Биофизика

Программа спецкурса
 Биофизика Радиофизический факультет
 Кафедра космической физики и экологии

Аннотация

 

 

Ф е д е р а л ь н о е а г е н т с т в о п о о б р а з о в а н и ю
 ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 


 УТВЕРЖДАЮ
 Декан радиофизического
 факультета
 ____________В.В.Демин
 «____»___________2006 г.

 

 

 


 БИОФИЗИКА
 Рабочая программа

Направление
 511500 (010800) – Радиофизика

 

 

Специальность

 

 

013800 (010801) – Радиофизика и электроника
 Статус дисциплины:
 специальная дисциплина

 

 

Томск
 2006

 

 

 

 

 

 

Одобрено кафедрой космической физики и экологии
 Протокол №____ от ______________2006 г.
 Зав. кафедрой, профессор__________________ А.Г.Колесник

 

Рекомендовано методической комиссией радиофизического факультета
 Председатель комиссии, доцент_________________ Г.Н.Дейкова
 «____»______________2006 г.

 

Рабочая программа по курсу «Биофизика» составлена на основе требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 013800 (010801) радиофизика и электроника, направление 511500 (010800) – радиофизика.
 Общий объем курса 68 часов. Из них: лекции 34 час., лабораторные занятия — ч., семинарские занятия — ч., самостоятельная работа студентов – 34 ч. Зачет по курсу.

Составитель:
 Бородин Александр Семенович – кандидат технических наук, доцент кафедры космической физики и экологии.

Рецензент:
 доцент С.В.Побаченко

 

 

 

 

 

ОРГАНИЗАЦИОННО – МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

 

 

Целью курса » Биофизика » является обеспечение студентов биофизическими знаниями и формирование естественно – научного базиса их мировоззрения для использования этих знаний в процессе дальнейшего обучения и практике профессиональной деятельности.

Задачей курса » Биофизика » является ознакомление студентов с биофизикой как наукой, овладение начальными знаниями о структуре, функционировании живых систем, с биологическими процессами преобразования вещества, энергии и информации.

Место курса. Курс «Биофизика» входит в блок общих математических и естественно – научных дисциплин, закладывает основы фундаментальных знаний в области наук о живой материи.
 Требования к уровню освоения курса сводятся к следующему.

 

Студент должен знать:
 молекулярную структуру и функционирование надмолекулярных комплексов биологический систем разного уровня сложности;
 физическую сущность процессов преобразования вещества и энергии в биологических системах;
 особенности информационных взаимодействий молекулярных, клеточных и надклеточных структур биологических систем.

 

Студент должен уметь:
 использовать физико – математические методы для описания процессов в биологических системах;
 определять главные факторы влияющие на характер и особенности биологических процессов.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

 

 

 

1. Задачи и методы биофизики
 Место биофизики в естествознании. физика и биология. Живая и неживая природа. Биологическая индивидуальность. Финализм и каузальность. Свойства открытых систем. Разделы и методы биофизики.

 

2. Химические основы биофизики
 Химия и биология. Аминокислоты. Электролиты. Состав и первичная структура белков. Нуклеиновые кислоты. Аденилаты. Хиральность биологических молекул. Углеводы и липиды. Кофакторы, витамины, гормоны. Основные биохимические процессы. Сильные и слабые взаимодействия.

 

3. Физика макромолекул
 Внутреннее вращение и поворотная изомерия. Поворотно-изомерная теория макромолекул. Макромолекула как кооперативная система. Клубок и глобула. Полиэлектролиты.

4. Физика белка и ферментов
 Конформации полипептидной цепи. Водородная связь и структура воды. Переходы спираль – клубок. Белковая глобула и гидрофобные взаимодействия. Связь между первичной и пространственной структурами белка. Структура и устойчивость глобулы. Антитела и антигены. Фибриллярные белки. Химическая кинетика и катализ. Кинетика простых ферментативных реакций. Химические аспекты действия ферментов. Конформационные свойства ферментов. Физика фермент – субстратного взаимодействия. Кооперативные свойства ферментов. Миоглобин и гемоглобин.

5. Физика нуклеиновых кислот
 Молекулярная биология и физика. Структура нуклеиновых кислот. Внутримолекулярные взаимодействия в двойной спирали. Взаимодействие в двойной спирали с малыми молекулами и ионами. Редупликация ДНК.

6. Физика биосинтеза белка
 Биосинтез белка. Транскрипция и обратная транскрипция. Транспортные РНК. Трансляция. Мутации. Регуляция генов.

7. Физика мембран
 Мембраны клетки. Структура мембран. Конформационные свойства мембран. Пассивный мембранный транспорт. Активный мембранный транспорт. Перенос заряженных частиц через мембраны. Молекулярная рецепция.

8. Физика нервного импульса
 Аксон и нервный импульс. Распространение нервного импульса. Генерация импульса. Ионные каналы. Синаптическая передача.

9. Механохимические процессы
 Структура мышцы и мышечных белков. Химия и физика мышцы. Теория мышечного сокращения. Кинетические свойства мышцы.

10. Биоэнергетика дыхательной цепи
 Биологическое окисление. Строение и свойства митохондрий. Хемиосмотическое сопряжение.

11. Моделирование динамических биологических процессов
 Динамическая упорядоченность. Автокаталитические системы. Фазовые переходы. Стохастические процессы. Динамика и регуляция.

12. Периодические химические и биологические процессы
 Реакция Белоусова – Жаботинского. Автоколебания при гликолизе. Автоколебания при фотосинтезе. Автоволновые процессы в сердечной мышце.

 

 

 

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ И ЗАДАНИЙ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

 

 

Рентгеноструктурный анализ.
 Диффузное рассеяние рентгеновских лучей.
 Методы ядерной физики.
 Электронные спектры поглощения.
 Люминесценция.
 Естественная оптическая активность.
 Естественная оптическая активность биополимеров.
 Магнитная оптическая активность.
 Колебательные спектры.
 Спектры ядерного и электронного парамагнитного резонанса.
 Биологическое развитие и теория информации.

 

 

 

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ

 

 

 

Место биофизики в естествознании.
 Физика и биология.
 Живая и неживая природа.
 Биологическая индивидуальность.
 Финализм и каузальность.
 Свойства открытых систем.
 Разделы и методы биофизики.
 Аминокислоты.
 Электролиты.
 Состав и первичная структура белков.
 Нуклеиновые кислоты.
 Аденилаты.
 Хиральность биологических молекул.
 Углеводы и липиды.
 Кофакторы, витамины, гормоны.
 Основные биохимические процессы.
 Сильные и слабые взаимодействия.
 Макромолекула как кооперативная система.
 Клубок и глобула.
 Полиэлектролиты.
 Конформации полипептидной цепи.
 Водородная связь и структура воды.
 Переходы спираль – клубок.
 Белковая глобула и гидрофобные взаимодействия.
 Связь между первичной и пространственной структурами белка.
 Структура и устойчивость глобулы.
 Антитела и антигены.
 Фибриллярные белки.
 Кинетика простых ферментативных реакций.
 Химические аспекты действия ферментов.
 Конформационные свойства ферментов.
 Физика фермент – субстратного взаимодействия.
 Кооперативные свойства ферментов.
 Миоглобин и гемоглобин.
 Структура нуклеиновых кислот.
 Внутримолекулярные взаимодействия в двойной спирали.
 Взаимодействие в двойной спирали с малыми молекулами и ионами.
 Редупликация ДНК.
 Проблема генетического кода.
 Биосинтез белка.
 Транскрипция и обратная транскрипция.
 Транспортные РНК.
 Трансляция.
 Мутации.
 Мембраны клетки.
 Структура мембран.
 Конформационные свойства мембран.
 Пассивный мембранный транспорт.
 Активный мембранный транспорт.
 Перенос заряженных частиц через мембраны.
 Молекулярная рецепция.
 Аксон и нервный импульс.
 Распространение нервного импульса.
 Генерация импульса.
 Ионные каналы.
 Синаптическая передача.
 Структура мышцы и мышечных белков.
 Теория мышечного сокращения.
 Биологическое окисление.
 Строение и свойства митохондрий.
 Хемиосмотическое сопряжение.
 Фотосинтез.
 Механизм фотосинтеза.
 Зрение.
 Молекулярный механизм фоторецепции.
 Автокаталитические системы.
 Фазовые переходы.
 Стохастические процессы.
 Динамика и регуляция.
 Реакция Белоусова – Жаботинского.
 Автоколебания при гликолизе.
 Автоволновые процессы в сердечной мышце.
 Биологическое развитие и теория информации.

 

 

 

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ КУРСА ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ

 

№ п/п

 

  

Наименование тем

 

  

Всего часов

 

  

Лекции

 

  

Самостоятельная работа

 
 

1

 

 Задачи и методы биофизики  

4

 

  

2

 

  

2

 
 

2

 

 Химические основы биофизики  

8

 

  

4

 

  

4

 
 

3

 

 Физика макромолекул  

12

 

  

6

 

  

6

 
 

4

 

 Физика белка и ферментов  

8

 

  

4

 

  

4

 
 

5

 

 Физика нуклеиновых кислот  

4

 

  

2

 

  

2

 
 

6

 

 Физика биосинтеза белка  

4

 

  

2

 

  

2

 
 

7

 

 Физика мембран  

4

 

  

2

 

  

2

 
 

8

 

 Физика нервного импульса  

8

 

  

4

 

  

4

 
 

9

 

 Механохимические процессы  

4

 

  

2

 

  

2

 
 

10

 

 Биоэнергетика дыхательной цепи  

4

 

  

2

 

  

2

 
 

11

 

 Моделирование динамических биологических процессов  

4

 

  

2

 

  

2

 
 

12

 

 Периодические химические и биологические процессы  

4

 

  

2

 

  

2

 
Итого:  

68

 

  

34

 

  

34

 

ФОРМА ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ

 

 

 

Зачет в седьмом семестре.

 

 

 

УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА

 

 

 

Рекомендуемая литература (основная)
 Волькенштейн М.В. Биофизика.М.: «Наука». 1981.576 с.
 Рыбин И.А. Лекции по биофизике. Свердловск: Изд-во Уральского университета. 1990. 240 с.
 Певзнер Л. Основы биоэнергетики. М.: «Мир».1977. 312 с.
 Самойлов В.О. Медицинская биофизика: Учебник. СПб.: СпецЛит. 2004. 496 с.
 Рубин А.Б. Теоретическая биофизика. Т.1. М.: Изд-во МГУ.2004. 462 с.
 Рубин А.Б. Биофизика клеточных процессов. Т.2. М.: Изд-во МГУ.2004. 469 с.

 

Рекомендуемая литература (дополнительная)
 Давид Р. Введение в биофизику. М.: «Мир».1982. 210 с.