Проф. Санагурський Д.І. доц. Хамар І. С

Вид материала

Документы

Содержание Термодинаміка біофізичних процесів Термодинаміка незворотніх процесів Молекулярна біофізика. Біофізика білків Біофізика нуклеїнових кислот Ферментативний каталіз Біофізика клітини Біофізика скоротливих процесів Фотобіологічні процеси. Біофізичні методи дослідження структури клітин. Біофізика складних систем Основні поняття біофізики аналізаторних систем. Математичне моделювання біологічних систем.

Подобный материал:

• Дополнительная программа кандидатского экзамена по специальности 08. 00. 13 «Математические, 276.2kb.
• Реферат циклу підручників «Україна в світовій політиці», 148.74kb.
• Программа и тезисы докладов 59-й студенческой научной конференции физического факультета, 1256.84kb.
• Квалификационные тесты по дерматовенерологии Москва, 2267.11kb.
• Программа студенческой олимпиады мгмсу по стоматологии 30. 10., 33.94kb.
• Программа и тезисы докладов 60-й студенческой научной конференции физического факультета, 1049.08kb.
• М. А. Рыбалко (отв редактор), проф, 973.68kb.
• Методические рекомендации Издание второе, переработанное и дополненное Минск 2006 удк, 270.38kb.
• Волгоградский государственный медицинский университет, 439.17kb.
• Программа дисциплины история экономических учений для направления 080100. 62 «Экономика», 586.15kb.

Затверджено

на засіданні приймальної комісії

Львівського національного університету

імені Івана Франка

01.03.2010р. (протокол № 8)


ПРОГРАМА

ВСТУПНИХ ФАХОВИХ ВИПРОБУВАНЬ


Спеціальність Біофізика

Освітньо-кваліфікаційний рівень Магістр


Розглянуто Рекомендовано

на засіданні кафедри методичною радою

біофізики та біоінформатики біологічного факультету

“____” ___________ 2010 р. “____” ___________ 2010 р.

Завідувач кафедри Голова методради

______________ проф. Санагурський Д.І. ______________ доц. Хамар І.С.


Львів-2010

Методи та методологія біофізики. Перспективи розвитку біофізичних досліджень.

Термодинаміка біофізичних процесів. Класифікація термодинамічних систем. Термодинамічні параметри і функції стану системи. Закони термодинаміки і їх застосування до стану біологічних систем. Термодинамічні потенціали, електрохімічний потенціал. Калориметрія.

Термодинаміка незворотніх процесів. Зміна ентропії у відкритих системах. Співвідношення взаємностей Онзагера. Теорема Пригожина. Стійкість стаціонарного стану. Нелінійна термодинаміка незворотніх процесів.

Молекулярна біофізика. Конформація макромолекул. Сили, що стабілізують просторову структуру макромолекул. Водневі зв'язки. Гідрофобні взаємодії і структура води. В'язкість розчинів макромолекул. Дифузія макромолекул. Седиментація макромолекул. Електрофорез. Взаємодія між макромолекулами в розчині. Використання радіоактивних ізотопів. Ізотопи, сцинтилятори, сцинтиляційні лічильники радіоактивності та їх головні компоненти. Схема співпадінь. Лічильні пристрої, точність рахунку. Хемілюмінесценція, фотолюмінесценція. Лічильники з твердим сцинтилятором. Методи підготування та реєстрації радіоактивних препаратів. Препарати у вигляді водних розчинів, сцинтилятори на базі діоксану, толуолу та ксилолу. Солюбілізація біологічних препаратів, рахунок біопрепаратів на фільтрах. Підготовка біопрепаратів до рахунку. Ефективність рахунку. Вихід радіоактивності. Рахунок радіоактивності порошків. Рахунок радіоактивності після ТШХ та електрофорезу в гелі. Авторадіографія, непряма авторадіографія.

Введення радіоактивної мітки. Йодування з допомогою хлораміну Т. Йодування з допомогою Н₂О₂ та лактопериксидази, приєднання специфічних йодованих препаратів. Йодування за рахунок Na₁₂₅ у присутності ІС1. Введення ¹⁴С та ³Н, ферментативні методи. Використання мічених попередників. Введення радіоактивної мітки в білок та нуклеїнової кислоти in vitro.

Радіоімунні та імуноферментні методи визначення малих концентрацій біологічно-активних речовин. Принципи методів, засоби та інструментальне забезпечення їх здійснення.

Спектральні методи дослідження біомакромомлекул та біологічних рідин. Інфрачервона спектроскопія. Ультрафіолетова та видма спектроскопія. Атомноадсорбційна спектроскопія. Флуоресцентні зонди в дослідженні біологічних компонентів клітин. Адсорбційна та диференційна спектроскопія. Сольоватно-пертрубаційна диференційна спектрофотометрія. Температурно-пертрубаційна диференційна спектрофотометрія. Флуоресцентна спектроскопія. Двохвильовий флуоресцентний метод. Ядерний магнітний резонанс (ЯМР). Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР). Засоби комунікації, інструментального обладнання з вичислювальними системами.

Біофізика білків. Первинна і вторинна структура білків. Третинна структура білків. Методи вивчення структури білків: диференціальна скануюча мікрокалориметрія, дисперсія оптичного обертання і круговий дихроїзм, абсорбційна і диференціальна спектроскопія, флуоресцентна спектроскопія, ЯМР, ЕПР.

Біофізика нуклеїнових кислот. Первинна структура нуклеїнових кислот. Подвійна спіраль ДНК. Рентгеноструктурний аналіз. Конформації ДНК. Оптичні характеристики нуклеїнових кислот. Третинна структура нуклеїнових кислот. Білково-нуклеїнове впізнавання.

Ферментативний каталіз. Механізми взаємодії ферменту з субстратом. Теорії, що пояснюють фермент-субстратні взаємодії. Локальні та великомаштабні конформаційні перебудови. Молекулярно-динамічне моделювання. Алостеричні ферменти. Кінетика ферментативних реакцій. Швидкість реакції, порядок реакції. Теорія ферменаттивного каталізу. Константа Міхаеліса-Ментен. Швидкість реакції і температура, рівняння Ейрінга.

Біофізика клітини. Мембрани клітини. Молекулярна організація клітинних мембран. Динаміка ліпідів у мембрані. Мембранні білки. Рідинно-мозаїчна структура мембран. Метод заморожування-сколювання. Білкова асиметрія мембран. Предмет і завдання біофізики мембран. Історія вивчення мембран. Методи дослідження біологічних мембран (рентгеноструктурний аналіз, електронний парамагнітний резонанс, ядерний магнітний резонанс, електронна мікроскопія, диференціальна скануюча калориметрія, метод фіксації потенціалу, метод резонансної міграції енергії і молекулярної мішені).

Склад біологічних мембран. Принципи організації бішару. Фосфоліпіди як структурна основа бішару. Модифікація бішару білками. Трансмембранна міграція ліпідів. Мембранні білки: характеристика і структурні принципи. Мембранні білки як амфофільні сполуки. Асиметрія мембран. Мембрана як рідкий кристал. Фазові переходи. Кооперативні і механічні властивості мембран. Вільнорадикальне перекисне окислення ліпідів мембран.

Моделювання іонної проникності клітинних мембран. Механізм дії транспортних антибіотиків на проникність мембран.

Мембранні ферменти: особливості кінетики, ферментні препарати. Вплив ліпідів на активність мембранозв'язаних ферментів. Регуляція активності мембранозв’язаних ферментів.

Сa ⁺-ATФаза. Організація Ca²⁺-помпи в мембрані. Кінетика транспорту Ca²⁺ . Схема роботи Ca²⁺-помпи. АТФ як модулятор Ca²⁺-помпи. Ca²⁺ як індуктор конформаційних перебудов білків.

Na⁺, K⁺-помпа. Молекулярна організація. Механізм гідролітичної реакції. Модифікатори і інгібітори Na⁺, K⁺-АТФази.

Іонні канали. Іонофори, каналоутворювачі. Значення рецепторів і каналів у взаємодії клітин із середовищем. Щілинні контакти. потенціалозалежні канали. Кальцієвий канал. Уніпортери, симпортери, антипортери.

Класифікація транспортних процесів. Транспорт води. Пасивний і активний транспорт. Вторинно активний транспорт. Ендо- і екзоцитоз.

Мембранні потенціали. Потенціал спокою. Біологічне значення та величина мембранного потенціалу спокою. Іонні рівноважні потенціали. Іонні механізми формування величини мембранного потенціалу. Мембранний потенціал і метаболізм.

Потенціал дії. Фізіологічна роль потенціалів дії. Загальна характеристика потенціалів дії. Іонні механізми генерації потенціалів дії. Природа слідових потенціалів. Дослідження трансмембранних струмів методом фіксації потенціалу. Поширення потенціалів дії.

Роль мембран у біоенергетичних механізмах клітини. Загальні відомості. Підготовчі етапи енергетичних перетворень. Гіпотези енергетичного спряження. Мітохондріальний і світлозалежні електронтранспортні ланцюги. АТФ- синтетазний комплекс.

Мембрани і міжклітинна взаємодія. Загальні принципи взаємодії. Гіпотетичні механізми міжклітинної взаємодії.

Мембранний транспорт. Пасивний транспорт. Дифузія речовин через мембрану. Пасивний потік іонів через клітинну мембрану. Мембранний потенціал. Рівняння Нернста-Планка.

Мембранний транспорт. Активний транспорт. НаКпомпа. Транспорт іонів кальцію. Ендо- та екзоцитоз. Моделювання іонної проникливості клітинних мембран.

Електричні параметри мембран. Потенціал дії. Поширення потенціалу дії. Метод фіксації потенціалу. Потенціалзалежні натрієві канали. Модель Хілле. Блокатори натрієвих каналів. Потенціалзалежні калієві канали. Блокатори калієвих каналів. Потенціалзалежні кальцієві канали. Хлорні канали. Синтез іонних каналів.

Міжклітинні взаємодії. Щілинні сполученні. Синапси: хімічні, електричні, змішані синапси. Передача сигналу від рецепторів плазматичної мембрани в середину клітини. Роль іонів кальцію як вторинного посередника.

Дія іонізуючого випромінювання на клітинні структури. Ультраструктурні зміни клітинних компонентів: мембран, ядра, мітохондрій, ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджі.

Дія лазерного випромінювання на клітинні структури. Особливості лазерного випромінювання. Механізм біологічної дії лазерного випромінювання та лазерна біостимуляція. Терапевтична дія низько енергетичного лазерного випромінювання на клітинному рівні.

Біофізика скоротливих процесів. Потенціал дії м'язового волокна. Співпряження між збудженням і скороченням в скелетних м'язах. Звільнення іонів кальцію з саркоплазматичного ретикулуму. Особливості активації скорочення в тонічних м'язевих волокнах. Механіка і енергетика скорочення. Ізометричне та ізотонічне скорочення. Енергетика і молекулярні механізми м'язевого скорочення. Теорія м'язевого скорочення. Серцевий м'яз. Електричні властивості міокардіальної тканини. Нем'язева форма рухливості клітин.

Біоенергетика. Предмет, завдання, історія біоенергетики. Фундаментальні дослідження. Роботи Мітчела, Скулачова. Методи біофізики, що застосовуються у біоенергетиці.

Основні поняття мембранної біоенергетики. Мембрани з точки зору біоенергетики. Ліпідний компонент мембрани, мембранні білки. Аденозинтрифосфат. Різниця елетрохімічних потенціалів.

Специфічні методи мембранної біоенергетики. Протеоліпосоми, пряме вимірювання генерації мембранного потенціалу. Вимірювання мембранного потенціалу в інтактних клітинах.

Первинні генератори електрохімічних потенціалів іонів Н⁺. Циклічний світлозалежний редокс-ланцюг фотосинтезуючих бактерій. Нециклічний світлозалежний редок-ланцюг зелених бактерій. Нециклічний світлозалежний редокс-ланцюг хлоропластів та ціанобактерій. Дихальний ланцюг. Скорочені дихальні ланцюги, що генерують електрохімічний потенціал іонів НҐ. Бактеріородопсин. Світлозалежний транспорт іонів бактеріородопсином. Інші ретиналь-вмісні білки.

Н⁺-АТФази - вторинні генератори електрохімічних потенціалів. Класифікація. Н⁺-АТФаза облігатно анаеробних бактерій. Н⁺-АТФаза зовнішньої клітинної мембрани рослин та грибів. Н⁺-АТФаза тонопласту. Немітохондріальні Н⁺-АТФази клітин тварин. Співвідношення функцій Н⁺-АТФаз.

Користувачі мембранним електрохімічним потенціалом. Хімічна робота за рахунок електрохімічного потенціалу: Н⁺-АТФсинтаза, Н⁺-трансгідрогеназа. Осмотична робота за рахунок електрохімічного потенціалу. Роль електрохімічного потенціалу в транспорті макромолекул. Механічна робота для утворення теплоти за рахунок ΔμН. Електрохімічний потенціал - джерело енергії.

Регуляція, транспорт і стабілізація протонного потенціалу. Альтернативні функції дихання. Відношення системи контролю електрохімічного потенціалу до основних регуляторних механізмів еукаріот. Транспорт енергії вздовж мембран у формі електрохімічного потенціалу. Буфери електрохімічного потенціалу іонів НҐ.

Генератори електрохімічного потенціалу іонів Na⁺. Утилізація електрохімічного потенціалу іонів Na⁺: осмотична робота, механічна робота, хімічна робота. Частота використання Na⁺ циклу живими клітинами. Загальна схема взаємовідносин між протонним і натрієвим циклами. Перетворення енергії в біомембранах без участі H⁺ і Na⁺.

Перспективи мембранної енергетики. Прикладна біоенергетика. Медичні аспекти біоенергетики. Можливості технологічного застосування мембранної біоенергетики.

Фотобіологічні процеси. Біофізичні методи дослідження структури клітин. Електронна мікроскопія. Цитоспектроскопія. Люмінісцентна мікроскопія, рентгеноструктурний аналіз, диференціально-скануюча калориметрія. Основні клітинні органели їх структура та функції. Клітинна мембрана, ядро, мітохондрії, ЕПС, апарат Гольджі . хлоропласти, рибосоми. Методи дослідження структури та функцій біологічних мембран. Будова клітинних мембран. Транспортні властивості мембран. Полегшена дифузія через ліпідний бішармембран. Пасивний і активний транспорт. Ендоцитоз і екзоцитоз.

Рецепторна функція мембран. Природа рецепторів. Механізми дії речовин різної природи. Іонний транспорт. Іонні канали: натрієві, калієві, кальцієві та хлорні. Електричні властивості біологічних мембран. Потенціал спокою і дії. Методи дослідження іонних каналів. Застосування інгібіторів транспорту через одноіменні іонні канали. Метод фіксації потенціалу. Модельні системи дослідження іонних систем (ліпосома, штучна мембрана). Механізми міжклітинних взаємодій. Щілинні з'єднання. Синаптична передача. Типи синаптичних передач (хімічні, електричні та змішаного типу), їх структура та функція. Секреція нейромедіаторів нервовими закінченнями. Постсинаптичні потенціали.

Структура і функції мітохондрій. Перенос електронів в мембранах мітохондрій. Теорія співпряження біологічного окислення та фосфорилювання. Гіпотези: хімічна, конформаційна, хеміосмотична. Функції ядра в клітині. Система біосинтезу білка та його регуляція.

Фотобіологічні системи. Роль пігментів у функціонуванні клітин різного типу. Фоторегуляторні системи. Дія ультрафіолетових променів на клітинні структури. Фотосенсибілізація.

Дія іонізуючого випромінювання на клітинні структури. Ультраструктурні зміни клітинних компонентів: мембран, ядра, нуклеїнових кислот, мітохондрій, ендоплазматичних сіток та комплексу Гольджі. Дія лазерного випромінювання на клітинні структури. Особливості лазерного випромінювання. Механізм біологічної дії лазерного випромінювання та лазерна біостимуляція. Терапевтична дія низькоенергетичного лазерного випромінювання на клітинному рівні.

Типи фотобіологічних процесів. Загальні закономірності фотобіологічних процесів. Закони фотохімії. Елементарні фотохімічні реакції. Фотосинтез. Організація фотосинтетичного апарату. Фотосинтетичне фосфорилювання. Фоторегуляторні системи. Дія УФ-променів на біологічні системи.

Біофізика складних систем. Основні поняття теорії інформації. Загальні принципи функціонування сенсорних систем. Передача інформації в сенсорних системах. Гомеостаз внутрішнього середовища організму, його регуляція.

Математичний аналіз у біофізиці. Планування біологічного експерименту. Математичні моделі біосистем. Багаторівневі системи у біології. Аналітичні методи при аналізі складних біосистем.

Основні поняття біофізики аналізаторних систем. Методи дослідження аналізаторних систем. Класифікації органів чуття. Сенсорний рецептор, орган чуття, сенсорна система, подразники різної модальності. Типи сенсорних рецепторів. Загальні уявлення про структуру та функції рецепторних клітин.

Адекватні та неадекватні подразники. Абсолютний поріг подразника, диференційний поріг подразника. Оцінка інтенсивності подразника у сенсорних системах. Закон Вебера-Фехнера. Формула Стівенса. Закономірності функціонування сенсорних систем. Контраст. Інформаційні характеристики сенсорної діяльності.

Розрахунок інтенсивності відчуття за силою подразнення. Визначення сталої n для кожного типу рецепторів на основі формули Стівенса.

Рецепторний потенціал, генераторний потенціал, їхні особливості. Властивості рецепторного потенціалу. Етапи трансдукції енергії подразника в енергію нервових імпульсів.

Адаптація в органах чуття. Класифікація сенсорних рецепторів за швидкістю адаптації, спонтанна активність рецепторів. Сенсорна одиниця. Рецептивне поле нейрона. Перекривання рецептивних полів. Сенсорні мережі. Латеральне та зворотне гальмування в сенсорних системах.

Зорова сенсорна система. Оптична система ока. Структурно-функціональна характеристика зорового аналізатора. Рефракція, аномалії рефракції. Процес акомодації ока.

Будова та функції клітин, що входять до складу сітківки. Інвертоване око. Фоторецептори ока хребетних, їхня будова, функції та розміщення на сітківці. Гострота зору. Шляхи та особливості передавання сигналу в сітківці. Електроретинограма (ЕРГ).

Механізм фоторецепції у хребетних. Особливості функціонування зорового аналізатора. Початкові етапи перетворення світла в фоторецепторах. Зорові пігменти: класифікація, будова, спектральні характеристики, фотохімічні перетворення родопсину. Механізм фоторецепції у хребетних тварин. Роль Ca2+ у процесах зорової адаптації. Організація рецептивних полів гангліозних клітин сітківки ока. Адаптація до світла та темряви. Зміна в організації рецептивних полів нейронів у разі адаптації до світла та темряви. Кольоровий зір. Теорії кольорового зору. Проекції сітківки до ЦНС. Бінокулярний зір. Основні типи очних рухів, їхні функції.

Схематичний опис механізму фоторецепції у хребетних тварин. Вміти схематично пояснити організацію рецептивних полів гангліозних клітин, її зміни в разі адаптації до світла та темряви.

Механорецепція у слуховому та вестибулярному аналізаторах. Слухова сенсорна система. Фізичні властивості звукових стимулів. Рівень звукового тиску. Вміти переводити у децибели рівень звукового тиску тонів з тиском у Н/м2. Аудіограма. Будова та функції органа слуху. Будова та функції органа Корті.

Рецепція стимулу волосковими клітинами органа Корті (механорецепція). Вміти розраховувати градієнт потенціалу на мембрані волоскових клітин органа Корті під час утворення рецепторного потенціалу. Сприйняття звуку у внутрішньому вусі. Механіка завитки. Рухи основної мембрани. Пересувна хвиля як наслідок пружних властивостей мембрани. Перекодування сигналу в ряд Фур’є. Теорія “місця” Бекеши. Електричні явища в завитці. Кісткове та повітряне проведення звуку. Проба Вебера. Причини глухоти. Просторове сприйняття звуку. Локалізація звуку в просторі. Бінауральні взаємодії. Особливості рецептивних полів нейронів різних рівнів слухової сенсорної системи.

Вестибулярна сенсорна система. Будова та функції вестибулярного (присінкового) аналізатора. Структура та функції отолітових органів вестибулярного аналізатора. Структура та функції півколових каналів вестибулярного аналізатора.

Особливості сприймання сигналів волосковими клітинами органу рівноваги. Обробка інформації на вищих рівнях вестибулярного аналізатора та функціональні зв’язки цього органу. Смаковий та нюховий аналізатор (хеморецепція). Механізми рецепції в соматовісцеральній сенсорній системі. Структурно-функціональна характеристика смакового аналізатора. Сприймання смакових сигналів пороги, класифікація запахів. Обробка смакових сигналів. Смакові відчуття та речовини, що їх зумовлюють. Чинники, які впливають на смакові відчуття. Механізми хеморецепції для різних смакових речовин.

Нюхова сенсорна система. Структурно-функціональна характеристика нюхового аналізатора (нюхова слизова оболонка, нюхова цибулина, центральний кірковий відділ нюхового аналізатора).

Нюхова цибулина. Будова та функції клітин, що входять до складу нюхової цибулини.

Больова сенсорна система. Теорії та механізми больової рецепції. Особливості та типи рецепції у соматовісцеральній сенсорній системі. Обробка соматовісцеральної сенсорної інформації. Інтерорецепція. Пропріорецепція. Терморецепція. Тактильні відчуття. Особливості сприймання та кодування нюхової інформації. Хеморецепція.

Біоінформатика. Інформаційні процеси в біології. Проблема інформації в біології. Використання теорії інформації в біології. Антиентропійний характер біологічного способу існування. Кількісна міра інформації. Інформативність та інформація. Основні властивості інформації. Сигнально-кодова форма інформації. Інваріантність інформації стосовно до субстратно-енергетичних та просторово-часових характеристик носія. Особливості інформаційної діяльності живих систем. Інформаційні моделі. Основи теорії інформації. Різноманітність системи та невизначеність подій у системі. Ентропія як логарифмічна міра різноманітності подій у системі. Ентропія і інформація. Ентропія та інформація для рівноймовірних подій.

Індивідуальна ентропія подій в системі з нерівноймовірними подіями. Середня ентропія та середня інформація системи. Середня ентропія та середня інформація для систем з нерівноймовірними подіями.

Ентропія і інформація системи, події в якій є векторами з взаємонезалежними складовими. Ентропія і інформація системи, події в якій є векторами з взаємозалежними складовими. Матриця ймовірностей сумісної появи взаємозалежних складових. Максимальна ентропія системи. Елементи теорії інформації. Кодування інформації. Сигнали і події. Код, алфавіт коду, кодові групи. Метод взаємно-однозначного кодування. Бінарне кодування. Якісні характеристики системи. Формула розрахунку можливої кількості подій в системі з відомими якісними характеристиками. Код Фано. Оптимальні нерівномірні коди. Максимальна компактність коду. Правила одержання коду максимальної компактності. Загальна теорема кодування та її значення. Передавання інформації каналами зв’язку. Канали зв’язку. Пропускна здатність канала зв’язку. Система зв’язку. Канал з шумом. Стохастичний характер впливу шумів.

Виявлення помилок у сигналі та їх виправлення. Надійність прийому інформації. Надлишковість. Теорема Шеннона про канал з шумом. Канал корекції. Надійне розпізнавання сигналів на основі сукупності ненадійних елементів. Малохарактерні якісні ознаки. Прикладний аспект теорії інформації в біології. Особливості передавання і сприйняття інформації в реальних системах. Нагромадження досвіду в системах-приймачах. Пам’ять. Надлишковість та ефективність сприйняття подій. Вміти розрахувати надлишковість за формулою Шеннона. Передавання і сприйняття інформації в реальних системах. Обмін інформації між системами.

Залежність кількості інформації від конструкції системи-приймача. Умова передавання всієї інформації від системи передавача інформації до системи-приймача. Дискретизація подій в живих системах-приймачах. Дискретні події. Безперервні події. Інформаційна ємність та її значення в біофізиці, фізіології та психології.

Розпізнавання подій приймачем інформації. Класифікація подій за ознаками. Метод бінарної класифікації подій. Вміти визначити найменшу кількість кроків послідовного аналізу системи з метою розрізнення однієї події з n можливих. Оцінка різноманітності подій у системі. Оцінка інформаційної цінності в різних (реальних) ситуаціях.

Типи сукупностей, що зустрічаються на практиці (сукупність різнотипних елементів, n-буквені слова, розміщення, комбінації).

Сукупність різнотипових елементів. n-буквені слова. Система подій за розміщенням елементів. Комбінації. Система подій векторів-комбінацій.

Послідовності. Події-вектори, що є послідовним сполученням окремих елементарних подій. Типи послідовностей: стохастична, Маркова, ергодична. Інформаційні характеристики сенсорної діяльності. Слуховий аналізатор. Верхня межа інформативних можливостей вуха людини. Вміти розрахувати швидкість отримання інформації в слуховому аналізаторі. Особливості сприйняття мозком слухової інформації. Зоровий аналізатор. Вміти розрахувати верхню межу інформативної здатності ока людини. Швидкість передавання інформації в зоровому каналі. Втрати інформації в сенсорних системах. Інформаційне уявлення про генетичний код та синтез білків.

Експоненційний закон зростання числа повідомлень залежно від їх довжини. Тривалість повідомлення та оцінка інформації в одиницях часу. Кількісне визначення генетичного коду, який відповідає білковому коду. Інформаційна характеристика структури білків. Розрахунок інформації необхідної для побудови індивідуального білка. Застосування функції ентропії в популяційній генетиці. Закономірності зміни кількості інформації залежно від розподілу варіантів популяції.

Теоретичне пояснення законів Вебера-Фехнера та Стівенса з точки зору кількісної теорії інформації.

Обмеженість застосування кількісної теорії інформації в біології. Обмеженість „технічних” можливостей застосування теорії інформації в біології. Проблеми дослідження інформаційних зв’язків у живих системах. Якісні підходи до інформаційних явищ в живій природі

Математичне моделювання біологічних систем. Реєстрація та кількісний опис біофізичних процесів. Дискретизація за часом і за рівнем. Описові статистичні методи в експериментальних дослідженнях біофізичних процесів. Класифікація процесів, їх стохастичні, стаціонарні, ергодичні моделі. Енергетичні параметри процесу. Дослідження часової структури біофізичних процесів. Дослідження ритміки в біофізичних процесах.

Вступ до математичного моделювання біосистем. Метод моделювання і його пізнавальне значення в біологічних дослідженнях. Експеримент (кількісні експериментальні дані) як основа моделювання біосистем. Адекватні засоби математичного опису біосистем. Комп'ютеризація математичного моделювання. Теоретична спрямованість моделювання.

Методологія синтезу математичних моделей біосистем. Загальне формулювання задачі моделювання. Математичне моделювання стаціонарних залежностей (функціональних зв'язків, впливів) між досліджуваними характеристиками біосистем. Регресійні моделі (лінійні та нелінійні). Багатофакторні впливи та множинна регресія. Методи лінеаризації нелінійних моделей. Перетворення Лайнуівера-Берка в моделюванні швидкості хімічних реакцій. Математичні методи для моделюваня динамічних процесів у біосистемах. Алгебраїчні та диференціальні рівняння (системи рівнянь) як засоби опису часової динаміки. Переваги останніх. Імовірнісно-статистичні методи представлення процесів на молекулярному рівні. Ієрархічна класифікація моделей (за складністю та відображальною здатністю). Приклади моделей різних типів (біохімічні, біофізичні, популяційні та ін.).

Комп'ютерне моделювання динаміки біосистем. Функціональні моделі біосистем. Елементарні кінетичні рівняння та їх розв'язування. Математичні моделі систем нульового та першого порядку. Рівняння Мальтуса, Ферхюльста-Перла. Числові методи комп'ютерної реалізації (розв'язку рівнянь) динамічних моделей. Моделювання часової динаміки концентрацій в хімічних реакціях нульового і першого порядку.

Математичні моделі другого порядку. Кінетика хімічних реакцій другого порядку. Можливі динамічні режими, які реалізуються в моделях (аперіодичні та коливні). Модель Лотка для автоколивного процесу Методи пониження порядку при моделюванні складних динамічних систем (на прикладі моделі Ходжкіна-Хакслі).

Особливості моделювання динаміки структуризованих біосистем. Структуризація описових,функцій в кінетиці реакцій ферментативного каталізу. Вивід та аналіз рівняння Міхаеліса-Ментен. Структурно-функціональні моделі. Виділення, опис і реалізація структурних підсистем. Математичний опис зв'язків між підсистемами (на прикладі популяційних моделей Вольтерра). Динаміка в моделях відкритих систем. Моделювання комплексу мембранозв'язаних процесів.

Системні теоретичні моделі. Принципи адекватного моделювання складних систем. Комплексне відображення фізико-хімічних та інформаційних процесів у біосистемах. Елементи теорії управління (регулювання). Типи управління в біосистемах. Моделі регуляторних систем зі зворотніми зв'язками. Стаціонарність в моделях відкритих систем. Математичні моделі гомеостазу. Ієрархізація в багаторівневих системних моделях.

Елементи аналізу математичних моделей. Концепції опису біосистем як об’єкту дослідження. Особливості експерименту in model. Елементи якісної теорії динамічних систем. Поняття фазового та параметричного портрету. Рівноважні стани, перехідні процеси, граничні цикли в динамічних системах. Аналіз типу рівноважних станів та характеру динамічних процесів в моделях біосистем. Тригерні моделі біосистем. Оцінка адекватності результатів моделювання складних систем.


Список літератури:

1. Антонов В.Ф. и др. Биофизика. М., 2000.
   
2. Варфоломеев С. Д., Гуревич Г.К, Биокинетика. М., 1999.
   
3. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. - М.: «Медицина», 1983.
   
4. Волькенштейн Н.В. Биофизика. - М.: «Наука», 1988.
   
5. Гамалея Н.Ф., Рудих З.М., Стадник В.Я. Лазеры в медицине Киев: Здоровье, 1988. – С. 15-94.
   
6. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции: Пер. с англ. – М: Мир, 1997. –624 с.
   
7. Губанов Н.И., Утенбергенов Н.А. Медицинская биофизика. - М.: «Наука», 1978.
   
8. Деркач М.П. Основи біофізики. - Вид-во Львівського ун-ту, 1967.
   
9. Компьютерная биометрия / Под ред. В.Н. Носова. – Москва.: Изд-во МГУ, 1990. – 232 С.
   
10. Костюк П.Г. та ін. Биофизика. - К.: «Вища школа», 1988.
    
11. Кудряшов Ю.Б. О биофизических механизмах лучевой патологии. – Москва. 1984. – С. 5-15.
    
12. Курський М.Д., Кучеренко С.М. Біомембранологія: Навч. посібник.– К.: Вища шк., 1993.–260с.
    
13. Литвин І.І., Конончук О.М., Дещинський Ю.Л. Інформатика: теоретичні основи і практикум. Підручник. – Львів: Новий світ-2000, 2004. – 304 с.
    
14. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М.: «Высшая школа», 1987.
    
15. Рубин А.Б. Биофизика 1,2 том. - М.: «Высшая школа», 2004.
    
16. Скулачев В.П. Биоэнергетика. Мембранные преобразователи енергии. – Москва.: Высшая школа, 1989.
    
17. Фізіологія людини і тварин / За ред. В.О. Цибенка. – К.: Вища шк., 2003. – С.342-397.
    
18. Костюк П.Г., та ін.. Біофізика. – К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2008. – 567 с.
    

Завідувач кафедри

біофізики та біоінформатики,

професор Санагурський Д.І.