1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Seminar	15

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

CILJ KOLEGIJA:
Stjecanje temeljnih znanja o elektrokemijskim i općenito fizikalno-kemijskim procesima u organizmu te biomolekulama čiji mehanizam djelovanja uključuje redoks reakciju, prijenos elektrona ili uspostavu električnog potencijala. Stjecanje vještina neophodnih za primjenu bioloških molekula u znanosti, tehnologiji i medicini.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:
1. Tjedan: Uvod. Uloga i važnost elektrokemijskih i fizikalno-kemijskih procesa u živom organizmu. Vrste i svojstva biomolekula.
2. Tjedan: Fizikalno-kemijska svojstva biomolekula. Ionizacija i kiselinsko-bazna svojstva, lipofilnost, redukcijski potencijali, potencijali prijelaza. Biološke membrane i njihova svojstva. Seminar: Građa, struktura, dinamika i funkcija bioloških membrana
3. Tjedan: Membranski potencijali. Nernstov, Donnanov i Goldmanov potencijal. Akcijski potencijali. Polarizacija i depolarizacija membrane. Ionske pumpe. Seminar: Elektroforeza s naglaskom na gel elektroforezu kao metoda za razdvajanje i analizu bioloških molekula.
4. Tjedan: Aktivni i pasivni transporti kroz membranu. In-vitro modeli bioloških membrana. Lipofilnost i PAMPA. Seminar: Transport lijekova kroz membrane i njihova farmakokinetika
5. Tjedan: Prva provjera znanja. Rekapitulacija gradiva
6. Tjedan.: Biološke redoks reakcije. Biolokemijski redoks potencijal. Termodinamika bioloških redoks reakcija. Određivanje oksidiranog/reduciranog oblika molekula izračunom oksidacijskog stanja.
7. Tjedan: Prijenos elektrona. Biološki prenositelji elektrona. Redoks enzimi i njihova uloga i mehanizmi Mehanizam prijenosa energije u živim organizmima. Bioenergetika. Oslobađanje energije u redoks reakcijama. Ciklus limunske kiseline i mitohondrijski prijenos elektrona. Molekularni kisik i metabolizam.
8. Tjedan: Reaktivne kisikove vrste. Redoks stanje biološkog sustava. Oksidacijski stres. Antioksidansi i antioksidativna svojstva biomolekula. Ciklusi regeneracije antioksidativnog statusa - neenzimatski i enzimatski antioksidansi. Utjecaj željeza antioksidanse- Fenton i Haber-Weiss reakcije.
9. Tjedan: Elektrokemijske metode analize bioloških molekula. Potenciometrijsko određivanje antioksidansa u nekim prirodnim proizvodima. Elektrokemijsko određivanje antioksidativnog statusa krvne plazme cikličkom voltametrijom. Usporedba elektrokemijskih i spektrofotometrijskih metoda određivanja antioksidansa.
10. Tjedan: Druga provjera znanja. Rekapitulacija gradiva
11. Tjedan : Biosenzori, podjela prema načinu pretvaranja signala, područja primjene. Amperometrijski senzori. Razvoj biosenzora za glukozu. Uloga medijatora u biosenzorima. Potenciometrijski biosenzori.
12. Tjedan: Bio-gorivni članci. Princip rada i izvedba članaka. Primjena biogorivnih članaka.
13. Tjedan: Biokatalizatori. Enzimski katalizatori. Mikrobiološke stanice kao katalizatori . Elektroenzimska sinteza.
14. Tjedan: Biokorozija. Uloga biofilma. Mikroorganizmi koji uzrokuju biokroziju. Metode sprečavanja biokorozije. Bioimpedancija i njena primjena u medicini.
15. Tjedan: Treća provjera znanja. Rekapitulacija gradiva.

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Opće kompetencije:
- Poznavanje uloge i funkcije bioloških molekula u biološkim sustavima
- Poznavanje svojstava biomolekula i mogućnosti njihove primjene u različitim područjima znanosti i tehnologije
- Stjecanje općih znanja o procesima transporta kroz membrane i njihove važnosti za medicinsku kemiju
- Posjedovanje multi-disciplinarnih znanja neophodnih za rad s biološkim molekulama i njihovu primjenu

Specifične kompetencije
- Razumijevanje bioloških membrana i njihove važnosti na biološke procese
- Poznavanje metodologija analize bioloških molekula
- Razumijevanje fizikalno-kemijskih svojstava molekula

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHVA IZVRŠAVANJA:
Studenti su dužni prisustvovati predavanjima i seminarima.
Studenti su obavezni pristupiti provjerama znanja.

UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Studenti moraju pohađati predavanja i seminare.

NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
Predavanja
Seminari
Konzultacije

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
Tri provjere znanja tijekom nastave.
Pismeni ispit.
Usmeni ispit.

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa.

ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
- Studenti će razumijeti osnovne elektrokemijske pojave u biološkim sustavima
- Studenti će definirati fizikalno-kemijska svojstva bioloških molekula i njihovu važnost u funkcioniranju bioloških sustava
- Studenti će razumijeti transportne procese na biološkim membranama nastajanje membranskog potencijala
- Studenti će dobiti znanja i razviti vještine neophodne za primjenu bioloških molekula u biosenzorima, gorivnim člancima, elektroenzimatskoj sintezi te u ostalim područjima znanost i tehnologije
- Studenti će prepoznati tehnološku problematiku u kojima mogu primijeniti biomolekule

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
- Studenti će prepoznati tehnološku problematiku u kojima mogu primijeniti biomolekule
- Studenti će primijeniti stečena znanja na konstrukciju naprednih i multi-funkcionalnih uređaja.
- Studenit će se moći uključiti u interdisciplinarne grupe koje se bave medicnskom kemijom, farmakokinetikom, biologijom ali i instrumentalnom analizom.

NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

Nastavna jedinica: Fizikalno-kemijska svojstva biomolekula i biološke membrane
Ishodi učenja
- Studenti će povezati znanja analitičke kemije, fizikalne kemije i elektrokemije za razumijevanje svojstava biomolekula
- Studenti će poznavati svojstva i funkcioniranje biološke membrane i transportne procese kroz nju.
- Studenti će moći koristiti stečena znanja na razumijevanje akcijskog potencijala i distribuciju lijekova u organizmu

Kriteriji vrednovanja
- Studenti znaju razumiju sva fizikalno-kemijska svojstva biomolekula
- Studenti mogu objasniti funkcioniranje ionskih kanala i akcijske potencijale
- Studenti razumiju transportne procese kroz biološke membrane.

Nastavna jedinica: Oksido-redukcijske reakcije bioloških spojeva i bioenergetika
Ishodi učenja
- Studenti ćeznanje iz elektrokemije o redoks reakcijama, redoks potencijalu i energetskim promjenama kod redoks reakcija proširiti na biološke redoks reakcije i biokemijski redoks potencijal .
- Studenti će steći znanje o prenositeljima i načinima prijenosa elektrona u biološkim sustavima, pogotovo ulogu tog prijenosa u obrani organizma od oksidtivnog stresa i u bioenergetici.
- Studenti će znanje o elektrokemijskim mjernim tehnikama proširiti na njihovu primjenu na biomolekule in vitro i in vivo.

Kriteriji vrednovanja
- Studenti prikazuju neke od najznačajnijih bioloških redoks reakcije te za njih izračunavaju promjenu slobodne Gibbsove.
- Studenti izračunavaju oksidacijsko stanje bioloških molekula.
- Studenti definiraju načine prijenosa elektrona u biološkim sustavima te raspoznaju u kojem se smjeru mijenja oksidacijsko stanje bioloških molekula u odabranim reakcijama.
- Studenti opisuju mehanizme djelovanja bioloških prenositelja elektrona i redoks enzima.
- Studenti opisuju proces staničnog disanja te energetske promjene u mitohondrijskom elektronskom transportnom lancu i procesu oksidativne fosforilacije.
- Studenti opisuju ulogu i mehanizme djelovanja najvažnijih neenzimatskih i enzimatskuh antioksidansa.
- Studenti znaju opisati principe primjene elektrokemijskih metoda na biomolkulama.

Nastavna jedinica: Biokatalizatori
Ishodi učenja
- studenti će naučiti kako biomolekule i mikroorganizmi mogu katalizirati pojedine redoks reakcije
- studenti će upoznati mogućnost primjene biomolekula u razvoju senzora, gorivnih članka i organskoj sintezi.
- studenti će naučiti kako mikroorganizmi i njihovi metaboliti mogu štetno djelovati na različite konstrukcijske materijale.

Kriterij vrednovanja
- Studenti opisuju princip djelovanja enzimskih i mikrobioloških katalizatora
- Student opisuje princip rada biosenzora na primjeru biosenzora za glukozu
- Student znade objasniti kako izgleda biogorivni članak i koji procesi se odvijaju u njemu
- Student može objasniti koja je uloga biofilma u korozijskim procesima

1. razumjeti osnovne elektrokemijske pojave u biološkim sustavima
2. definirati fizikalno-kemijska svojstva bioloških molekula i njihovu važnost u funkcioniranju bioloških sustava
3. razumjeti transportne procese na biološkim membranama nastajanje membranskog potencijala
4. demonstrirati znanja i razviti vještine neophodne za primjenu bioloških molekula u biosenzorima, gorivnim člancima, elektroenzimatskoj sintezi te u ostalim područjima znanost i tehnologije
5. prepoznati tehnološku problematiku u kojima mogu primijeniti biomolekule

1. Materijali s predavanja dostupni na stranicama Zavoda za elektrokemiju i sustavu Merlin, 1. Zoran Mandić, Interni pisani materijali.
   2. Sanja Martinez, Interni pisani materijali
   3. Jozefina Katić, Interni pisani materijali, Nositelji kolegija, , .
2. Fundamentals of electrochemistry, V.S. Bagotsky, Fundamentals of electrochemistry, Poglavlje 23: Bioelectrochemistry. 1993. Plenum Press, NY., V.S. Bagotsky, , .
3. Senzori fizikalnih veličina i elektroanalitičke metode, I. Piljac, Senzori fizikalnih veličina i elektroanalitičke metode, Media Print, Zagreb 2010., I. Piljac, , .

Izborni kolegij - Redovni modul - Kemijske tehnologije i proizvodi
Izborni kolegij - Redovni modul - Kemijsko inženjerstvo u zaštiti okoliša
Izborni kolegij - Redovni modul - Kemijsko-procesno inženjerstvo