Studijní program P4F4 Biofyzika, chemická a makromolekulární fyzika

Anotace programu

Studijní program navazuje na magisterský program „Biofyzika a chemická fyzika“ a na zaměření „Fyzika makromolekulárních látek“ magisterského programu „Fyzika kondenzovaných soustav a materiálů“. Náplní programu je vzdělávání v interdisciplinární oblasti na rozhraní fyziky, chemie a biologie z pozic fyzikálního popisu a fyzikálních experimentálních a teoretických postupů, čímž je jedinečný v rámci studijních programů UK. Absolventi se uplatňují v základním i aplikovaném výzkumu v oborech biofyzika, biochemie, fyzikální chemie a chemická fyzika, makromolekulární fyzika a chemie, mikrobiologie, fyziologie a v biologických oborech ve výzkumu lékařském.

Oborová rada

Aktuální složení rady je na adrese http://mff.cuni.cz/phd/or/p4f4 .

Spolupracující ústavy

– Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Na Slovance 2, 182 21 Praha 8
http://www.fzu.cz/

– Fyziologický ústav AV ČR, v.v.i.
Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4
https://www.fgu.cas.cz/

– Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4 - Krč
https://mbucas.cz/

– Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.
Chaberská 57, 182 51 Praha 8
http://www.ufe.cz/

– Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i.
Dolejškova 2155/3, 182 23 Praha 8
http://www.jh-inst.cas.cz/

– Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v.v.i.
Heyrovského nám. 2, 162 06 Praha 6
http://www.imc.cas.cz/

– Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i.
Flemingovo nám. 2, 166 10 Praha 6
http://www.uochb.cas.cz/

Vypsaná témata

Jsou k nahlédnutí v SIS na adrese http://mff.cuni.cz/phd/temata/p4f4 .

Vybraná témata pro předběžné výběrové řízení

Domovská stránka oborové rady

Poskytovaná výuka

Požadavky k průběhu doktorského studia

a) Teoretická výuka by měla být soustředěna v prvním a druhém ročníku studia. Student si po dohodě se školitelem zapisuje předměty tematicky blízké náplni disertační práce a předměty potřebně rozšiřující obecnější vzdělání s ohledem na požadavky státní doktorské zkoušky. Kromě výše uvedené nabídky oborové rady je možné využívat kompletní nabídku vhodných předmětů vyučovaných na UK; v odůvodněných případech i na jiných vysokých školách.

b) Student je povinen vystoupit do konce druhého (třetího v případě jarního nástupu do studia) semestru na doktorandském týdnu (WDS). Student se pravidelně zúčastňuje oborových seminářů.

c) Je doporučeno skládat státní doktorskou zkoušku na konci druhého roku studia. Podmínkou pro přihlášení na státní zkoušku je absolvování tří předmětů zakončených zkouškou.

d) Velmi žádoucí je zapojení studenta do mezinárodní spolupráce formou stáží na zahraničním pracovišti a účastí na letních/zimních školách a mezinárodních vědeckých konferencích.

d) Podmínkou obhajoby disertační práce je publikování jejích výsledků v odborných časopisech v rozsahu a kvalitě odpovídající alespoň dvěma článkům v impaktovaných časopisech (WOS) s hlavním podílem studenta.

Seznam požadavků ke státní doktorské zkoušce

Náplní zkoušky jsou 3 otázky, z toho dvě otázky ze dvou okruhů vybraných studentem a jedna otázka ze specializace podle zaměření disertační práce, zadávaná individuálně školitelem v souladu se studijním plánem. Jako otázky doplňkové v souvislosti s odpověďmi mohou být položeny otázky ze širšího základu zahrnujícího obecné fyzikální pojmy a zákonitostí v rozsahu stanoveném pro ústní část státní závěrečné zkoušky na bakalářském studijním programu Fyzika a pro požadavky k ústní části státní závěrečné zkoušky na magisterském studijním programu Fyzika, obory Biofyzika a chemická fyzika a Fyzika kondenzovaných soustav a materiálů, studijní plán Fyzika makromolekulárních látek, na MFF UK.

Okruh 1. Kvantová teorie a statistická fyzika molekulových soustav
Hlavní metody kvantově–chemických výpočtů molekul. Atomové a molekulové orbitaly. π–elektronová aproximace a Hückelova metoda. Hartreeho–Fockovy rovnice a Roothaanovy rovnice. Korelace elektronů, korelační energie. Konfigurační interakce. Vázané klastry a poruchové metody výpočtu korelační energie. Metody funkcionálu hustoty. Výpočty slabých mezimolekulárních interakcí. Vibrační stavy molekul. Metody výpočtu elektronových spekter. Termodynamické potenciály. Termodynamické věty. Statistické soubory, základní statistická rozdělení. Základní zákony rovnovážné i nerovnovážné statistické fyziky. Liouvilleova rovnice, Boltzmannova rovnice, Pauliho kinetická rovnice, zobecněné řídicí rovnice. Molekulární simulace, empirické potenciály, metody Monte Carlo, molekulová dynamika. Chemická kinetika. Elektrochemie.

Okruh 2. Fyzika a chemie molekulových struktur
Síly určující strukturní organizaci molekul, konformace, fázové stavy a přechody v molekulárních systémech (roztoky, polymery, molekulové a kapalné krystaly, tenké vrstvy, biopolymery a membránové systémy). Fyzika a chemie bílkovin a nukleových kyselin (chemická stavba, prostorová struktura, tvorba komplexů, biologická funkce). Stavba buněk a hlavní molekulární pochody na buněčné úrovni. Fotofyzika a transportní jevy v polymerech.

Okruh 3. Experimentální metody
Interakce elektromagnetického pole s molekulárními a biologickými strukturami (šířka a tvar spektrálních čar, relaxační procesy). Stanovení struktury molekulárních a biologických systémů (difrakce rtg. záření a neutronů, elektronová mikroskopie). Využití metod magnetické resonance (ESR, NMR, spinové sondy a značky, echo metody, určování struktur 2D metodami). Metody pružného a dynamického rozptylu světla pro stanovení struktury a pohybového stavu molekulárních objektů. Využití optické spektroskopie pro studium struktury, interakcí a dynamiky procesů přenosu energie a náboje v molekulárních a biologických systémech (vibrační IR spektroskopie, UV – VIS absorpční a emisní spektroskopie, metody vysokého časového a spektrálního rozlišení, polarizační efekty, optické chiroptické metody, Ramanův rozptyl, nelineární optické metody). Využití elektrických a dielektrických metod.

Základní doporučená literatura

–Blankenship, R. E.: Molecular Mechanisms of Photosynthesis. Blackwell Science, Oxford, 2002.

–Cantor, C. R., Schimmel, P. R.: Biophysical Chemistry, vol. I, II, III. W. H. Freeman & Co., San Francisco, 1980 (rusky: Biofizičeskaja chimija. Mir, Moskva, 1984).

–Cavanagh J. et al.: Protein NMR Spectroscopy: Principles and Practice. 2nd edition, Elsevier Academic Press 2007

–Davydov, A. S.: Kvantová mechanika. SPN, Praha, 1978.

–Demtröder, W.: Laser Spectroscopy. Springer, Berlin, 2005.

–Guillet, J.: Polymer Photophysics and Photochemistry. Cambridge University Press, Cambridge, 1985.

–Kao, K. C., Hwang, W.: Electrical Transport In Solids, vol. 1,2. Pergamon Press, Oxford, 1981 (rusky: Perenos elektronov v tverdych telach. Mir, Moskva, 1984).

–Klíma, J., Šimurda, M.: Sbírka problémů z kvantové teorie. Academia, Praha, 2006.

–Prosser, V. a kol.: Experimentální metody biofyziky. Academia, Praha, 1989.

–Skála, L.: Kvantová teorie molekul. Karolinum, Praha, 1995.

–Skála, L.: Úvod do kvantové mechaniky. Academia, Praha, 2005.

–Sperling, L. H.: Introduction to Physical Polymer Science. Wiley, New York, 1986.