Táto prezentácia bola použitá v rámci projektu

1. Táto prezentácia bola použitá v rámci projektu http://provek.fns.uniba.sk Projekt je spolufinancovaný Európskou úniou. Portál Európske únie http://www.europa.eu.int/ European Social Fund http://europa.eu.int/comm/employment_social/esf2000 ESF na Slovensku http://www.esf.gov.sk/ ITMS 11230310158

2. BIOFYZIKÁLNA CHÉMIAOd matematiky k biológii a medicíne a späť.Budú prírodné vedy v 21. storočí znovu zjednotené? Ivan Valent Katedra fyzikálnej a teoretickej chémie valent@fns.uniba.sk

3. Chemické oscilácie: Briggsova-Raucherova reakcia • 24 ml H2O+ 1 ml škrobu • 25 ml 0,268 M KIO3 • 20 ml 6 M H2O2 • 10 ml 0,5 M kyselina malónová • 10 ml 0,53 M HClO4 • 10 ml 0,067 M MnSO4

4. Biologické rytmy • sekundové – tlkot srdca (EKG), mozog (EEG) • denné (cirkadiánne) - spánok • mesačné, ročné • dlhodobé – doba kamenná, železná

5. Chemické vlny: Belousovova-Žabotinského reakcia Kurin-Csörgei, K., Zhabotinsky, A. M., Orbán, M. and Epstein, I. R.,"The bromate-1,4- cyclohexane-dione-ferroin gas-free oscillating reaction. I. Basic features and crossing wave patterns in a reaction-diffusion systemwithout gel," J. Phys. Chem. 100, 5393 (1996). • Klasický systém: • 67 ml H2O + 5 g NaBrO3+ 2 ml H2SO4 • 1 g NaBr na 10 ml H2O • 1 g kyseliny malónovej na 10 ml H2O • 1 ml 0,025 M feroínu

6. Boris P.Belousov: Cesta k objavu • Narodil sa v rodine ruského účtovníka na konci 19. storočia. • Možno prvý záujem o chémiu v ňom prebudil nápad vyrobiť spolu so starším bratom bombu pre atentát na cára. • Na začiatku 50-tych rokov 20. stor. napísal článok o oscilačnej reakcii. Článok poslal do vedeckého časopisu, kde ho odmietli publikovať z dôvodu, že „také reakcie nie sú možné“. • V polovici 50-tych rokov sa mladý biochemik S.E. Schnoll začal zaujímať o periodické procesy v biochémii. • Belousov sa nakoniec rozhodol vedu opustiť. Návod na reakciu prenechal Schnollovi a súhlasil s napísaním vlastného článku: • Belousov, B. P., Sb. Ref. Rad. Med. 1958, 145 (1959).

7. Anatol M. Žabotinskij A.M. Žabotinskij pod vedením S.E. Schnolla detailne skúmal mechanizmus tejto reakcie; ako prvý použil reakciu na štúdium priestorvých štruktúr. Tieto výsledky zaujali fyzikov, ktorí podobné objavy už očakávali... • Adjunct Professor of Chemistry, Department of Chemistry, Brandeis University • Súčasné vyskumné záujmy: • Experimentálne štúdium chemických vĺn a priestorových štruktúrv priemyselných reaktoroch a excitabilných biologických a ekologických systémoch. • Matematické modelovanie a počítačové simulácie vzniku priestorových štruktúr v chemických a biologických reakčno-difúznych systémoch.

8. Periodická precipitácia: Liesegangove krúžky • ióny ťažkých kovov (napr. Ag+, Cu2+, Co2+) • gélové prostredie (želatína, agar) • zrážadlo (NH3, K2Cr2O7)

9. Biologické systémy Agregácia Dictyosteliumdiscoideum Vlny Ca2+v srdcovom myocyte (I. Zahradník, ÚMFG SAV)

11. Deterministický chaos

12. Lorenzov atraktor nekonečne zložité správanie

13. Nelineárna dynamika Skúma sústavy (fyzikálne, chemické, biologické, ekonomické, sociologické, ...) vzdialené od termodynamickej rovnováhy, najmä ich vývoj v čase a priestore

14. “It has to be physiology?… I’d be delighted to study it and find out all about it, because I can guarantee you it would be very interesting.” Richard P. Feynman In: Richard P. Feynman, The Pleasure of Finding Things Out, Perseus Publishing, Cambridge, Massachusetts, 1999, p. 203.

15. Cieľ systémovej biológie Aby sme porozumeli biológii na úrovni celých systémov, musíme skúmať štruktúru a dynamiku funkcie bunky a organizmu ako celku, namiesto charakterizácie izolovaných častí týchto bilogických sústav. Hiroaki Kitano, Systems Biology: A Brief Overview, Science, 295, 1662 (2002). Tento cieľ vyžaduje posun v myslení „čo v biológii hľadať“. Aj keď skúmanie génov a proteínov zostáva dôležité, hlavným zameraním je pochopenie systémovej štruktúry a dynamiky.

16. Systémová biológia a počítačové modelovanie „Vysvetlenie zložitých biologických systémov vyžaduje spojenie experimentálneho a počítačového výskumu.Počítačová biológia, pomocoumodelovania a teoretickejinterpretácie, ponúka významný prostriedok na riešenie kľúčových vedeckých otázok súčasnosti.“ Hiroaki Kitano, Computational systems biology, Nature, 420, 206 (2002). „Systémováfyziológia 21. storočia sa nezvratne stáva kvantitatívnou vedou, a preto jednou z disciplín, ktoré najintenzívnejšie využívajú výpočtovú techniku.“ Denis Noble, Modeling the Heart - from Genes to Cells to the Whole Organ, Science, 295, 1678 (2002).

17. Neurodynamics Computational Biology Biophysics Mathematical Physiology Bioinformatics Mathematical Biology Biophysical Chemistry Computational Neuroscience

18. Výskum založený na hypotézach v systémovej biológii H. Kitano,Science, 295, 1662 (2002)

21. http://systemsbiology.rcsi.ie/apopto-cell.html

22. bunka srdcového svalu Vápnikové záblesky a vlny Konfokálna mikroskopia, Ústav molekulárnej fyziológie a genetikySAV, Bratislava I. Zahradník, A. Zahradníková

23. Štruktúrasvalovej bunky

24. Štruktúrasvalovej bunky

25. Štruktúrasvalovej bunky

26. ECCU – excitation-contraction coupling unit t-tubulus DHPR Cisterna SR RyR Typická cicavčia svalová bunka obsahuje cca 10 000 ECCU

27. Analytické riešenie parciálnej diferenciálnejrovnice s generáciou náhodných čísiel Stochastické difúzne procesy:Šírenie vápnikovej vlny S. Coombes, R. Hinch, and Y. Timofeeva, Prog. Biophys. Mol. Biol. 85, 197 (2004).

28. Budúcnosť prírodných vied v postgenómovej ére Howard Hughes Medical Institute Searching for group leaders at theJanelia FarmResearch Campus “… We will promote the self-assembly of interdisciplinary teams of scientists who seek to break through existing barriers. …” (www.hhmi.org/janelia)