Робоча навчальна програма предмет: Біофізика Спеціальність: 070400 бакалавр витяг з навчального плану №

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ІВАНА ФРАНКА

Біологічний факультет

Кафедра біофізики та біоінформатики

“ЗАТВЕРДЖУЮ”

Декан ……………………..

“____” _____________ 2009 р.

РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

Предмет: Біофізика

Спеціальність: 6.070400 – бакалавр

ВИТЯГ З НАВЧАЛЬНОГО ПЛАНУ

№ семестру	К-сть ауд. год.	В тому числі .			Конс.	К-сть год. СР	Заліки	Іспити
		Л	П,С	Л.Р
7	180	36	–	144	12	–	–	15

РОЗГЛЯНУТО РЕКОМЕНДОВАНО

на засіданні кафедри методичною радою

біофізики та біоінформатики біологічного факультету

“____” ___________ 2009 р. “____” ___________ 2009 р.

Завідувач кафедри Голова методичної ради

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

1. ОПИС ПРЕДМЕТУ КУРСУ:

Курс: підготовка спеціалістів)	Напрям, спеціальність, освітньо-кваліфікаційний рівень	Характеристика навчального курсу
Кількість кредитів, відповідних ECTS: 1 Модулів: 2 Змістових модулів: 2 Загальна кількість годин: 70 Тижневих годин:	704 - Біологія 6.070400 – бакалавр	Рік підготовки: 3 Семестр: 5, 6 Лекції (теоретична підготовка): 70 год Лабораторні роботи: 180 Самостійна робота: 10 год Індивідуальна робота: 2 год. Вид контролю: іспит

Метою курсу є формування у студентів біофізичного мислення, здатності кількісного опису складних біологічних явищ на основі точних експериментів. Особлива увага звернена на застосування точних і чутливих біофізичних методів досліджень, на вміння оцінити біофізичні параметри і вірно використати їх для побудови фізичних і математичних моделей біологічних об'єктів.

Завдання: вивчення молекулярних основ структури та функціонування субклітинних утворів, виявлення загальних законів обміну речовин і енергії на рівні клітини, вивчення шляхів та механізмів трансформації різних видів енергії в живих системах. Особлива увага приділяється термодинамічному аналізу складних систем з використанням законів класичної термодинаміки і термодинаміки нерівноважних процесів, кінетичному аналізу складних систем, вивченню механізмів генерації електричної провідності та збудливості клітинних мембран та м'язевих волокон.

Форми навчання: лекції, лабораторні роботи, самостійна робота.

Форма контролю: модульний контроль, іспит.

2. Література

Костюк П.Г. та ін. Биофизика. - К.: «Вища школа», 2008.
Костюк П.Г. та ін. Биофизика. - К.: «Вища школа», 1988.
Рубин А.Б. Биофизика 1,2 том. - М.: «Вьісшая школа», 2004.
Волькенштейн Н.В. Биофизика. - М.: «Наука», 1988.
Губанов Н.И., Утенбергенов Н.А. Медицинская биофизика. - М.: «Наука», 1978.
Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. - М.: «Медицина», 1983.
Деркач М.П. Основи біофізики. - Вид-во Львівського ун-ту, 1967.
Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М.: «Вьісшая школа», 1987.

Анотація

Курс "Біофізика" читається для студентів IІІ-го курсу біологічного факультету.

Метою курсу є формування у студентів біофізичного мислення, здатності кількісного опису складних біологічних явищ на основі точних експериментів. Особлива увага звернена на застосування точних і чутливих біофізичних методів досліджень, на вміння оцінити біофізичні параметри і вірно використати їх для побудови фізичних і математичних моделей біологічних об'єктів.

Даний курс біофізики включає вивчення молекулярних основ структури та функціонування субклітинних утворів, виявлення загальних законів обміну речовин і енергії на рівні клітини, вивчення шляхів та механізмів трансформації різних видів енергії в живих системах. Особлива увага приділяється термодинамічному аналізу складних систем з використанням законів класичної термодинаміки і термодинаміки нерівноважних процесів, кінетичному аналізу складних систем, вивченню механізмів генерації електричної провідності та збудливості клітинних мембран та м’язових волокон.

Крім лекцій даний курс "Біофізики" включає лабораторний практикум, спрямований на одержання студентами практичних знань та навичок роботи з біофізичним обладнанням, вміння студентів розв'язувати задачі з "Термодинаміки", "Молекулярні* біофізики" та інших розділів.

Курс "Біофізики" тісно пов'язаний із вивченням курсів "Біохімія", "Молекулярна біологія", "Генетика", "Фізіологія людини і тварин" і "Фізіологія рослин".

3. ЗМІСТ ПРОГРАМИ

Біофізика як наука, визначення біофізики, предмет і завдання біофізики. Історія біофізики: біофізичні дослідження в XVII-XVIII ст., розвиток досліджень в біофізику у ХІХ-ХХ ст. 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.

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.

Біофізика клітини. Мембрани клітини. Молекулярна організація клітинних мембран. Динаміка ліпідів у мембрані. Мембранні білки. Рідинно-мозаїчна структура мембран. Метод заморожування-сколювання. Білкова асиметрія мембран.

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.

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. Структура мітохондрій. Перенос електронів в мембранах мітохондрій. Окисно-відновні потенціали. Теорія взаємозв'язку окислення і фосфорилювання. Біолюмінесценція і біохемілюмінесценція.

Фотобіологічні процеси. 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.

Перспективи біофізичних досліджень.

Лабораторні роботи

1. Розв'язування задач з «Термодинаміки».

2. Розв'язування задач з «Термодинаміки».

3. Визначення константи швидкості гідролізу білка ферментом трипсином.

4. Визначення швидкості трипсинового гідролізу в залежності від концентрації ферменту.

5. Визначення температурного коефіцієнта та енергії активації скорочень серця жаби.

6. Розв'язування задач з «Молекулярної біофізики».

7. Визначення спектрів поглинання хлорофілів.

8. Визначення відносної та питомої в'язкості гліцерину та розчину сахарози.

9. Електрофоретична швидкість і ξ-потенціал дріжджових клітин.

10. Визначення активності іонів калію та натрію іонселективними електродами.

11. Електрокардіографія.

12. Вимірювання спектрів поглинання амінокислот і білків.

13. Вимірювання спектрів поглинання ДНК і визначення гіперхромного ефекту ДНК.

14. Розрахунок квантового виходу флуоресценції розчину триптофану.

15. Розрахунок лінійного та масового коефіцієнтів поглинання рентгенівських променів алюмінієвою фольгою.

16. Розв'язування задач з «Електробіофізиіси».

17. Математичне моделювання іонної провідності мембран.

Рейтингова система оцінювання

Змістовий модуль 1 (25 балів):

Розподіл балів за формами оцінювання:

тести з теоретично (80 %) і практично (20%) орієнтованими завданнями до 25 балів;

Змістовий модуль 2 (25 балів):

Розподіл балів за формами оцінювання:

тести з теоретично (80 %) і практично (20%) орієнтованими завданнями до 25 балів.

Шкала оцінювання:

Оцінка в балах	ЕСTS*	Визначення	Національна шкала	Залік
90-100	А	ВІДМІННО	Відмінно	Зараховано
81-89	В	ДУЖЕ ДОБРЕ	Добре
71--80	С	ДОБРЕ	Добре
61-70	D	ЗАДОВІЛЬНО	Задовільно
51-60	Е	ДОСТАТНЬО	Задовільно
25-50	FX	НЕЗАДОВІЛЬНО	З можливістю повторного складання
0-24	F	НЕЗАДОВІЛЬНО	з обов’язковим повторним курсом