для подготовки к экзамену по курсу

П Р О Г Р А М М А

для подготовки к экзамену по курсу

«Медицинская и биологическая физика»

3 курс, факультет экологической медицины

2011-2012 уч. год

1. Предмет и задачи биофизики. Место биофизики среди других естественнонаучных дисциплин. Единство принципов структуры и функционирования живых организмов – молекулярная логика живого.

2. Термодинамика биологических процессов. Классификация термодинамических систем. Первый и второй законы термодинамики в биологии. Отличие живых клеток от неживых термодинамических систем. Термодинамическая направленность биологических процессов. Энтропия открытых термодинамических систем. Уравнение Пригожина. Устойчивость стационарного состояния биосистем. Критерий устойчивости. Теорема Пригожина. Сравнительная характеристика стационарного состояния и термодинамического равновесия. Устойчивое и неустойчивое стационарное состояние, точки бифуркации. Пути аутостабилизации стационарного состояния. Принцип Ле-Шателье для открытых систем.

3. Биоэнергетика. Источники энергии для мембранных и внутриклеточных процессов. Трансмембранный электрохимический потенциал – унифицированная форма энергии в клетке. Принцип энергетического сопряжения. Законы биоэнергетики. Общая схема энергетических преобразований в клетке. Энергетика фотосинтеза. Уникальность фотосинтеза как физико-химического процесса. Основные этапы преобразования энергии при фотосинтезе, роль двух фотосистем в процессе фотосинтеза. Молекулярные механизмы сопряжения окисления и фосфорилирования, хемиосмотическая теория Митчела. АТФ - универсальный энергетический донор биохимических процессов, причина макроэргичности, другие макроэрги в клетке. Концепция промежуточного макроэрга.

4. Кинетика биологических процессов. Кинетическая классификация химических реакций. Типы реакций Особенности кинетики биологических процессов. Скорость реакции. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса, Физический смысл энергии активации. График Аррениуса для биологических процессов. Регулирование скоростей реакций в организме, принцип Хиншельвуда.

5. Электронные свойства биополимеров. Структура электронных энергетических уровней биомолекул. Электронные переходы в биомолекулах. Донорно-акцепторные свойства молекул: потенциал ионизации, электронное сродство. Возможность протекания окислительно-восстановительных реакций в биосистемах.

6. Квантовая биофизика и фотофизика биомолекул. Взаимодействие квантов света с биомолекулами. Условия поглощения света веществом. Хромофоры в биомолекулах. Закономерности поглощения света. Законы поглощения электромагнитного излучения веществом, оптическая плотность, спектр поглощения. Спектрофотометрия, её физические основы. Возбужденные состояния биомолекул. Схема Яблонского для сложных молекул. Пути дезактивации электронно возбужденного состояния. Флуоресценция и фосфоресценция. Законы флуоресценции. Флуоресцентные зонды, классификация и свойства. Флуоресцентый зонд 1,8-АНС, характеристика, спектральные свойства. Использование флуоресцентных зондов для исследования белков и биологических мембран. Применение метода спектрофлуориметрии для исследования биосистем.

7. Механизмы переноса энергии электронного возбуждения. Миграция энергии и электронов в биологических структурах. Индуктивно-резонансный механизм, правила Ферстера. Обменно-резонансный перенос. Миграция экситона. Механизмы миграции энергии в фотосинтетической системе.

8. Свободно радикальные процессы. Типы свободных радикалов, классификация. Природные и чужеродные свободные радикалы. Образование свободных радикалов в тканях в норме и при патологических процессах. Свободнорадикальное окисление в биологических мембранах. Характеристика процесса и его значение для клетки. Биологические последствия перекисного окисления липидов.

9. Биофизика фотобиологических процессов. Фотобиологические процессы. Классификация фотобиологических процессов. Физико-химические основы фотобиологических процессов. Общие закономерности фотобиологических процессов. Фотосинтез как фотобиологический процесс, участие пигментов в преобразовании энергии квантов. Зрение: строение зрительной клетки. Родопсин, фотопревращение родопсина. Фотодеструктивные процессы. Их общая характеристика. Фотосенсибилизация, её виды и механизмы. Фотодинамические процессы, применение в медицине. Спектр фотобиологического действия.

10. Молекулярная биофизика. Белки. Мономерные единицы белков, их свойства. Уровни структурной организации белков. Силы и взаимодействия, стабилизирующие белковую молекулу. Виды объемных взаимодействий в молекуле белка: водородные связи, физическая природа водородных связей; силы Ван-дер-Ваальса; электростатические взаимодействия; гидрофобные взаимодействия в биоструктурах. Роль слабых взаимодействий ближнего и дальнего порядка в самоорганизации белковой молекулы. Структурные и энергетические факторы, определяющие динамическую подвижность белков. Конформационные изменения в белке. Их значение для работы белка. Ферменты. Теории ферментативного катализа. Электронно-конформационные взаимодействия в фермент-субстратном комплексе, рекуперация энергии при ферментативном катализе. Роль конформационной лабильности молекулы фермента в процессе катализа.

11. Биофизика механохимических процессов. Биофизика мышечного сокращения. Механика и энергетика мышечного сокращения. Роль АТФ и Са²⁺. Преобразование энергии в механохимических системах. Термодинамические особенности механохимического процесса.

12. Биофизика мембранных процессов. Мембрана как универсальный компонент биологических систем. Плазматическая мембрана, её строение согласно жидкостно-мозаичной модели. Липиды плазматической мембраны. Их характеристика. Физические механизмы формирования бислоя липидов. Фазовые переходы липидов, температура фазового перехода. Молекулярная подвижность липидов: сегментарная, вращательная, латеральная, флип-флоп переходы. Модельные липидные системы: монослои, мицеллы, липосомы. Мембранные белки: классификация, структура, функции. Проблема биологической упорядоченности надмолекулярных структур.

13. Функции биомембран. Барьерная функция биомембран, биофизика процессов транспорта веществ через биомембраны. Термодинамическая характеристика процесса. Классификация транспорта веществ через мембраны. Пассивный транспорт неполярных веществ. Уравнение Фика. Движущая сила переноса ионов, электродиффузионное уравнение Нернста-Планка. Ионный транспорт через каналы. Типы каналов, основные свойства ионных каналов. Ионофоры, подвижные переносчики и каналообразующие агенты. Облегчённая диффузия. Характеристика процесса. Транспорт глюкозы в эритроцит. Молекулярные механизмы активного транспорта. Активный транспорт Na⁺, K⁺, Ca²⁺, механизмы функционирования Са²⁺-АТФ-азы и Na⁺,K⁺-АТФ-азы.

14. Электрические явления в мембранах. Ионные токи через возбудимую мембрану. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца. Изменение мембранного потенциала при возбуждении, потенциал действия. Роль Na⁺ и K⁺ в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах. Распространение потенциала действия по нервному волокну. Роль локальных токов в распространении потенциала действия.

15. Молекулярные механизмы рецепторных процессов. Общая характеристика процессов передачи информации в клетке: первичные мессенджеры, взаимодействие эффектор-рецептор, пути трансдукции рецепторного сигнала. Виды внутриклеточной сигнализации: аденилатциклазный и фосфоинозитидный пути трансдукции рецепторного сигнала. G-белки, участие в трансдукции рецепторного сигнала. Вторичные мессенджеры, характерные свойства вторичных мессенджеров.

---

Дата добавления: 2015-11-04