для студентов 3 курса медико-биологического факультета/спец. мед. кибернетика/
Предмет и задачи биофизики.
История развития как науки. Связь биофизики с другими науками.
Термодинамика биологических процессов.
Термодинамические процессы и функции. Первый закон термодинамики. Закон Гесса. Второй закон термодинамики. Понятие энтропии, свободной энергии и их изменения при термодинамическом равновесии. Объединенная запись первого и второго законов термодинамики. Термодинамические потенциалы Гиббса и Гельмгольца. Уравнение Вант-Гоффа. Понятие градиента. Термодинамика открытых систем. Условие стационарного состояния. Динамика энтропии в открытых системах. Анализ уравнения Пригожина. Локальная скорость продукции энтропии. Феноменологические уравнения. Соотношение взаимности Онзагера. Доказательство теоремы Пригожина на примере двух сопряженных процессов. Теория Пригожина-Виам. Динамика удельной диссипативной функции.
Кинетика биологических процессов.
Молекулярность и порядок реакции. Скорость реакции первого порядка. Скорость реакции и температура. Понятие энергии активации. Уравнение Аррениуса и температурный коэффициент Вант-Гоффа. Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Уравнение Лайнуивера-Берка. Ингибиторы ферментативных реакций. Виды ингибирования и их анализ в прямых и обратных координатах "скорость-концентрация". Кинетика сложных биохимических реакций. Параллельные, последовательные, циклические и автокаталитические реакции.
Фотобиологические процессы.
Классификация и стадии фотобиологических процессов. Закон поглощения света Бугера-Ламберта-Бэра. Пути размена энергии активного состояния молекулы. Флюоресценция. Механизмы, законы и методы исследования. Фосфоресценция. Механизмы, законы и методы исследования. Миграция энергии. Виды и условия миграции. Правила Ферстера. Фотохимические реакции. Уравнение Варбурга-Негелейна.
|
|
Молекулярная биофизика.
Предмет и методы молекулярной биофизики. Силы внутри- и межмолекулярного взаимодействия. Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Водородные связи. Гидрофобные взаимодействия. Пространственная структура молекул белка. Первичная структура. Вторичная структура белка. Виды вторичных структур. Постулаты Полинга и Кори. Третичная и четвертичная структура белка. Роль гидрофобных взаимодействий в формировании пространственной структуры белка. Статистические закономерности образования макромолекул. Преходы спираль-клубок, глобула-клубок.
Биофизика биологических мембран.
Функции биологических мембран. Методы исследования структуры мембран. Липиды биомембраны, их физико-химические свойства. Липид-липидные взаимодействия. Липидный бислой и его жидко-кристаллические свойства. Условия фазового перехода. Белки мембран, их классификация и функции. Взаимодействия с липидами. Бутербродная модель мембраны. Современные представления о структуре мембран. Мозаичная модель. Виды мембранных белков и липидов. Структура и функции цитоскелета.
Биофизика транспорта.
Проницаемость биомембран, методы исследования. Способы проникновения веществ через мембрану, правила Овертона. Простая диффузия. Уравнение Фика. Диффузия веществ в клетку. Уравнение Коллендера-Берлунда. Облегченная диффузия. Виды, механизмы, кинетика. Осмос. Фильтрация. Роль осмоса и фильтрации в поддержании гомеостаза, онкотическое давление. Транспорт заряженных частиц через клеточную мембрану. Ионные каналы, их свойства. Активный транспорт, его характеристика и кинетика. Молекулярные механизмы активного транспорта на примере Na-К - АТФ-азы.
|
|
Пассивные электрические свойства биологических объектов.
Эквивалентные электрические схемы. Поляризация. Сущность явления, условия возникновения. ЭДС поляризации, время релаксации. Виды поляризации. Проводимость биологических объектов для переменного тока. Импеданс, дисперсия импеданса. Диэлектрическая проницаемость /ДЭП/ биологических объектов, дисперсия ДЭП.
Активные электрические свойства биологических объектов.
Порог возбуждения. Зависимость "Сила-длительность". Реобаза, хронаксия. Механизмы формирования электрохимических потенциалов. Диффузионный, мембранный и фазовый потенциалы. Потенциал покоя, механизмы его формирования. Вклад активного транспорта в формирование потенциала покоя. Электротонический потенциал и локальный ответ. Их сходство и различия. Потенциал действия аксона, его фазы и ионная природа. Особенности электрогенеза тела нейрона. Роль ионов кальция во входящих и выходящих ионных токах. Проведение возбуждения по мякотному и безмякотному нервному волокну. Локальные токи. Кабельное уравнение.Проведение возбуждения по геометрическим и функциональным неоднородностям.
Синапсы, их виды. Механизмы синаптической передачи электрического и химического синапса.
|
|
Биофизика мышечного сокращения.
Строение исчерченного мышечного волокна. Структура саркомера. Сократительные и регуляторные белки скелетной мышцы. Электромеханическое сопряжение. Роль Т-системы и саркоплазматического ретикулума. Механизмы мышечного сокращения. Теория скользящих нитей. Изометрическое, изотоническое сокращение. Уравнение Хилла. Сердечная мышца, структурно-функциональные особенности рабочего миокарда. Особенности электромеханического сопряжения кардиомиоцитов. Авторитмическая активность и хроноинотропный эффект в сердце. Гладкая мышца, ее структурно-функциональные особенности.. Особенности электромеханического сопряжения гладких мышц.Регуляция сокращения гладких мышц вториичными посредниками.
Биофизика сердечно-сосудистой системы.
Насосная функция сердца. Сердечный цикл. Энергетика кровообращения, закон Бернулли. Реология крови. Формула Гагена-Пуазейля. Число Рейнольдса.
Биофизика внешнего дыхания.
Объемы и емкости легких, методы изучения. Биомеханика дыхания. Диаграмма Р-V. Растяжимость легких, сурфактант. Аэродинамическое сопротивление дыханию. Основное уравнение дыхания. Работа дыхания. Круговая диаграмма дыхательного цикла.
Биофизика всасывания и выделения.
Структура и функция асимметричного эпителия. Гипотеза Уссинга. Трансцеллюлярный транспорт.
Биофизика анализаторов.
Общие закономерности. Закон Вебера-Фехнера. Классификация рецепторов. Механорецепторы и их виды. Наружное и среднее ухо и их функции. Внутреннее ухо. Строение улитки. Электрические явления в улитке. Кодирование частоты и силы звука. Теория бегущей волны. Орган зрения. Оптическая система глаза. Строение сетчатки. Фотохимия палочек. Электрические явления в палочках. Трансдуцин. Цветное зрение. Основные методы исследования и гипотезы цветного зрения.
Сигнальная функция мембран.
Понятие системы вторичного посредника. Циклические нуклеотиды в роли вторичного посредника. Кальций и кальмодулин в регуляции внутриклеточных процессов.
Продукты метаболизма фосфолипидов и протеинкиназа-С в регуляции клеточных функций. Взаимодействие систем вторичных посредников в регуляции клеточного метаболизма. Оксид азота в роли сигнальной молекулы. NO-синтазы и гуанилатциклазы. Их молекулярные и биохимические характеристики. Ээффекторные системы цГМФ-зависимых процессов.
Ответственный за курс:……………….. профессор Ковалев И.В.