МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Мордовский государственный
университет им. Н.П. Огарева»
Биологический факультет
Кафедра биотехнологии
УТВЕРЖДЕНО
Председатель
учебно-методической комиссии
_________________________
УТВЕРЖДАЮ
Декан
биологического факультета
______________________
(подпись)
(подпись)
«____» ________________2012 г.
«____»_____________2012г.
М. П.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Биофизика клеточных и мембранных процессов
по научной специальности
03.01.02- Биофизика
Форма обучения: очная
Семестр: 2
Год обучения: 2
Вид отчетности: экзамен
Всего часов – 288.
Из них (согласно учебному плану):
аудиторных - 144:
лекционных - 72;
практических – 72;
Самостоятельная работа – 144.
Составитель рабочей программы профессор кафедры
ФИО Ревин В.В.
Рабочая программа утверждена
на заседании кафедры
«____»_____________2012г.
протокол № _________
Заведующий кафедрой
ФИО_Ревин В.В._______
____________________
(подпись)
Саранск 2012
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Биофизика клеточных и мембранных процессов»
1.Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
Целями освоения учебной дисциплины являются: ознакомление с
основными достижениями биофизики на современном этапе ее развития,
формирование у аспирантов представлений о биофизических механизмах
мембранных процессов и молекулярных механизмах процессов
энергетического сопряжения.
В основные задачи курса входит:
-изучение на молекулярном уровне структуры субклеточных образований и
механизмов их функционирования;
- выявление общих законов (закономерностей) обмена веществ и энергии на
клеточном и организменном уровнях;
- изучение механизмов транспорта ионов и молекул через биологические
мембраны;
- изучение молекулярных механизмов дыхания, подвижности;
В результате изучения дисциплины аспирант должен:
Знать:
Элементарные и фундаментальные взаимодействия и превращения
ионов, молекул, надмолекулярных комплексов, лежащих в основе
физиологических процессов и биологических явлений.
Уметь:
- определять концентрацию ионов Са2+, Na+ и К+ с помощью пламенного
фотометра;
- рассчитывать скорость проведения возбуждения по нервным волокнам;
определять
кинетические
характеристики
на
примере
мембраносвязанного фермента Na, K – АТФазы;
- выделять общие липиды и фосфолипиды;
- проводить количественное определение фосфолипидов;
- определять продукты перекисного окисления липидов.
Владеть:
- методами математического анализа;
- основными методами работы с прикладными программными средствами;
- хроматографическими методами.
2. Содержание дисциплины
а) Темы занятий теоретического курса и количество часов на каждую
тему:
1. Введение в биофизику. Общая структурная организация клетки– 4 ч.
2. Структура и функционирование биологических мембран - 12 ч.
3. Биофизика процессов транспорта веществ через биомембраны и
биоэлектрогенез– 18 ч.
4. Молекулярные механизмы процессов энергетического сопряжения –
12 ч.
5. Биофизика сократительных систем – 12 ч.
6. Биофизика рецепции – 14 ч.
б) Темы практических занятий и количество часов на каждую тему:
Практические занятия
Работа № 1. Экстракция липидов. Выделение общих липидов и
фосфолипидов – 9 ч.
Работа №2. Микротонкослойная хроматография липидов – 9 ч.
Работа №3. Газожидкостная хроматография жирных кислот – 9 ч.
Работа №4. Количественное определение фосфолипидов – 9 ч.
Работа № 5. Количественное определение белка – 9 ч.
Работа № 6. Регистрация потенциала действия – 9 ч.
Работа № 7. Определение активности фосфолипазы А2 – 9 ч.
Работа № 8. Определение продуктов перекисного окисления липидов –
9 ч.
3. Контрольные вопросы по курсу
1. Предмет, проблемы и задачи биофизики.
2. Общая структурная организация клетки.
3. Сократительные системы клетки.
4. Основные физические характеристики клетки и методы их изучения:
размер (микроскопия, седиментация); форма (микроскопия); объем
(проточная коултеровская кондуктометрия); заряд поверхности клетки
(электрофорез, заряженные зонды).
5. Состояние внутриклеточной свободной и структурированной воды.
6. Радиоспектроскопия в исследованиях свойств клеток и тканей.
7. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
8. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
9. Состояние воды в различных органах и тканях, его влияние на
сигналы ЯМР, принципы диагностики методом ЯМР-томографии.
10. Происхождение электрокинетического потенциала мембранных
систем.
11. Явление поляризации в мембранах.
12. Дисперсия электропроводности, емкости, диэлектрической
проницаемости.
13. Зависимость диэлектрических потерь от частоты.
14. Особенности структуры живых клеток и тканей, лежащие в основе
их электрических свойств.
15. Пассивный и активный транспорт веществ через биомембраны.
16. Транспорт неэлектролитов. Проницаемость мембран для воды.
17. Простая диффузия. Ограниченная диффузия. Связь проницаемости
мембран с растворимостью проникающих веществ в липидах. Облегченная
диффузия.
18. Транспорт сахаров и аминокислот через мембраны с участием
переносчиков. Пиноцитоз.
19. Транспорт электролитов. Электрохимический потенциал.
20. Ионное равновесие на границе мембрана-раствор. Равновесие
Доннана.
21. Пассивный транспорт; движущие силы переноса ионов.
22. Электродиффузионное уравнение Нернста-Планка.
23. Уравнения постоянного поля для потенциала и ионного тока.
24. Проницаемость и проводимость. Соотношение односторонних
потоков (соотношение Уссинга).
25. Потенциал покоя, его происхождение.
26. Активный транспорт. Электрогенный транспорт ионов. Участие
АТФаз в активном транспорте ионов через биологические мембраны.
27. Ионные каналы; теория однорядного транспорта.
28. Ионофоры: переносчики и каналообразующие агенты.
29. Потенциал действия.
30.Роль ионов натрия и калия в генерации потенциала действия в
нервных и мышечных волокнах; роль ионов кальция и хлора в генерации
потенциала действия у других объектов.
31. Кинетика изменений потоков ионов при возбуждении.
32. Механизмы активации и инактивации каналов.
33. Описание ионных токов в модели Ходжкина-Хаксли.
34. Воротные токи. Флуктуации напряжения и проводимости в
модельных и биологических мембранах.
35. Формирование клеточных и тканевых источников электричества в
организме при генезе потенциалов органов.
36. Основные характеристики клеточных источников электричества.
37. Распространение возбуждения. Кабельные свойства нервных
волокон.
38. Проведение импульса по немиелиновым и миелиновым волокнам.
39. Математические модели процесса распространения нервного
импульса.
40. Физико-химические процессы в нервных волокнах при проведении
рядов импульсов (ритмическое возбуждение).
41.Энергообеспечение процессов распространения возбуждения.
42. Основные понятия теории возбудимых сред.
43. Связь транспорта ионов и процесса переноса электрона в
хлоропластах и митохондриях.
44. Локализация электронтранспортных цепей в мембране;
структурные аспекты функционирования связанных с мембраной
переносчиков; асимметрия мембраны.
45. Основные положения теории Митчелла; электрохимический
градиент протонов; энергизированное состояние мембран.
46. Сопрягающие комплексы, их локализация в мембране; функции
отдельных субъединиц; конформационные перестройки в процессе
образования макроэрга.
47. Основные типы сократительных и подвижных систем.
48. Молекулярные механизмы подвижности белковых компонентов
сократительного аппарата мышц.
49. Принципы преобразования энергии в механохимических системах.
50. Термодинамические, энергетические и мощностные характеристики
сократительных систем.
51. Функционирование поперечных мостиков в мышечном волокне.
52. Теории Хаксли, Дещеревского, Хилла.
53. Молекулярные механизмы немышечной подвижности.
54. Гормональная рецепция. Общие закономерности взаимодействия
лигандов в рецепторами; равновесное связывание гормонов.
55. Роль структуры плазматической мембраны в процессе передачи
гормонального сигнала.
56. Рецептор-опосредованный внутриклеточный транспорт.
57.Методы исследования гормональных рецепторов.
58. Сенсорная рецепция. Проблема сопряжения между первичным
взаимодействием внешнего стимула с рецепторным субстратом и генерацией
рецепторного (генераторного) потенциала.
59. Общие представления о структуре и функции рецепторных клеток.
60.Фоторецепция.
61. Биофизика слуха.
62.Механорецепция.
63.Вкус. Вкусовые качества. Строение вкусовых клеток. проблема
вкусовых рецепторных белков.
4. Рекомендуемая литература
Основная литература:
1. Биофизика /Под ред.Антонов В.А..- М.: Владос, 2000.
2. Рубин А.Б. Биофизика.М.:Кн.дом «Университет», 1999-2000.
3. Практикум по биофизике /В.А.Антонов и др.-М.:Владос, 2001.
4. Ремизов А.Н. Сборник задач по мед. и биолог. физике. – М.:Дрофа,
2001.
5. Волькенштейн М. В. Биофизика: учеб. пособие. – 3-е изд., стер. – М. :
Лань, 2008.
6. Джаксон М. Б. Молекулярная и клеточная биофизика. – М. : Мир :
Бином : Лаборатория знаний, 2009.
7. Камкин А.Г., Каменский А.А. (Редакторы). Фундаментальная и
клиническая физиология. – М.: ACADEMIA, 2004.
8. Ревин В. В. Биофизика : учебник. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та,
2002.
9. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика : учеб. для вузов.
– 4-е изд., испр. и доп. – М. : Дрофа, 2003.
10. Рощупкин Д.И., Фесенко Е.Е., Новоселов В.И. Биофизика органов
(Учебное пособие).- М.: Наука, 2000.
11. Самойлов В.О.(Редактор). Медицинская биофизика. СанктПетербург, 2004.
Дополнительная литература:
1. Беляева О. Б. Светозависимый биосинтез хлорофилла. – М. : Бином :
Лаборатория знаний, 2009.
2. Владимиров Ю. А. Физико-химические основы патологии клетки :
Курс лекций. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 2007.
3. Волобуев А. Н. Биофизические принципы гемодинамики
(гидродинамика течения крови). – Самара : Самар. дом печати, 2009.
4. Комов В. П. Биохимия : учеб. для вузов. – М. : Дрофа, 2004.
5. Орлов Ю.И., Щукин С. И. Электроды для измерения
биоэлектрических потенциалов.Учебное пособие. Издательство: МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2006.