Биофизика (биологическая физика) — наука о физических и физико-химических механизмах взаимодействий, лежащих в основе биологических процессов, протекающих на разных уровнях организации живой материи: молекулярном, клеточном, организменном и популяционном. Её возникновение было стимулировано и подготовлено физиологией и биохимией, а само становление и развитие проходило при тесном взаимодействии биологии с физикой, физической химией и математикой.
Цель данного курса лекций заключается в обучении слушателей пониманию сути ряда результатов использования методов и понятий физики, химии и математики в биологии клетки, что позволит лучше представить механизмы функционирования целого организма. Действительно, возникновение биофизики во многом связано с конкретными вопросами, поставленными физиологией. Физиология исследует функции органов, место и роль этих функций в обеспечении жизнедеятельности, в то время как биофизика изучает первичные механизмы, лежащие в основе этих физиологических функций.
Надеемся, что данный курс лекций позволит слушателям не только выучить основные понятия и методы биофизики, но и использовать полученные знания в своей будущей профессии как в области оригинальных научных исследований, так и в области нанобиотехнологии, медицинского и научного приборостроения, фармакологии, психологии и экологии.
Форма обучения заочная (дистанционная).
Еженедельные занятия будут включать просмотр тематических видеолекций и выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов.
Важным элементом изучения дисциплины является написание творческих работ в формате сочинения-рассуждения по заданным темам, которое должно содержать полные, развернутые ответы, подкреплённые примерами из лекций и/или личного опыта, знаний или наблюдений.
Раздел 1. Молекулярная биофизика.
Лекция № 1.
- Часть 1. Специфика биологических молекул. Явления гравитации и инерции для биологических молекул.
- Часть 2. Специфика биологических молекул. Взаимодействие атомов и молекул.
- Часть 3. Термодинамика биосистем.
Лекция № 2.
- Часть 1. Физические взаимодействия в биологических молекулах (ковалентные и не ковалентные взаимодействия, водородные связи, гидрофобные взаимодействия.
- Часть 2. Водородные связи. Роль молекул воды для функционирования биологических молекул.
Лекция № 3.
- Часть 1. Аминокислоты, классификация аминокислот.
- Часть 2. Белки - первичная структура; вторичная структура белка; третичная структура белка; четвертичная структура белка. Фолдинг молекулы белка.
- Часть 3. Фолдинг и денатурация белка.
Лекция № 4.
- Часть 1. Нуклеиновые кислоты, структура и функции 1.
- Часть 2. Нуклеиновые кислоты, структура и функции 2.
Лекция № 5. Сахара, углеводы, структура и функции.
Лекция № 6.
- Часть 1. Биофизические механизмы ферментативного катализа.
- Часть 2. Электронно-конформационные взаимодействия молекул белка при ферментативном катализе.
- Часть 3. Стабилизация ферментами переходного состояния химических реакций. Первичные механизмы ферментативных реакций.
- Часть 4. Кинетика ферментативных реакций; регуляция ферментативной активности (температура, рН).
- Часть 5. Регуляция ферментативных реакций.
Лекция № 7.
- Часть 1. Биофизика трансформации энергии: митохондрии и хлоропласты. Клеточное дыхание.
- Часть 2. Митохондрии.
- Часть 3. Биофизика трансформации энергии: митохондрии и хлоропласты. Клеточное дыхание.
- Часть 4. Фотосинтез; фотосистемы и компоненты цепи переноса электронов в митохондрии.
Раздел 2. Биофизика клетки.
Лекция № 8.
- Потенциал покоя и потенциал действия в клетках. Мембрана. Состав и свойства. Методы исследования мембран.
Лекция № 9. Биофизика транспорта ионов. Электро-химическим потенциал. Пассивный и активный транспорт ионов; Возбудимые и не возбудимые мембраны. Распространение возбуждения в клетках.
Лекция № 10.
- Часть 1. Биоэлектрические потенциалы. Уравнение Нернста и уравнение постоянного поля Гольдмана-Ходжкина-Катца. Пассивные свойства мембраны.
- Часть 2. Потенциал покоя и потенциал действия в клетках.
Раздел 3. Биофизика сложных систем.
Лекция № 11.
- Часть 1. Молекулярные механизмы сокращения мышцы.
- Часть 2. Строение и свойства актина и миозина. Механизмы регуляции мышечного сокращения. Миозиновый и актиновый механизм регуляции мышечного сокращения
- Часть 3. Электромеханическое сопряжение в мышцах. Механика мышечного сокращения.
Лекция № 12.
- Часть 1. Биофизика рецепции. Передача сигнала в фоторецепторных клетках.
- Часть 2. Биофизика транспорта макромолекул. Свободнорадикальные процессы.
- Часть 3. Воздействие электромагнитных излучений. Действие радиации 1.
- Часть 4. Воздействие электромагнитных излучений. Действие радиации 2.
По итогам обучения слушатели курсов должны:
а) в предметной области:
- знать основные физико-химические принципы формирования и функционирования биологических молекул (нуклеиновые кислоты, белки, липиды, углеводы);
- знать основы функционирования биологических молекул в клеточных процессах (мембранология, биоэнергетика, генерация клеточного возбуждения и сокращения, рецепция);
- знать основы функционирования биологических молекул в процессах биосенсорики (зрение, слух) и действия факторов внешней среды (электромагнитные поля, радиация);
б) в методической области:
- знать методы исследования физико-химических изменений в биологических молекулах (электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, спектрофотометрия, флуоресценция, спектроскопия комбинационного рассеяния, инфракрасная спектроскопия и т.д.);
- знать методы исследования физико-химических превращений биологических молекул в функционирующей клетке (микроэлектродные методы, изотопные методы, микроскопия: атомно-силовая микроскопия, электронная микроскопия, конфокальная микроскопия, лазерно-интерференционная микроскопия и т.д.);
- знать параметры и молекулярные механизмы действия электромагнитного излучения, радиации и экстремальных факторов ( температура, гравитация и т.д.);
- знать основные понятия цитологии клеток, методы их культивирования и диагностики для разработки биофизических основ нанобиотехнологии;
в) в личностной области:
- понимать роль биофизики в исследовании молекулярных аспектов жизни человека и окружающей среды, использовать достижения биофизики в развитии научного и медицинского приборостроения, фармакологии и экологии.
Контактная информация:
Почтовый адрес: 119234, Москва, Ломоносовский пр. д. 27 корп. 1, комната Г-729
Телефон: +7 (495) 938-21-39
Емейл тех.поддержки: support@distant.msu.ru
