Рабочая программа дисциплины биофизика клеточных и мембранных процессов по научной специальности 03. 01. 02- биофизика

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Составитель рабочей программы профессор кафедры

ФИО Ревин В.В.
Рабочая программа утверждена «____»_____________2012г.

на заседании кафедры протокол № _________

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:

Элементарные и фундаментальные взаимодействия и превращения ионов, молекул, надмолекулярных комплексов, лежащих в основе физиологических процессов и биологических явлений.

- 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.

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.
   

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.

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. Санкт-Петербург, 2004.

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.