Рабочая программа дисциплины "Медицинская и биологическая физика" (Содержание дисциплины. Формы контроля знаний)

Страницы работы

11 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

принципы преобразования энергии в биосистемах, молекулярные механизмы процессов энергетического сопряжения;

-  принципы пространственной регуляции и самоорганизации биологических систем, условия стабильности конфигурации макромолекул, факторы стабилизации макромолекул, надмолекулярных структур и биомембран, особенности пространственной организации белков, электронно-конформационные свойства биополимеров, роль конформационной подвижности в функционировании ферментов и транспортных белков;

-  молекулярную организацию биологических мембран, биофизические механизмы транспорта веществ через биомембраны, пассивный и активный транспорт, молекулярное строение и механизмы функционирования ионных каналов, механизмы биоэлектрогенеза, происхождение потенциала покоя и потенциала действия, работу АТФаз, механизмы распространения возбуждения, кодирование и передачу информации в живых организмах.

     уметь:

-  использовать современные биофизические методы исследования для анализа живых систем;

-  применять полученные знания для медико-биологических исследований состояния организма, причин нарушения его функционирования и возникновения заболеваний;

-  использовать математические методы обработки результатов исследования.

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины.

№ п/п
Наименование дисциплины
Раздел и тема

/в соответствии с рабочими программами дисциплин/

1.  1.
Физическая химия
Законы термодинамики. Коллоидные растворы.
  1.  

Биоорганическая химия

Белки. Липиды. Углеводы. Нуклеиновые кислоты.  Химические связи в биомолекулах.

  1.  

Общая и экологическая биохимия

Белки и аминокислоты. Ферменты. Гликолиз. Цикл Кребса. Окислительное фосфорилирование.

  1.  

Молекулярная биология клетки

Структура и свойства белков. Регуляция синтеза белка в клетке. Обмен веществ в клетке

  1.  

Молекулярная физика

Законы  термодинамики. Элементы термодинамики открытых систем

  1.  

Квантовая физика

Структура электронных энергетических уровней молекул. Электронные переходы. 

  1.  

Оптика

Волновая и квантовая природа света.  Интерференция, дифрак­ция, поляризация света. Спектральные свойства света. Взаимодействие света с веществом 

2.       Содержание дисциплины

Наименование тем, содержание и объем лекций (в скобках указан объем для заочной формы обучения):

№ п/п
Наименование тем
Содержание
Объ­ем (часы)

1.   

Предмет биологической физики. 

Соотношение с другими дисциплинами. Общие принципы биофизики. Молекулярная логика живого

2 (0)

2.   

Термодинамика биологических процессов

 Классификация теpмодинамических систем, законы теpмодинамики.   Энтальпия, энтропия, свободная энергия. Энтропия и информация  Первый   закон термодинамики в биологии.

2 (0,5)

3.   

Термодинамика стационарных состояний и нелинейных кинетических систем

 Второй закон термодинамики в открытых системах. Термодинамическая направленность про-цессов.  Энтропия открытых систем. Термодинамические условия существования и устойчивости  стационарного состояния. Множественность стационарных состояний. Устойчивость стационарных состояний  Теорема Пригожина. Самоорганизация   в неравновесных системах.

2(0,5)

4.   

Биоэнергетика

Источники энергии для биосистем. Принцип энергетического сопряжения. Мембранный электрохимический потенциал как унифицированная форма энергии в клетке. Энергетика фотосинтеза

2 (0,5)

5.   

Аккумуляция и трансформация энергии в клетке

Субстратное и мембранное фосфорилирование, термодинамический аспект. Трансмембранный электрохимический ионный потенциал. Хемиосмотическая теория Митчела. АТФ – энергетический донор биохимических реакций. Пути и механизмы использования энергии АТФ в клетке. Стандартная свободная энергия. Макроэргические соединения

2(0,5)

6.   

Кинетика биологических процессов

Типы реакций. Порядок реакции. Влияние температуры на скорость реакции. Энергия активации. Кинетическая неравновесность биосистем. Регулирование скоростей реакций в организме

2(0)

7.   

Квантовая биофизика и фотофизика биомолекул

Структура электронных энергетических уровней молекул. Электронные уровни в биопомерах. Электронные переходы в биомолекулах. Потенциал ионизации, электронное сродство. Поглощение света веществом

2 (0,5)

8.   

Электронно

возбужденное состояние биомолекул

 Синглетные и триплетные возбужденные состояния биомолекул. Пути дезактивации электронно-возбужденного состояния биомолекул. Схема Яблонского для сложных молекул. Принцип Франка - Кондона и законы флуоресценции. Флуоресценция. Фосфоресценция. Квантовый выход люминесценции. Правило Стокса и Левшина. Закон Вавилова. Флуоресцентные зонды. Метод флуориметрии.

2(0,5)

9.   

Миграция энергии в биосистемах

Перенос энергии электронного возбуждения. Индуктивно-резонансная миграция энергии. Триплет-триплетная миграция энергии. Миграция экситона. Перенос электрона в биоструктурах.  Туннельный механизм переноса электронов по ЦЭТ

2(0,5)

10. 

Свободно радикальные процессы

Свободные радикалы воды, органических молекул, липидов, хинонов. Цепные реакции окисления и их роль в биологических системахв норме и при развитии патологических процессов.. Перекисное окисление липидов. Антиоксиданты, механизм их биологического действия. Естественные антиоксиданты тканей и их биологическая роль.  Методы ЭПР, ЯМР. Хемилюминесценция,  ее использование как метод диагностически   

2(0,5)

11. 

Биофизика фотобиологических процессов

Физико-химические основы фотобиологических процессов, фотофизическая и фотохимическая стадии. Механизмы трансформации энергии в первичных фотобиологических процессах Фотосинтез, зрение. Фотосенсибилизированные фотобиологические процессы. Фотодинамический эффект, применение в медицине. Спектр фотобиологического действия

2(0,5)

12. 

Молекулярная биофизика. Ферменты

Теории ферментативного катализа. Термодинамика ферментативного катализа. Рекуперация энергии при ферментативном катализе. Конформационные изменения как обязательный этап ферментативного процесса. Кинетика ферментативного катализа. Регуляция активности ферментов. Аллостерическая регуляция ферментативного процесса

2(1)

13. 

Биофизика механохимических процессов

Биофизика мышечного сокращения. Структурные основы и энергетика мышечного сокращения. Преобразование энергии в механохимических системах, роль АТФ и Ca2+. Термодинамические особенности механохимического процесса

2(0)

14. 

Биофизика мембран

Мембрана как универсальный компонент биологических систем. Проблема биологической упорядоченности надмолекулярных структур, термодинамический аспект. Особенности межмолекулярных взаимодействий в биомембранах. Геометрия и строение биологических мембран. Белковый цитоскелет. Липидный бислой. Особенности фазовых переходов в мембранных системах.  Метод микрокалориметрии. Методы исследования структуры мембран

2(1)

15. 

Функции биомембран. Транспортная функция биомембран

Избирательная проницаемость. Природа и механизмы. Пассивная диффузия. Транспорт неэлектролитов. Облегченная диффузия. Ионный транспорт.  Ионофоры. Активный транспорт. Кинетика активного транспорта. Участие АТФаз в активном транспорте ионов через биологические мембраны.

2(1)

16. 

Электрические явления в биомембранах

Ионные каналы; теория однорядного транспорта.   Ионная селективность мембран   Ионные токи через возбудимую мембрану.  Метод пэтч-кламп. Потенциал покоя. Потенциал действия. Роль ионов Na и K в генерации потенциала действия  Распространение потенциала действия по нервному волокну. Теория локальных токов. Синапсы. Передача возбуждения в синапсах. 

2(0,5)

Всего:

32(8)

Лабораторные занятия (в скобках указан объем для заочной формы обучения):

№ п/п
Наименование тем
Содержание
Объ­ем (часы)

1.   

Препаративные методы исследования. Метод седиментации

Выделение эритроцитарных мембран методом дифференциального центрифугирования (метод Доджа)

4(0)

2.   

Спектральные методы исследования. Метод спектрофотометрии

Закономерности поглощения света веществом. Построение спектров поглощения. Изучение влияния различных агентов на структуру молекулы белка методом спектрофотометрии.

4(2)

3.   

Спектральные методы исследования. Метод спектрофлуориметрии.Метод  флуоресцен-тных зондов

Флуоресцентная спектроскопия. Флуоресценция белков и ароматических аминокислот. Изучение конформационной лабильности сывороточного альбумина методом триптофановой флуоресценции.

 Применение флуоресцентного зондирования в исследовании биологических мембран. Зонды 1,8-АНС и пирен.

4(2)

Всего:

12(4)

Практические и семинарские занятия, их содержание и объем в часах (в скобках указан объем для заочной формы обучения):

№ п/п
Наименование тем
Содержание
Объ­ем (часы)

1

Термодинамика биологических процессов. Биоэнергетика

 Классификация теpмодинамических систем, законы теpмодинамики.   Энтальпия, энтропия, свободная энергия. Энтропия и информация  Первый   закон термодинамики в биологии.

 Второй закон термодинамики в открытых системах.   Энтропия открытых систем.   Устойчивость стационарных состояний  Теорема Пригожина. 

2(0)

2

Молекулярные механизмы процессов энергетического сопряжения

Источники энергии для биосистем.  Мембранный электрохимический потенциал как унифицированная форма энергии в клетке. Энергетика фотосинтеза.Субстратное и мембранное фосфорилирование, термодинамический аспект.  АТФ – энергетический донор биохимических реакций.  Связь транспорта ионов и процесса переноса электрона в хлоропластах и митохондриях.  Электрохимический градиент протонов  

2(1)

3.

Квантовая биофизика и фотофизика молекул

Структура электронных энергетических уровней молекул. Электронные уровни в биопомерах. Электронные переходы в биомолекулах.  Синглетные и триплетные возбужденные состояния биомолекул.   Схема Яблонского для сложных молекул.   Законы флуоресценции.  Правило Стокса и Левшина. Закон Вавилова. Флуоресцентные зонды. Метод флуориметрии.

2(0)

4

Пространственная организация биополимеров

Особенности пространственной организации белков. Условия стабильности конфигурации макромолекул. Переходы глобула-клубок. Типы объемных взаимодействий в белковых макромолекулах. Водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса, электростатические взаимодействия. Факторы стабилизации макромолекул, надмолекулярных структур и биомембран.

2(0,5)

5

Молекулярные механизмы рецепторных процессов

Взаимодействие эффектор-рецептор. G-белки. Трансдукция рецепторного сигнала. Первичные и вторичные мессенджеры. Регуляция рецепторных процессов. Виды внутриклеточной сигнализации

2(0,5)

Всего:

10(2)

3. Учебно-методические материалы по дисциплине

Основная литература

1.  А.Б. Рубин. Биофизика, в 2-х томах,  М., «Высшая школа», 1987

2.  А.Б.Рубин. Биофизика, в 2-х томах, М., «Наука», 2004

3.   В.Ф.Антонов и др. Биофизика, М, «Владос», 2000

4.   В.Г.Артюхов, Т.А.Ковалева, В.П. Шмелев. Биофизика, Изд. Воронежского университета, 1994

5.  П.Г. Костюк, Д.М. Гродзинский, В.Л. Зима и др. Биофизика, Выща школа, Киев, 1988

6.  В. Калоус, З. Павличек. Биофизическая химия. М. Мир, 1985

7.  В.Уильямс, Х.Уильямс. Физическая химия для биологов. М., Мир, 1976

8.  Ю.А. Владимиров и др. Биофизика, М., «Медицина», 1983

9.  Л.А. Блюменфельд. Проблемы биологической физики, М., «Наука» 1974

10.М.В. Волькенштейн. Общая биофизика, М., «Наука», 1978

11.М.В.Волькенштейн. Молекулярная биофизика, М.,»Наука», 1975

12.С.В. Конев. Структурная лабильность биологических мембран и регуляторные процессы, Мн., Наука и техника, 1987

13.Г.М.Франк  Биофизика живой клетки, М., «Наука», 1982

14.Ж. Гладик. Биофизика. М., Энергоатомиздат, 1983

15.В.П. Скулачев. Энергетика биологических мембран, М., «Наука», 1989

16.В.Г.Артюхов и др. Практикум по биофизике, Воронеж, 2001

17. В.Г.Артюхов , О.В.Путинцева. Оптические  методы анализа интактных и модифицированных биологических систем, Изд. Воронежского университета, 1996

Дополнительная литература

1.  Cantby L.C. Structure and mechanism of the (Na,K)-ATPase. Curr. Topics Bioenerget. 11, 1981, 201-237

2.  Hassebach W., Oetliker H., Energetics and electrogenicity of the sarcoplasmic reticulum calcium pump Ann. Rev. Physiol., 45, 1983, 325-339

3.  West J.C. Energy coupling in secondary active transport. Biochim. Biophys. Acta, 604, 1980, 91-126

4.  J. Darnell, H. Lodish, D. Baltimore Moleculas Cell Biology, Scientific Am. Book., N.Y. 1986

5.  Г.Р. Иваницкий  Мир глазами биофизика, М. «Педагогика», 1985

6.  Sixtus Hynie Membrane Receptors and Transmembrane Signalling, Praha, 1990

7.  Молекулярные механизмы биологического действия оптического излучения /Под ред. А.Б. Рубина/ М., 1987

8.  Г.М. Франк, Биофизика живой клетки, М. “Наука”, 1982

9.  Н.И. Губанов, А.А. Утенбергенов, Медицинская биофизика М. ”Медицина”, 1978

4. Формы контроля знаний:

№п\п

                                       Форма контроля

1.

Выборочный контроль на лекциях.

2.

Проверка конспектов лекций студентов.

3.

Проверка контрольных работ на потоке.

4.

Собеседование при защите отчётов по лабораторным занятиям.

5.

Аттестация по подготовленным рефератам.

6.

Собеседование во время консультаций.

7.

Проведение экзамена по курсу.

Перечень тем рефератов
­­№ п.п.
Тема

1.   

Использование метода математического моделирования в биофизике

2.   

Сколько «стоит» биологическая упорядоченность ?

3.   

Окислительное фосфорилирование. Хемиосмотический механизм сопряжения между окислением и фосфорилированием Митчела

4.   

Электронно-конформационные эффекты в редокс-цепях, их локализация в мембранах.

5.   

Белки. Модель гидрофильно-гидрофобной капли. Кооперативность макромолекул. Динамические свойства глобулярных белков.

6.   

Колебательные процессы в химии и биологии

7.   

Структурная организация миофибрилл и природа механохимического сопряжения

8.   

Фотодинамические соединения и их применение в медицине

9.   

Молекулярная организация биологических мембран: биомембраны как универсальные структурно-функциональные образования живых систем.

10. 

Физико-химические основы фотобиологических процессов. Химия и физика загара.

11. 

Свободные радикалы в биоструктурах и свободно радикальные процессы

Похожие материалы

Информация о работе