Kursets formål er at give indsigt i termodynamik og transportprocesser på længdeskalaer af individuelle biomolekyler og andre makromolekyler, og eksperimentelt at anvende den opnåede indsigt på levende mammale cellekulturer og biomolekylære analysesystemer. Målet er er at give studerende en fælles teoretisk og eksperimentel forståelse af de kræfter og fænomener, som driver molekylære vekselvirkninger i biologiske og biokemiske systemer og enheder på nanometer til millimeter skala. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• forklare mikroskopiske og makroskopiske diffusionsfænomener.
• anvende Ficks ligninger og randbetingelser til at løse simple diffusionsproblemer.
• beregne løsninger til simple strømningsproblemer og fortolke resultaterne.
• udføre beregninger af Gibbs fri energi til at forudse reaktioners ligevægtskonstanter.
• forklare konsekvenserne af solvatisering for reaktioners ligevægt og kinetik.
• eksperimentelt måle og analysere bindingsstyrke og kinetiske parametre.
• anvende en numerisk simulering til at forudsige transport, ligevægt, og forbrug af stoffer.
• beskrive essentielle processer til at udføre dyrkning af mammale celler.
• dyrke mammale celler under aseptiske forhold.
• analysere effekten af stimuli på overlevelse, metabolisme, og deling af celler.

Kurset introducerer teoretisk og eksperimentelt molekylær termodynamik fra et kemisk, fysisk, og biologisk perspektiv.

I den teoretiske del af kurset vil vi undersøge både passive og aktive transportmekanismer, dvs. diffusion og advektion, så vel som vigtige aspekter af reaktions-ligevægt og -kinetik, inklusive Gibbs fri energi, ligevægtskonstanter, og indflydelsen af solvatisering. Vi vil sammenkæde disse fænomener med biologiske og biologiske processer i biomolekylære analysesystemer og i levende mammale cellekulturer. Vi vil endvidere anvende den kombinerede teoretiske indsigt til at udføre prædiktive numeriske simuleringer af transport, ligevægt, og forbrug af stoffer i et biomolekylært system.

I den eksperimentelle del vil vi anvende den opnåede viden på udvalgte eksperimentelle systemer, som for eksempel assays for bindingsaffinitet, biomolekylære assays, og levende cellekulturer. Et essentielt aspekt af denne del vil være eksperimentel træning i vigtige procedurer til dyrkning af mammale cellekulturer og nøglemetoder til at beskrive overlevelse, metabolisme og deling af de dyrkede celler. Molecular Driving Forces (Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics and Nanoscience), Second Edition, Ken. A. Dill and Sarina Bromberg, Garland Science. ISBN 978-0-8153- 4430-8.

Howard Berg: Random Walks in Biology, 1993, 152 p., Princeton University Press, ISBN 0691000646

Kursusnoter vil blive gjort tilgængelige i løbet af kurset og vil udgøre en del af læseplanen. 02. maj, 2025