkweisen auf Fragestellungen aus diesem Bereich angewendet werden können.
  • ein strukturiertes Fachwissen (Verfügungswissen) zu den Teilgebieten und Themen der Biophysik, die inhaltlicher Gegenstand der oben genannten Lehrveranstaltungen dieses Vertiefungsmoduls sind (Fachkompetenz)
  • das Verständnis des Zusammenwirkens von theoretischen physikalischen Betrachtungen und biophysikalischen Experimenten
  • ein Überblickswissen (Orientierungswissen) zu den aktuellen, grundlegenden Fragestellungen der Biophysik (Fachkompetenz)
  • das Verständnis der Abweichungen von theoretischen Vorhersagen und experimentellen Ergebnissen
  • die Vertrautheit mit den Erkenntnismethoden der Physik, speziell bezogen auf die Biophysik (Reduktion, Induktion, Deduktion, Idealisierung, Modellierung, Mathematisierung, experimentelle Überprüfung) und Erfahrungen in der exemplarischen Anwendung dieser Methoden in der Biophysik (Methodenkompetenz)
  • die Vertrautheit mit den Arbeitsmethoden der Physik, speziell bezogen auf die Biophysik (Beobachten, Klassifizieren, Messen, Datenerfassung & -interpretation, Aufstellen von Hypothesen & Modellen) und Erfahrungen in der exemplarischen Anwendung dieser Methoden in der Biophysik (Methodenkompetenz)
  • die Beherrschung der wichtigsten biophysikalischen Arbeitsstrategien und Denkformen und damit auch die Vertrautheit mit den Strategien, Probleme der Biophysik selbstständig zu identifizieren, zu strukturieren und systematisch zu lösen (Methoden- & Selbstkompetenz)

Literature

  • Cotterill: Biophysik; Wiley-VCH
  • Sackmann, Merkel: Lehrbuch der Biophysik; Wiley-VCH
  • Cantor, Schimmel: Biophysical Chemistry, Part I – III, W.H. Freeman and Company, New York
Zur vorlesungsbegleitenden Nacharbeitung des Vorlesungsstoffes ist im Prinzip jedes gängige Lehrbuch der Physikalischen Chemie geeignet. Es werden besonders folgende Alternativen empfohlen:
  • P.W. Atkins, J. de Paula: Physikalische Chemie, Lehr-und Arbeitsbuch (Wiley-VCH, 2008, ISBN 978-3527324910),
  • G. Wedler: Lehrbuch der Physikalischen Chemie (Wiley-VCH, 2004, ISBN 978-3527310661),
  • T. Engel, P. Reid: Physikalische Chemie (Pearson Studium, 2009, ISBN 978-3868940398),
  • D. A. McQuarrie, J. D. Simon: Physical Chemistry – A Molecular Approach (University Science Books, 1997, ISBN 978-0935702996),
  • H. Kuhn, H.-D. Försterling, D. H. Waldeck: Principles of Physical Chemistry (Wiley, 2009, ISBN 978-0470089644).
  • Howard: Mechanics of Motorproteins and the Cytoskeleton, Sinauer
  • Sackmann, Merkel: Lehrbuch der Biophysik, Wiley-VCH
  • Winter, Noll: Methoden der Biophysikalischen Chemie, B.G. Teubner
  • Cantor, Schimmel: Biophysical Chemistry (Part II: Techniques for the study of biological structure and function), W.H. Freeman and Company
  • Lottspeich, Zorbas: Bioanalytik, Spektrum, Akademischer Verlag
  • Hille: Ion Channels of Excitable Membranes; Sinauer Associates, Inc
  • Sackmann, Merkel: Lehrbuch der Biophysik; Wiley-VCH
  • Nicholls, Martin, Wallace, Fuchs: From Neuron to Brain; Sinauer Associates, Inc
  • Demtröder: Molekülphysik - Theoretische Grundlagen und experimentelle Methoden, de Gruyter
  • Daune: Molekulare Biophysik, Springer
  • Frenkel, Smit: Understanding molecular simulation, Elsevier
  • Leach: Molecular modelling - principles and application, Prentice Hall
  • Nelson: Biological Physics: Energy, Information, Life, WH Freeman
  • Demtröder: Laserspektroskopie, Springer
  • Demtröder: Molekülphysik, Springer
  • Saleh: Grundlagen der Photonik, Wiley
  • Niemz: Laser-tissue Interactions: Fundamentals and Applications, Springer
  • Starkschall, Pawlicki, Ibbott, Hendee: Hendee's Radiation Therapy Physics, Wiley, Blackwell
  • Krieger: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes, Springer

weitere Literatur wird in der Vorlesung bekannt gegeben

Materials

depending on choice, see respective course description

Registration

depending on choice, see respective course description

Requirements for attendance (informal)

depending on choice, see respective course description

Requirements for attendance (formal)

None

References to Module / Module Number [PHY-SP-3-M-7]

Module-Pool Name
[PHY-SP-PHY-MPOOL-7] Schwerpunktmodule aus dem Bereich Physik