ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа составлена в соответствии со стандартом специальности для
специальности 010400 «Физика», специализаций 010415 «Биофизика» и
010432 «Физическая экология». Курс считается обязательным и читается на VII
и VIII семестрах.
Курс лекций по биофизике вместе с Большим двух семестровым
лабораторным практикумом является основным для подготовки студентов этой
специальности. Цель данного курса – дать студентам базовую систему знаний о
физических принципах, механизмах и моделях функционирования
биологических систем, прежде всего, на молекулярном, клеточном и
организменном уровне. В программу не вошли следующие разделы, которые
рассматриваются подробно в соответствующих спецкурсах: Физические
основы действия ионизирующих излучений, Биофизические эффекты
электромагнитных полей, Математическое моделирование биологических
процессов, Физические основы реакции биологических систем на внешние
воздействия, Биофизика фотосинтеза, Биофизика популяций и экосистем.
II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Биофизика как наука. История и методология биофизики. Единство
принципов структуры и функции живых организмов. Системный подход в
изучении живой природы.
Термодинамика биологических процессов. Изолированные, замкнутые,
открытые термодинамические системы. 1 и 2 начала термодинамики.
Калориметрия. Равновесная термодинамика. Термодинамические потенциалы.
Уравнение Вант-Гоффа. Неравновесная термодинамика. Скорость продукции
энтропии. Диссипативная функция. Соотношения Онзагера. Теорема
Пригожина. Диссипативные структуры. Устойчивость стационарных
состояний. Принцип Ле-Шателье. Автоволновые процессы.
Физика биополимеров и надмолекулярных структур. Уровни структурной
организации макромолекул. Конформации макромолекул. Силы,
стабилизизующие пространственную структуру макромолекул.
Электростатические и Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Водородные связи.
Гидрофобные взаимодействия и структура воды. Уровни организации белковых
молекул. Локальные конформации участков полипептидной цепи. @-спираль,
b-складчатый лист. Домены и третичная структура белка. Динамика белковой
структуры.
Физика ферментативного катализа. Закон действующих масс.
Классификация ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен.
Принцип стационарности. Нестационарная кинетика. Переходные состояния.
Влияние температуры на скорость ферментативных реакций. Уравнения
Аррениуса и Эйринга. Теории активированного комплекса. Аллостерические
ферменты. Модели Моно-Ваймана-Шанжё и Кошланда-Немети-Филмера.
4
Фермента-тивный катализ. Конформационные и электронные стадии. Физика
элементарного акта ферментативного катализа.
Физика биологических мембран. Молекулярная организация клеточных
мембран. Динамика липидов в мембране. Мембранные белки. Жидкостно-
мозаичная структура мембран. Мембранный транспорт. Ионная проницаемость
мембран. Мембранный потенциал. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.
Условие Уссинга-Теорелла для пассивного транспорта.
Механизмы преобразования энергии в процессах окислительного
фосфорилирования и фотосинтеза. АТФ-цикл. Дыхательная цепь и
фосфолирирование, сопряжение с переносом электронов. Транс-мембранная
разность электрохимических потенциалов. Первичные и вторичные генераторы
потенциалов. Электрохимический потенциал как источник энергии.
Электрическая возбудимость клеток. Потенциал-зависимые ионные каналы.
Потенциал действия. Распространение потенциала действия. Кабельная теория.
Метод фиксации потенциала. Воротные токи. Уравнения Ходжкина-Хаксли.
Свойства потенциал зависимых Na
+
, K
+
и Ca
++
- каналов. Поверхностный
потенциал клеток. Модель Гуи-Чэпмена.
Межклеточные взаимодействия. Щелевые соединения. Синаптическая
передача. Нервно-мышечная передача у позвоночных. Секреция
нейромедиаторов и постсинаптические потенциалы. Эндокринная система.
Гормональная регуляция. Механизм действия стероидных гормонов. Рецепторы
плазматических мембран. G
s
- и G
i
- белки. Рецепторы плазматических мембран.
Вторичные посредники. Ионы кальция в регуляции деятельности клетки.
Кальмодулин.
Механизмы биологической подвижности. Реснички и жгутики.
Микротрубочки и микрофиламенты. Амебоидное движение. Мышечное
сокращение. Строение и функция исчерченного мышечного волокна.
Возбуждение и сокращение в исчерченных мышцах. Саркоплазматический
ретикулум. Модели передачи возбуждения. Молекулярные механизмы
мышечного сокращения. Модель скользящих нитей. Саркомер.
Протофибриллы. Миозин и АТФ-азная реакция. Вспомогательные белки.
Тропонины и тропомиозин. Сердечная мышца. Потенциалы миокарда.
Неисчерченные (гладкие) мышцы. Сокращение неисчерченной мышцы.
Нервная система организма. Клетки нервной системы. Нейроны, их строение.
Передача сигналов с помощью потенциалов действия. Потенциал-зависимые и
лигандзависимые ионные каналы. Нервно-мышечный синапс позвоночных.
Главные медиаторы и ингибиторы синаптической передачи и их рецепторы.
Обработка сигналов в центральной нервной системе. Рецепторы, не связанные с
каналами. Нейропептиды. Основные классы наркотиков и причины
наркозависимости. Сенсорные клетки органов слуха и зрения и механизмы
преобразования сигналов.
Пролиферация и дифференцировка клеток. Перманентные клетки.
Стволовые клетки. Пролиферативные единицы. Система крови.
Плюрипотентная кроветворная стволовая клетка, ВОЕ, КОЕ и схема гемопоэза.
Эритропоэтин, интерлейкин-3 и колониестимулирующие факторы.
