Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика»

Загрузка...





Скачать 315.1 Kb.
НазваниеПояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика»
Дата публикации25.11.2013
Размер315.1 Kb.
ТипПояснительная записка
top-bal.ru > Биология > Пояснительная записка
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Мурманский государственный гуманитарный университет»

(МГГУ)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ


ОПД.Ф.12 БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ: БИОФИЗИКА

Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности
020201.65 Биология
(код и наименование специальности/тей)


Утверждено на заседании кафедры

биологии и химии

факультета ЕФКиБЖД

(протокол № 6 от 9 февраля 2012 г.)
Зав. кафедрой

_________________М.Н. Харламова

РАЗДЕЛ 1. Программа учебной дисциплины «Биология клетки: биофизика»

1.1 Автор программы: Икко Н.В., к.б.н., доцент кафедры биологии и химии

^ 1.2 Рецензенты: Луппова Е.Н, к.б.н., доцент; Воскобойников Г.М., д.б.н., зав. лабораторией альгологии ММБИ КНЦ РАН

1.3 Пояснительная записка:

Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» составлена в соответствии со стандартом специальности 020201 «Биология». Дисциплина относится к общепрофессиональному циклу подготовки и входит в федеральный компонент стандарта. При изучении дисциплины используются знания и навыки, полученные студентами в ходе изучения курсов «Физика», «Математика», «Общая и органическая химия», «Цитология», «Гистология», «Биохимия».

Цель дисциплины «Биология клетки: биофизика» – освоение студентами знаний о физических принципах, механизмах и моделях функционирования биологических систем на молекулярном, клеточном и организменном уровнях.

Программа лекционного курса включает в себя 8 разделов, содержащих сведения об основных особенностях кинетики и термодинамики биологических процессов, физике биополимеров и надмолекулярных структур. Изучаются физические основы ферментативного катализа, транспорта веществ через биологические мембраны электрической возбудимости клеток. Значительное место отводится изучению механизмов преобразования энергии в процессах окислительного фосфорилирования и фотосинтеза, механизмов мышечного сокращения, а также изучению физических основ рецепции. Программа практических и лабораторных занятий направлена на закрепление студентами теоретического материала путем решения задач.

Данная дисциплина подготовит студента к оперированию специальной терминологией, пониманию основных понятий, законов и моделей, применяемых в биофизике, теоретических и экспериментальных методов исследований, приобретению способности к системному мышлению.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

  • Иметь представление об основных объектах исследования молекулярной биофизики, биофизики клетки, а также биофизики сложных систем.

  • Знать основные биологические и физические процессы, протекающие в живых организмах.

  • Знать основные понятия, законы и модели, применяемые в биофизике, свойства биофизических систем.

  • Знать принципы формирования и распространения сигналов в живом организме, их роль биофизике чувств.

  • Знать факторы неблагоприятного воздействия на биофизические системы, нарушающие их равновесное состояние.

  • Уметь применять базовые законы механики, молекулярной физики, электричества и магнетизма, оптики для качественного описания биологических и физических процессов, протекающих в живых организмах.

  • Уметь оперировать специальной терминологией, грамотно воспринимать практические проблемы, связанных с биофизикой в целом, и со здоровьем человека, в частности и использовать их в профессиональной деятельности.

  • Уметь определять факторы, нарушающие транспортные свойства мембран, энергетические и мощностные характеристики сократительных систем (в том числе показатели производительности работы сердца), скорости кровотока и давать рекомендации по их предотвращению.

  • Владеть методами физической трактовки и физической интерпретации биологических процессов.

  • Владеть методами математического моделирования количественных характеристик макромолекул, мембран, мышечных сокращений, кровотока.

  • Владеть методами изучения подвижности микросистем, измерений потенциалов, скорости движения жидкости и информацией о физических методах исследования функционирования живого организма.



Программа курса составлена на основе рабочей программы дисциплины «Биофизика» для направления подготовки 011200.62 Физика (автор – доктор физ.-мат. наук, профессор Ю.Н. Журавлев, Кемеровский государственный университет) и рабочей программы дисциплины «Биология клетки (биофизика)» для специальности 020201.65 Биология, (автор – к.б.н., доцент кафедры физико-химической биологии биолого-почвенного факультета ИГУ А.А. Приставка, Иркутский государственный университет).
^ 1.4 Извлечение (в виде ксерокопии) из ГОС ВПО специальности 011600 Биология (10 марта 2000 г.), содержащее требования к обязательному минимуму содержания дисциплины и общее количество часов (выписка):

^ Биология клетки (гистология, цитология, биофизика, биохимия и молекулярная биология)

Строение и принципы жизнедеятельности клетки, единство и разнообразие клеточных типов, воспроизведение и специализация; ткани, их происхождение в индивидуальном и историческом развитии; субклеточные компоненты, их биохимические характеристики; структура и свойства белков, нуклеиновых кислот, углеводов, пути биосинтеза макромолекул, энергетика клеток растений и животных, структура и функции биомембран, принципы регуляции метаболизма; радиобиология; методы световой микроскопии, культуры клеток и тканей, выделения и исследования субклеточных структур, потенции фотометрии, приемы изучения ферментативной активности, изотопный анализ. Практикумы. – 400 часов.
^ 1.5 Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина):



№ п/п

Шифр и наименование специальности

Курс

Семестр

Виды учебной работы в часах

Вид итогового контроля (форма отчетности)

Трудо-емкость

Всего аудит.

ЛК

ПР/

СМ

ЛБ

Сам.

работа




1.

020201.65

3

6

80

48

30

8

10

32

экзамен



^ 1.6 Содержание дисциплины.

1.6.1 Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:



№ п/п

Наименование раздела, темы

Количество часов

Вариант 1

Вариант 2

Всего ауд.ч.

ЛК

ПР/

СМ

ЛБ

Часов на СРС

Всего ауд.ч.

ЛК

ПР/

СМ

ЛБ

Часов на СРС



Введение. Биофизика как наука.




2

-

2

-


















Биофизика сложных систем. Кинетика и термодинамика биологических процессов.




4

2

4

6


















Молекулярная биофизика.




4

2

2

6


















Биофизика мембранных процессов.




6

1

2

6


















Биофизика мышечного сокращения




2

-

-

-


















Биофизика фотобиологических процессов.




4

1

-

6


















Биофизика рецепции




4

1

-

4


















Радиационная биофизика




4

1

-

4


















Всего:




30

8

10

32

















Примечание: Вариант 1 для специальности 020201.65 Биология

Вариант 2 для специальности (шифр, название специальности).
1.6.2 Содержание разделов дисциплины.
^

Тема 1. Введение. Биофизика как наука


Предмет и задачи биофизики. Биологические и физические процессы и закономерности в живых системах. Методологические вопросы биофизики. История развития отечественной биофизики.
^

Тема 2. Биофизика сложных систем.

Кинетика биологических процессов.


Основные особенности кинетики биологических процессов. Описание динамики биологических процессов на языке химической кинетики. Математические модели. Задачи математического моделирования в биологии. Общие принципы построения математических моделей биологических систем. Понятие адекватности модели реальному объекту. Динамические модели биологических процессов. Линейные и нелинейные процессы. Методы качественной теории дифференциальных уравнений в анализе динамических свойств биологических процессов. Понятие о фазовой плоскости и фазовом портрете системы. Временная иерархия и принцип "узкого места" в биологических системах. Управляющие параметры. Быстрые и медленные переменные.

Способы математического описания пространственно неоднородных систем. Стационарные состояния биологических систем. Множественность стационарных состояний. Устойчивость стационарных состояний. Модели триггерного типа. Примеры. Силовое и параметрическое переключение триггера. Гистерезисные явления. Колебательные процессы в биологии. Автоколебательные режимы. Предельные циклы и их устойчивость. Представления о пространственно неоднородных стационарных состояниях (диссипативных структурах) и условиях их образования. Кинетика ферментативных процессов. Особенности механизмов ферментативных реакций. Понятие о физике ферментативного катализа.

Кинетика простейших ферментативных реакций. Условия реализации стационарности. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Влияние модификаторов на кинетику ферментативных реакций. Общие принципы анализа более сложных ферментативных реакций. Влияние температуры на скорость реакций в биологических системах. Взаимосвязь кинетических и термодинамических параметров. Роль конформационных свойств биополимеров.
^

Термодинамика биологических процессов


Классификация термодинамических систем. Первый и второй законы термодинамики в биологии. Расчеты энергетических эффектов реакций в биологических системах. Характеристические функции и их использование в анализе биологических процессов.

Изменение энтропии в открытых системах. Постулат Пригожина. Термодинамические условия осуществления стационарного состояния. Связь между величинами химического сродства и скоростями реакций. Термодинамическое сопряжение реакций и тепловые эффекты в биологических системах.

Понятие обобщенных сил и потоков. Линейные соотношения и соотношения взаимности Онзагера. Термодинамика транспортных процессов. Стационарное состояние и условия минимума скорости прироста энтропии. Теорема Пригожина.

Применение линейной термодинамики в биологии. Термодинамические характеристики молекулярно-энергетических процессов в биосистемах. Нелинейная термодинамика. Общие критерии устойчивости стационарных состояний и перехода к ним вблизи и вдали от равновесия. Связь энтропии и информации в биологических системах.

^ Тема 3. Молекулярная биофизика.

Макромолекула как основа организации биоструктур. Пространственная конфигурация биополимеров. Условия стабильности конфигурации макромолекул. Фазовые переходы. Переходы глобула-клубок. Типы объемных взаимодействий в белковых макромолекулах. Силы Ван-дер-Ваальса (ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия); водородные связи и электростатические взаимодействия; поворотная изомерия и энергия внутреннего вращения. Факторы стабилизации макромолекул. Взаимодействие макромолекул с растворителем. Строение и свойства молекулы воды. Водородные связи. Особенности воды как растворителя. Гидрофобные и гидрофильные взаимодействия в биоструктурах. Образование структур из амфифильных молекул.

Особенности пространственной организации белков и нуклеиновых кислот. Модели фибриллярных и глобулярных белков. Количественная структурная теория белка. Динамические свойства глобулярных белков. Структурные и энергетические факторы, определяющие динамическую подвижность белков. Основные методы изучения конформационной подвижности белков: изотопный обмен, люминесцентные методы, ЭПР, гамма-резонансная спектроскопия, ЯМР высокого разрешения, импульсные методы ЯМР, методы молекулярной динамики. Карты уровней свободной энергии пептидов.

Связь характеристик конформационной подвижности белков с их функциональными свойствами. Динамика электронно-конформационных переходов. Роль воды в динамике белков. Роль конформационной подвижности в функционировании ферментов и транспортных белков.

Электронные свойства биополимеров. Электронные уровни в биопомерах. Основные типы молекулярных орбиталей и электронных состояний. Схема Яблонского для сложных молекул. Принцип Франка - Кондона и законы флуоресценции. Люминесценция биологически важных молекул. Механизмы миграции энергии: резонансный механизм, синглет-синглетный и триплет-триплетный переносы, миграция экситона. Природа гиперхромного и гипохромного эффектов.

Возбужденные состояния и трансформация энергии в биоструктурах. Перенос электрона в биоструктурах. Различные физические модели переноса электрона. Туннельный эффект. Туннелирование с участием виртуальных уровней. Электронно-конформационные взаимодействия и релаксационные процессы в биоструктурах.

Современные представления о механизмах ферментативного катализа. Электронно-конформационные взаимодействия в фермент-субстратном комплексе. Формула для константы скорости образования многоцентровой активной конфигурации.

^ Тема 4. Биофизика мембранных процессов.

Структура и функционирование биологических мембран. Мембрана как универсальный компонент биологических систем. Развитие представлений о структурной организации мембран. Характеристика мембранных белков и липидов. Динамика структурных элементов мембраны. Белок-липидные взаимодействия. Вода как составной элемент биомембран. Модельные мембранные системы. Монослой на границе раздела фаз. Бислойные мембраны. Протеолипосомы.

Физико-химические механизмы стабилизации мембран. Особенности фазовых переходов в мембранных системах. Вращательная и трансляционная подвижность фосфолипидов, флип-флоп переходы. Подвижность мембранных белков. Влияние внешних (экологических) факторов на структурно-функциональные характеристики биомембран.

Поверхностный заряд мембранных систем; происхождение электрокинетического потенциала. Явление поляризации в мембранах. Дисперсия электропроводности, емкости, диэлектрической проницаемости. Зависимость диэлектрических потерь от частоты.

Свободные радикалы при цепных реакциях окисления липидов в мембранах и других клеточных структурах. Образование свободных радикалов в тканях в норме и при патологических процессах. Роль активных форм кислорода. Антиоксиданты, механизм их биологического действия. Естественные антиоксиданты тканей и их биологическая роль.

Транспорт веществ через биологические мембраны: Пассивный транспорт веществ через биомембраны. Химический и электрохимический потенциалы. Классификация видов пассивного транспорта. Простая диффузия неэлектролитов. Законы Фика. Проницаемость и коэффициент диффузии. Нестационарная диффузия. Диффузия через поры. Ионные насосы. Участие АТФаз в активном транспорте ионов через биологические мембраны. Эквивалентная схема активного транспорта. Биоэлектрические потенциалы: Потенциал покоя. Электродиффузион-ный транспорт ионов через мембрану. Потенциал Нернста. Уравнение Гендерсона. Приближение постоянного поля. Уравнение Гольдмана для мембранного потенциала. Потенциал действия. Роль ионов Na+ и K+ в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах; роль ионов Ca2+ и Cl- генерации потенциала действия у других объектов. Механизмы активации и инактивации каналов. Измерение потенциалов в возбудимых мембранах.

Математическая модель нелинейных процессов мембранного транспорта. Флуктуации напряжения и проводимости в модельных и биологических мембранах. Распространение нервного импульса вдоль возбудимого волокна. Кабельные свойства нервных волокон. Математические модели процесса распространения нервного импульса. Физико-химические процессы в нервных волокнах при проведении рядов импульсов (ритмическое возбуждение). Энергообеспечение процессов распространения возбуждения. Основные понятия теории возбудимых сред.

Молекулярные механизмы процессов энергетического сопряжения. Связь транспорта ионов и процесса переноса электрона в хлоропластах и митохондриях. Локализация электротранспортных цепей в мембране. Структурные аспекты функционирования связанных с мембраной переносчиков. Асимметрия мембраны. Основные положения теории Митчелла. Электрохимический градиент протонов. энергизированное состояние мембран; роль векторной Н+-АТФазы. Сопрягающие комплексы, их локализация в мембране. Функции отдельных субъединиц. Конформационные перестройки в процессе образования макроэрга. Бактериородопсин как молекулярный фотоэлектрический генератор. Физические аспекты и модели энергетического сопряжения.

^ Тема 5. Биофизика мышечного сокращения.

Основные типы сократительных и подвижных систем. Структура и функционирование поперечно-полосатой мышцы позвоночных. Биомеханика мышцы. Принципы преобразования энергии в механохимических системах. Термодинамические, энергетические и мощностные характеристики сократительных систем. Теории механизма мышечного сокращения.

^ Тема 6. Биофизика фотобиологических процессов.

Механизмы трансформации энергии в первичных фотобиологических процессах. Взаимодействие квантов с молекулами. Первичные фотохимические реакции. Основные стадии фотобиологического процесса. Механизмы фотобиологических и фотохимических стадий. Кинетика фотобиологических процессов. Проблемы разделения зарядов и переноса электрона в первичном фотобиологическом процессе. Роль электронно-конформационных взаимодействий.

Биофизика фотосинтеза. Структурная организация и функционирование фотосинтетических мембран. Два типа пигментных систем и две световые реакции. Организация и функционирование фотореакционных центров. Проблемы первичного акта фотосинтеза. Электронно-конформационные взаимодействия. Фотоинформационный переход. Кинетика и физические механизмы переноса электрона в электрон-транспортных цепях при фотосинтезе. Механизмы сопряжения окислительно-восстановительных реакций с трансмембранным переносом протона. Особенности и механизмы фотоэнергетических реакций бакте-риородопсина и зрительного пигмента родопсина.

Фоторегуляторные и фотодеструктивные процессы. Основные типы фоторегуляторных реакций растительных и микробных организмов: фотоморфогенез, фототропизм, фототаксис, фотоиндуцированный каротиногенез. Спектры действия, природа фоторецепторных систем, механизмы первичных фотореакций. Фитохром как фоторецепторная система регуляции метаболизма растений. Молекулярные свойства и спектральные характеристики фитохрома. Понятие о фотохромных молекулах и фотохромном механизме фотоактивации ферментов.

Фотохимические реакции в белках, липидах и нуклеиновых кислотах. ДНК как основная внутриклеточная мишень при летальном и мутагенном действии ультрафиолетового света. Фотосенсибилизированные и двухквантовые реакции при повреждении ДНК. Механизмы фотодинамических процессов. Защита ДНК некоторыми химическими соединениями. Эффекты фоторепарации и фотозащиты. Ферментативный характер и молекулярный механизм фотореактивации. Роль фотоиндуцированного синтеза биологически активных соединений в процессе фотозащиты.

^ Тема 7. Биофизика рецепции.

Гормональная рецепция. Общие закономерности взаимодействия лигандов в рецепторами. Роль структуры плазматической мембраны в процессе передачи гормонального сигнала. Рецептор-опосредованный внутриклеточный транспорт. Представления о цитоплазменно-ядерном транспорте. Методы исследования гормональных рецепторов.

Сенсорная рецепция. Проблема сопряжения между первичным взаимодействием внешнего стимула с рецепторным субстратом и генерацией рецепторного (генераторного) потенциала. Общие представления о структуре и функции рецепторных клеток. Место рецепторных процессов в работе сенсорных систем.

Фоторецепция. Строение зрительной клетки. Молекулярная организация фоторецепторной мембраны; динамика молекулы зрительного пигмента в мембране. Зрительные пигменты: классификация, строение, спектральные характеристики; фотохимические превращения родопсина. Ранние и поздние рецепторные потенциалы. Механизмы генерации позднего рецепторного потенциала.

Механорецепция. Рецепторные окончания кожи, проприорецепторы. Механорецепторы органов чувств: органы боковой линии, вестибулярный аппарат, кортиев орган внутреннего уха. Общие представления о работе органа слуха. Современные представления о механизмах механорецепции; генераторный потенциал. Электрорецепция.

Хеморецепция. Обоняние. Восприятие запахов: пороги, классификация запахов. Вкус. Вкусовые качества. Строение вкусовых клеток. Проблема вкусовых рецепторных белков. Рецепция медиаторов и гормонов. Проблема клеточного узнавания. Механизмы взаимодействия клеточных поверхностей.
^

Тема 8. Радиационная биофизика.

Электромагнитные излучения и поля в природе, технике и жизни человека. Общая физическая характеристика ионизирующих и неионизирующих излучений. Гамма- и рентгеновские лучи. Рентгеноструктурный анализ, лучевая ультрамикрометрия, радиационно-химические методы. Ультрафиолетовое и видимое излучения. Спектроскопия в УФ и видимой области. Лазерная спектроскопия, исследования электронно-вращательных спектров, фотохимические методы исследования. Инфракрасное излучение, инфракрасная спектроскопия. Радиочастоты: СВЧ, УВЧ, ВЧ НЧ. Микроволновая спектроскопия, спектроскопия ЭПР, ЯМР, диэлектрическая спектроскопия, методы электропроводности.


Использование различных видов излучений в медицине, технике и сельском хозяйстве. Специфика первичных (физических) механизмов действия различных видов излучений на молекулы. Поглощение и размен энергии. Конечный биологический эффект при действии ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты и системы.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Первичные и начальные биологические процессы поглощения энергии ионизирующих излучений. Механизмы поглощения рентгеновских и гамма-излучений, нейтронов, заряженных частиц. Экспозиционные и поглощенные дозы излучений. Единицы активности радионуклидов. Единицы доз ионизирующих излучений. Фактор изменения дозы облучения. Зависимость относительной биологической эффективности от линейных потерь энергии излучений. "Малые" и "большие" дозы радиации. Стохастические и статистические эффекты.


Инактивация молекул в результате прямого и непрямого действия ионизирующих излучений. Дозовые зависимости. Прямое действие радиации на ферменты, белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы. Первичные процессы, приводящие к инактивации макромолекул при прямом действии радиации. Радиочувствительность молекул. Радиолиз воды и липидов. Взаимодействие растворенных молекул с продуктами радиолиза растворителей. Эффект Дейла. Образование возбужденных молекул, ионов и радикалов. Количественная характеристика непрямого действия радиации в растворах. Роль модификаторов в радиолизе молекул.

Радиационная биофизика клетки. Количественные характеристики гибели облученных клеток. Репродуктивная и интерфазная гибель клеток. Апоптоз. Принцип попадания, концепция мишени. Эволюция этих понятий. Основы микродозиметрии ионизирующих излучений. Первичные физико-химические процессы в облученной клетке. Роль молекулярных механизмов репарации ДНК и репарационных ферментов в лучевом поражении клетки. Роль повреждения биологических мембран в радиационных нарушениях клетки. Окислительные процессы в липидах и антиокислительные системы, участвующие в первичных биофизических и последующих лучевых реакциях.

Радиационная биофизика сложных систем. Временные и дозовые эффекты радиации. Сравнительная радиочувствительность биологических объектов и систем. Действие малых доз и хронического облучения. Особенности действия разных видов облучения организмов разными типами радиации.

Этапы ответных реакций на острое облучение: физический, биофизический и общебиологический. Синдромы острого лучевого поражения: костно-мозговой, кишечный и церебральный. Критические процессы лучевого поражения. Лучевой токсический эффект. Роль биофизических исследований сложных систем в анализе первичных и последующих лучевых процессов. Проблема риска. Факторы, модифицирующие лучевое поражение: радиопротекторы и радиосенсибилизаторы, их химическая природа и биологическое действие. Эндогенный фон радиорезистентности. Лучевые реакции и стресс. Кислородный эффект и механизмы его проявления.

1.6.3 Темы для самостоятельного изучения.


№ п/п

Наименование раздела

дисциплины.

Тема.

Форма самостоятельной работы

Кол-во часов

Форма контроля выполнения самостоятельной работы




Биофизика сложных систем. Кинетика и термодинамика биологических процессов.

Подготовка к семинарам и лабораторным работам

6

Ответы на вопросы семинара




Молекулярная биофизика.

Подготовка к семинарам и лабораторным работам

6

Ответы на вопросы семинара




Биофизика мембранных процессов.

Подготовка к семинарам и лабораторным работам

6

Ответы на вопросы семинара




Биофизика фотобиологических процессов.

Подготовка к семинарам

6

Ответы на вопросы семинара




Биофизика рецепции

Подготовка к семинарам

4

Ответы на вопросы семинара




Радиационная биофизика

Подготовка к семинарам

4

Ответы на вопросы семинара


^ 1.7 Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

1.7.1 Тематика и планы аудиторной работы студентов по изученному материалу (планы последовательного проведения занятий: ПР, СМ, ЛБ) по предлагаемой схеме.

В соответствии с программой дисциплины по основным разделам курса проводятся лабораторные работы:

Лабораторная работа 1. Физико-химические методы в биологии – 2 часа.

  • Определение вязкости растворов.

  • Измерение активной концентрации ионов водорода.

Литература:

    1. Лабораторные работы по биофизике: Методические рекомендации для студентов 3

курса биологического факультета / Калинингр. ун-т; Сост. В.В. Жуков, Н.Н. Гориленко. - Калининград, 1996. - 28 с.

Лабораторная работа 2. Кинетика биологических процессов - 4 часа

Моделирование биологических процессов с помощью компьютерных программ:

  • Модель изменения численности популяции. Модель естественного роста (модель Мальтуса).

  • Модель изменения численности популяции с учетом внутривидовой конкуренции (модель Ферхюльста).

  • Модель «Хищник-жертва» (модель Вольтерра).

  • Автоволны в активных средах.

Литература:

Практикум по биофизике: Учебн. пособие для студ. высш. учебн. Заведений. – М.: Гуманитарн. изд. центр ВЛАДОС, 2001.

  • Лабораторная работа 3. Молекулярная биофизика – 2 часа

  • Электрофоретическая подвижность биомолекул в зависимости от электродинамических параметров.

  • Литература:

  • Практикум по биофизике: Учебн. пособие для студ. высш. учебн. Заведений. – М.: Гуманитарн. изд. центр ВЛАДОС, 2001.

Лабораторная работа 4. Биофизика мембран – 2 часа

  • Электрогенез в клетках. Потенциал покоя, потенциал действия.

Литература:

Практикум по биофизике: Учебн. пособие для студ. высш. учебн. Заведений. – М.: Гуманитарн. изд. центр ВЛАДОС, 2001.
^ 1.8 Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

1.8.1 Рекомендуемая литература учебные издания: учебники и учебные пособия, включая (при наличии) их электронные версии:

  • Основная

  1. Биофизика: Учебник для студ. вузов / В.Ф. Антонов, А.М. Черныш, В.И. Пасечник и др.; Под ред. В.Ф. Антонова. - 1.изд. - М.: ВЛАДОС, 2000. - 286 с.

  2. Биофизика: Учебник для вузов / В.Ф. Антонов, А.М. Черныш, В.И. Пасечник и др.; Под ред. В.Ф. Антонова. - 2.изд., испр. и доп. - М.: ВЛАДОС, 2003. - 288 с.

  3. Практикум по биофизике: Учеб. пособие для вузов / В.Ф. Антонов, А.М. Черныш, В.И. Пасечник и др. - М.: ВЛАДОС, 2001. - 352 с.

  4. Ремизов А.Н. Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие для студ. вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина. - Изд. 2-е., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2001. - 192 с.

  5. Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика (ионизирующие излучения): учебник для студ. вузов / Ю.Б. Кудряшов; под ред. В.К. Мазурика, М.Ф. Ломанова; МГУ им. М.В. Ломоносова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 448 с.

  6. Филимонов М.М. Радиобиология: курс лекций / М.М. Филимонов. - Минск: БГУ, 2008. - 111 с.

  • Дополнительная

  1. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Биофизика. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. – 288 с.

  2. Артюхов В.Г., Ковалева Т.А., Шмелев В.П. Биофизика. – Воронеж, 1994. – 237 с.

  3. Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова Г.В. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. – М.: Дрофа, 2001. – 288 с.

  4. Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика. – М.: Дрофа, 2003. – 560 с.

  5. Практикум по биофизике. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 352 с.

  6. Рубин А.Б. Биофизика. В 2-х томах. – М.: Книжный дом «Университет», 1999. – Т.1. – 448 с.

  7. Рубин А.Б. Биофизика. В 2-х томах. М.: Книжный дом «Университет», 2000. Т.2. 468 с.


^ 1.9 Материально-техническое обеспечение дисциплины (учебные и учебно-методические средства дистанционного обучения: специализированные учебники с мультимедийными сопровождениями, электронные учебно-методические комплексы, включающие электрон-ные учебники, учебные пособия, тренинговые компьютерные программы, компьютерные лабораторные практикумы, контрольно-теститирующие комплекты, учебные видеофиль-мы, аудиозаписи, иные материалы, предназначенные для передачи по телекоммуникаци-онным каналам связи).
1.9.1 Перечень используемых технических средств.

а) Для лекционных занятий используется мультимедийный проектор;

б) При выполнении заданий самостоятельной работы студенты могут пользоваться компьютерным классом;

в) Лабораторные занятия проводятся в специализированных лабораториях (ауд. 610 и 611), оснащенных необходимым оборудованием.
1.9.2 Перечень используемых пособий

а) презентации и видеоклипы к лекциям

б) контрольные вопросы, расчетные и ситуационные задачи для лабораторных занятий, текущей аттестации и СРС.
1.9.3 Перечень видео- и аудиоматериалов программного обеспечения – пока нет.
^ 1.10 Примерные зачетные тестовые задания.

Тест на тему: Электропроводность биологических объектов.

  1. Зависимость реактивного сопротивления X биологической ткани от значения емкости С:

а) линейная б) логарифмическая в) обратно пропорциональная г) экспоненциальная


  1. Перераспределение в пространстве электрических зарядов в составе биологической ткани под действием электрического поля - это ...




  1. Самый быстрый тип поляризации биологической ткани:

а) электролитическая б) макроструктурная в) ионная г) поверхностная д) дипольная е) электронная


  1. Ориентация полярных молекул в составе ткани в соответствие с направлением электрического поля - это  ... поляризация.

а) поверхностная б) макроструктурная в) дипольная г) ионная д) электролитическая е) электронная


  1. Накопление зарядов на границе слоев ткани с различной проводимостью (после наложения электрического поля) - это ... поляризация.




  1. Соответствие эквивалентной схемы формуле для вычисления импеданса:







а)

б)

в)




  1. Выберите график изменения силы тока после приложения к биологической ткани постоянного напряжения:




  1. Расположите виды поляризации в порядке увеличения времени релаксации:

а) Дипольная

б) Электронная

в) Поверхностная

г) Ионная

д) Электролитическая

е) Макроструктурная


  1. Самый медленный тип поляризации биологической ткани:

а) электролитическая б) дипольная в) ионная г) макроструктурная д) электронная е) поверхностная


  1. Соотношение между электропроводностью L и сопротивлением проводника R:

а) L=R*l/S б) L=V*R в) L=1/R г) L=lgR


  1. Кривая дисперсии электропроводности НАИМЕНЕЕ поврежденной ткани –




  1. На графике изображены кривые ... электропроводности биологической ткани.


^ 1.11 Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену).

  1. Биофизика: объект исследования, цели, задачи, методы. Основные исторические этапы становления и развития дисциплины.

  2. Термодинамика, как наука, изучающая общие закономерности обмена и превращения энергии. Классификация термодинамических систем. Первый закон термодинамики и его применимость к биологическим системам.

  3. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии открытых систем. Термодинамические условия осуществления стационарного состояния.

  4. Изменение свободной энергии химических реакций. Термодинамическое сопряжение реакций. Тепловые эффекты в биологических системах.

  5. Соотношение между значениями движущих сил и скоростей процессов. Соотношение взаимности Онзагера.

  6. Термодинамические критерии достижения стационарных состояний и их устойчивости. Теорема Пригожина. Принцип Ле-Шателье.

  7. Статистическое истолкование энтропии. Формула Больцмана. Энтропия и информация.

  8. Основные особенности кинетики биологических процессов на языке химической кинетики.

  9. Типы химических реакций. Порядок реакции. Линейные и разветвленные цепи реакций.

  10. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Коэффициент Вант - Гоффа.

  11. Кинетика ферментных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментан.

  12. Методы исследования кинетики сложных систем. Определение устойчивости системы по Ляпунову.

  13. Математическое моделирование в биологии. Качественное исследование простейших моделей биологических процессов. Упрощенная модель культиватора.

  14. Методы качественной теории дифференциальных уравнений в анализе динамических свойств биологических процессов. Понятие фазовой плоскости.

  15. Типы динамического поведения биологических структур. Понятие о биологических триггерах, колебательных процессах. Модель Вальтера.

  16. Статистический характер организации полимеров. Объемные взаимодействия и переходы глобула-клубок в полимерных макромолекулах.

  17. Типы взаимодействия в макромолекулах. Силы Ван-дер-Ваальса, водородная связь, электростатические взаимодействия, внутреннее вращение и поворотная изомерия.

  18. Конформационная энергия полипептидной цепи. Пространственная организация белков и нуклеиновых кислот.

  19. Состояние воды и гидрофобные взаимодействия в биоструктурах.

  20. Динамика фазовых переходов в макромолекулах. Кооперативный характер перехода спираль-клубок.

  21. Конформационная подвижность белков по данным различных методов (методы изотопного обмена, оптической и резонансной спектроскопии).

  22. Принцип Франка- Кондона и законы флюоресценции

  23. Квантово-механические представления о строении атомов и молекул. Уравнение Шредингера. Квантовые уровни энергии и квантовые числа.

  24. Образование молекулярных орбиталей. Природа и типы химической связи. Природа связи. Электронные переходы в молекуле.

  25. Взаимодействия света с молекулами. Принцип Франка-Кондона.

  26. Поглощение света молекулами. Спектры поглощения. Полосы поглощения. Коэффициенты поглощения. Спектры действия.

  27. Электронные спектры биополимеров.

  28. Современные представления о механизмах ферментативного катализа. Электроннно-конформационные взаимодействия в фермент-субстратном комплексе.

  29. Структура и функции биологических мембран.

  30. Поверхностный заряд мембранных систем, происхождение электрокинетического потенциала.

  31. Методы электрофореза и их применение в биологии.

  32. Пассивные электрические характеристики биологических тканей.

  33. Пассивный и активный транспорт веществ через мембраны. Транспорт неэлектролитов.

  34. Транспорт ионов через мембраны. Электрохимический потенциал.

  35. Ионные равновесия на границе раздела фаз. Уравнение Нернста

  36. Уравнение электродиффузии Нернста-Планка.

  37. Диффузные потенциалы в растворе. Уравнение Гендерсона

  38. Мембранный диффузный потенциал. Уравнение Гольдмана.

  39. Соотношение Уссинга-Теорелла.

  40. Перенос электронов и трансформация энергии в биомембранах.

  41. Виды ионизирующих излучений.

  42. Взаимодействие рентгеновского и гамма излучений со средой.

  43. Взаимодействие нейтронного излучения со средой.

  44. Поглощение энергии ускоренных заряженных частиц. Модель Дертингера, Юнга.

  45. Методы регистрации ионизирующих излучений.

  46. Количественное описание радиационных эффектов. Поглощенная доза, ЛПЭ, ОБЭ.

  47. Эквивалентная доза. Весовой множитель Wр. Эффективная доза. Тканевый весовой множитель Wв. Экспозиционная доза. Коллективная доза.

  48. Эффекты воздействия ионизирующих излучений на живые организмы. Принцип попадания. Концепция мишени.

  49. Общие закономерности радиолиза. Радиолиз воды, белков, ДНК. Восстановительные процессы при облучении.

  50. Последствия облучения. Относительная значимость риска различных радиационных эффектов.


^ 1.12 Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала сессии) – находится на кафедре БиХ.

1.13 Примерная тематика рефератов – не предусмотрены.

^ 1.14 Примерная тематика курсовых работ – не предусмотрены.

1.15 Примерная тематика квалификационных (дипломных) работ – не предусмотрены.

1.16 Методика(и) исследования (если есть) – нет.

^ 1.17 Бально-рейтинговая система, используемая преподавателем для оценивания знаний студентов по данной дисциплине – не применяется.

РАЗДЕЛ 2. Методические указания по изучению дисциплины (или её разделов) и

контрольные задания для студентов заочной формы обучения – заочной формы обучения по специальности 020201.65 Биология не предусмотрено.

^

РАЗДЕЛ 3. Содержательный компонент теоретического материала.


Теоретический (лекционный) материал предлагается представить схематично, в виде:

  • наименование темы лекции;

  • план лекции;

  • основных понятий и положений;

  • тезисов;

  • схем;

  • графиков;

  • таблиц;

  • набора компьютерных слайдов;

  • электронных конспектов лекций (презентаций);

  • проблемы для обсуждения и вопросы для самоконтроля;

  • ссылки на литературные источники по теме, приведенные в рабочей программе курса.



^

РАЗДЕЛ 4. Словарь терминов (Глоссарий).

В данном разделе термины учебной дисциплины должны быть сгруппированы по алфавиту и темам учебного курса.




^

РАЗДЕЛ 5. Практикум по решению задач (практических ситуаций) по темам


лекций (одна из составляющих частей итоговой государственной аттестации).

Данный раздел должен включать в себя:

  • Примеры решения задач (практических ситуаций) по темам, на которые предложены аналогичные задания в экзаменационных (зачетных) билетах.

  • Тексты задач (практических ситуаций) для самостоятельного решения при подготовке к итоговой аттестации (не более 2-х).


^ РАЗДЕЛ 6. Изменения в рабочей программе, которые произошли после

утверждения программы.


Характер изменений в программе

Номер и дата протокола заседания кафедры, на котором было принято данное решение

Подпись заведующего кафедрой, утверждающего внесенное изменение

Подпись декана факультета (проректора по учебной работе), утверждающего данное изменение














^ РАЗДЕЛ 7. Учебные занятия по дисциплине ведут:


Ф.И.О., ученое звание и степень преподавателя

Учебный год

Факультет

Специальность

Икко Н.В., к.б.н.

2011-2012

ЕФКиБЖД

020201.65 Биология

Икко Н.В., к.б.н.

2012-2013

ЕФКиБЖД

020201.65 Биология
















Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconИммобилизованные клетки и ферменты Типовая учебная программа для...
Биология (научно-производственная деятельность) и 1-31 01 01-03 Биология (биотехнология)

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconПояснительная записка рабочая программа учебного предмета «Биология»
«Биология» для 9 -го класса. Рабочая программа составлена на основе примерной программы основного общего образования по биологии...

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconРабочая программа Дисциплина: биофизика
...

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconРабочая программа Биология 6 класс (1 час в неделю) Пояснительная записка
«Живой организм» автора Н. И. Сонина //Программы для общеобразовательных учреждений Биология. 5-11 классы. М.: Дрофа, 2010, полностью...

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconПояснительная записка Программа научно-технической направленности...
Программа научно-технической направленности «Общая биология» рассчитана на учеников 9 – 11 классов школ с общим и углубленным изучением...

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconРегуляция метаболизма клетки
Председатель научно-методического совета по специальности Биология умо по естественнонаучному образованию

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconПояснительная записка рабочая программа составлена: На основе программы...
И. Н. Пономаревой «Природоведение. Биология. Экология», разработанной в соответствии с федеральным компонентом государственных общеобразовательных...

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconПояснительная записка рабочая программа предназначена
Рабочая программа предназначена для изучения курса «Общая биология» в профильных 10-11 классах средней общеобразовательной школы...

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconПрограмма дисциплины Пояснительная записка Программа дисциплины «История...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы

Пояснительная записка: Программа дисциплины «Биология клетки: биофизика» iconУчебно-методический комплекс дисциплины (модуля) математика и математические...
Рабочая программа составлена на основании фгос впо и учебного плана направления 020400. 62 «Биология» (бакалавриат)



Школьные материалы
Загрузка...


При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
top-bal.ru

Поиск