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

№ п/п

Наименование дисциплины

Раздел и тема

/в соответствии с рабочими программами дисциплин/

1.  1.

Физическая химия

Законы термодинамики. Коллоидные растворы.

Биоорганическая химия

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

Общая и экологическая биохимия

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

Молекулярная биология клетки

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

Молекулярная физика

Законы  термодинамики. Элементы термодинамики открытых систем

Квантовая физика

Структура электронных энергетических уровней молекул. Электронные переходы. 

Оптика

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

№ 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)

№ 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)

№ 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)

№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.

­­№ 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