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