Rentgenová a elektronová strukturní analýza biomolekul a makromolekul - NBCM098

• Anglický název: X-ray and Electron Structure Analysis of Biomolecules and Macromolecules
• Zajišťuje: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2021
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D.
• Vyučující: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Biofyzika a chemická fyzika

Anotace

čeština

Základy strukturní krystalografie a fyzikální základy difrakční a elektronové strukturní analýzy pro krystalické, částečně uspořádané a amorfní látky s důrazem na vztah mezi strukturou a vlastnostmi. Zaměřeno na aplikace metod strukturní analýzy v biofyzice, makromolekulární fyzice, chemické fyzice a krystalochemii.

Poslední úprava: Procházka Marek, prof. RNDr., Ph.D. (29.01.2019)

angličtina

Fundamentals of structural crystallography and physical basis of diffraction and electron structure analysis for crystalline, partially ordered and amorphous substances, with an emphasis on the relationship between structure and properties. Focused on applications of structural analysis methods in biophysics, macromolecular physics, chemical physics and crystallochemistry.

Poslední úprava: Procházka Marek, prof. RNDr., Ph.D. (29.01.2019)

Cíl předmětu

čeština

Základy krystalografie, difrakční experimenty, principy a využití pro biologii, strukturní analýza s využitím výpočetních metod. Transmisní a skanovací elektronová mikroskopie.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

Fundamentals of crystallography, diffraction experiments, principles and applications for biology, structural analysis using computational methods. Transmission and scanning electron microscopy.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Předpokládá se, že budou max. 2 opravné termíny pro úspěšné složení zkoušky. Zkouška je ústní s písemnou přípravou. Jsou položeny 3 otázky z odpřednášené látky.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

It is assumed that there will be a maximum of 2 correction dates for passing the exam. The exam is oral with written preparation. 3 questions are asked from the lectured material.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Literatura

čeština

V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč: Základy strukturní analýzy, Karolinum, Praha, 1992.

C. Giacovazzo et al.: Fundamentals of Crystallography, IUCR, Oxford Science Publications, 1992.

R. Kubínek, K. Šafářová, M. Vůjtek: Elektronová mikroskopie, Univerzita Palackého, Olomouc, 2011.

Mineral Crystallography, J. Plášil, J. Majzlan, S. Krivovichev eds., European Mineralogical Union, London, 2017.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

C. Giacovazzo et al.: Fundamentals of Crystallography, IUCR, Oxford Science Publications, 1992.

Mineral Crystallography, J. Plášil, J. Majzlan, S. Krivovichev eds., European Mineralogical Union, London, 2017.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Metody výuky

čeština

Přednáška.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

Lecture.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška sestává z písemné přípravy a ústní části. Písemná příprava předchází části ústní. Student obdrží tři otázky, každá otázka je hodnocena známkou a výsledná známka je průměrnou známkou ze známek u jednotlivých otázek. Je-li jedna z otázek hodnocena známkou nevyhověl(a) znamená to nesplnění zkoušky. Nesložení zkoušky znamená, že při příštím termínu budou položeny opět tři otázky.

Požadavky u ústní části zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Je pravděpodobné, že se značná část zkoušek či zápočtů může konat distanční formou. Závisí to na vývoji aktuální situace a o jakékoli změně budete včas informováni.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

The exam consists of written preparation and an oral part. Written preparation precedes the oral part. The student receives three questions, each question is evaluated with a mark and the final mark is the average mark of the marks for each question. If one of the questions is not sufficiently answered, it means that the exam has not been passed. Failure to pass the exam means that three various questions will be asked again at the next deadline.

The requirements for the oral part of the exam correspond to the syllabus of the subject to the extent that was presented at the lecture.

It is probable that a significant part of exams or credits can take place in a distance form. It depends on the development of the current situation and you will be informed about any changes in time.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Sylabus

čeština

Vztah struktury a vlastností (struktura a biologická aktivita) a význam tohoto vztahu pro predikci vlastností ve vývoji nových materiálů.

Základy strukturní krystalografie; Popis 3D periodických krystalových struktur: Volba buňky, typy mříží, operace symetrie bodových a prostorových grup; Reciproká mříž a její vlastnosti. Reciproká mříž a difrakční obraz. Vizualizace krystalových struktur a demonstrace účinků operace symetrie prostorových grup pomocí systému Materials Studio.

Difrakce rtg. záření na krystalových strukturách; Difrakční podmínka v přímém a reciprokém prostoru; Způsoby naplnění difrakční podmínky a základní typy difrakčních experimentů; Vliv symetrie struktury a typu krystalové mříže na tvar difraktogramů, Friedelův zákon, vyhasínací podmínky. Demonstrace vlivu symetrie struktur a typu mříží na tvar difraktogramů v práškových a monokrystalických vzorcích pomocí systému Materials Studio.

Difrakce neutronů, elektronů a synchrotronového záření, fyzikální povaha a z ní vyplývající možnosti využití ve strukturní analýze.

Fyzikální základy a principy elektronové mikroskopie, transmisní elektronová mikroskopie, rastrovací elektronová mikroskopie, materiálové analýzy zkoumaných vzorků metodou rentgenové spektroskopie s disperzní energií, příprava vzorků.

Fyzikální základy rtg difrakce: Od difrakce na atomech k difrakci na 3D periodických strukturách, strukturní faktor; Intenzita difraktovaného záření; Elektronová hustota a strukturní faktor; Fázový problém strukturní analýzy a metody jeho řešení, Pattersonova funkce, statistické metody v řešení fázového problému.

Difrakce na reálných krystalech: Vliv teplotních kmitů na difrakční obraz, Difrakce na částečně neuspořádaných strukturách; Typy krystalových poruch a jejich projevy na difraktogramech; Difrakce na amorfních látkách - radiální distribuční funkce a její interpretace. Přednostní orientace krystalitů - textura v přírodních a syntetických polymerních vláknech.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

The relation of structure and properties (structure and biological activity) and the significance of this relation for prediction of properties in the development of new materials.�

Fundamentals of structural crystallography; Description of 3D periodic crystal structures: cell selection, grid types, point and space group symmetry operations; reciprocal lattice and its properties. Reciprocal lattice and diffraction pattern. Visualization of crystal structures and demonstration of effects of space group symmetry operation using Materials Studio.�

X-ray diffraction. radiation on crystal structures; Diffractive condition in direct and reciprocal space; Methods of application of diffraction conditions and basic types of diffraction experiments; Influence of symmetry of the structure and type of crystal lattice on the shape of diffractogram peaks, Friedel law, extinction conditions. Demonstration of the effect of symmetry of structures and grid type on the shape of diffractograms in powder and monocrystalline samples using Materials Studio.�

Diffraction of neutrons, electrons and synchrotron radiation, physical nature and consequent possibilities for use in structural analysis.�

Physical foundations and principles of electron microscopy, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, material analysis of the specimens by energy dispersion X-ray spectroscopy, sample preparation.�

Physical bases of X-ray diffraction: From diffraction on atoms to diffraction on 3D periodic structures, structure factor; Intensity of diffracted radiation; Electronic density and structure factor; Phase problem of structural analysis and methods of its solution, Patterson function, statistical methods in solving phase problem.�

Real crystal diffraction: Influence of temperature vibrations on diffraction image, diffraction on partially disordered structures; types of crystal defects and their effects on diffractograms; diffraction on amorphous substances - radial distribution functions and their interpretation. Preferred orientation of crystals - texture in natural and synthetic polymeric fibres.�

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)