Рабочей программы дисциплины «Общая биофизика, медицинская биофизика, биофизические основы функциональной диагностики»



Дата12.05.2016
Размер74.5 Kb.


Аннотация рабочей программы дисциплины

«Общая биофизика, медицинская биофизика, биофизические основы

функциональной диагностики»

по направлению подготовки «Медицинская биофизика»
Цель дисциплины: подготовить квалифицированного специалиста, умеющего выполнять профессиональную деятельность в научно-исследовательских учреждений, функционально-диагностических и клинических лабораторных диагностических центрах, лабораториях, отделах, отделениях лечебно-профилактических учреждений, знающего основные разделы общей и медицинской биофизики, основы функциональной диагностики, умеющего анализировать и исследовать биофизические процессы в норме и при патологических процессах организма человека, владеющего современными научными методами исследования и диагностики, умеющего разрабатывать новые методы диагностики и лечения.

Задачи дисциплины: приобретение студентами знаний по общей биофизике, включая те биофизические принципы, которые лежат в основе функционирования клеток, органов и тканей организма человека; обучение студентов важнейшим методам биофизического исследования; позволяющим проводить раннюю диагностику патологических состояний на молекулярно-клеточном уровне; обучение студентов навыкам работы на современном исследовательском и диагностическом биофизическим оборудованием; обучение студентов статистическим методам обработки результатов биофизических измерений; приобретение студентами научного кругозора; умения вести активный диалог по научным вопросам; умений представлять получаемые результаты в форме письменных (научная статья) и устных сообщений (доклады).

Место дисциплины в структуре ООП ВПО: дисциплина «Общая биофизика, медицинская биофизика, биофизические основы функциональной диагностики» относится к базовой части профессионального цикла дисциплин (С.3) ООП ВПО подготовки специалиста по направлению подготовки «Медицинская биофизика».

Содержание дисциплины: «Общая биофизика» .1. «Фотобиофизика». Предмет и методы биофизики. Курс посвящен биофизическим основам биологических процессов, протекающих под действием света или в ходе которых генерируется свет. Рассматриваются количественные закономерности поглощения света биологическими объектами и внутримолекулярные и межмолекулярные механизмы трансформации энергии поглощенных фотонов. Излагаются принципы оптических методов исследования, применяемых в биологии и медицине. Значительное внимание уделяется биофизическим механизмам биохемилюминесценции и биолюминесценции и применению хемилюминесцентных методов исследования в биологии и медицине. Дается анализ физических и физико-химических механизмов начальных стадий фотопревращений молекул-рецепторов, запускающих фотобиологические процессы, включая фототерапевтические. Раскрываются молекулярно-клеточные механизмы важнейших фотобиологических процессов у животных и человека: эритема и фотосинтез витамина D3 в коже, канцерогенез, зрение и др. 2. «Молекулярная биофизика». История развития. Вклад отечественных ученых в развитие молекулярной биофизики. «Международная белковая база данных». Работа с базой. Программы визуализации структуры белков. Принципы работы с программой RasTop. Сывороточный альбумин человека (САЧ) и его модификации при болезнях человека. Содержание САЧ в крови, основные функции этого белка. Основные физико-химические свойства САЧ. Методы исследования САЧ. Структура Функции САЧ. Конформационные перестройки САЧ, вызванные изменением температуры и рН раствора. Механизм токсичности медных комплексов сывороточного альбумина; роль тиоловой группы и жирных кислот. Принципы метода рентгеноструктурного анализа белков. Получение белковых кристаллов. Схема рентгеновского дифрактометра. Теория метода РСА. Миллеровы плоскости отражения рентгеновских лучей. Закон Брегга-Вульфа. Понятие обратной кристаллической решетки, векторная форма уравнения Брегга-Вульфа. Дифрация лучей на периодической системе атомов. Сфера отражений Эвальда. Ограничения Лауэ. Понятие об обратной кристаллической решетке. Структурный фактор. Проблема фаз и метод изоморфного замещения. Определение структурных факторов, вычисление электронной плотности. Создание пространственной модели белков. Свойства пептидной связи. Конформационная подвижность пептидов. Потенциальная энергия белковых макромолекул. Свойства пептидной связи. Структура воды и водородные связи. Внутри- и межмолекулярные силы и взаимодействия биомакромолекул: кулоновское взаимодействие, ион-дипольные взаимодействия, силы Вандервальса, водородные связи. Уникальные (аномальные) физические свойства воды и их роль в биологических процессах. Структура льда. Структура жидкой воды. Модели структуры жидкой воды. Структура воды в растворах. Гидрофобные взаимодействия. Ионные растворы. Кинетический и термодинамический подходы для описания сольватации ионов в растворах. Общая модель структуры воды в ионных растворах. Структура раствора неполярных молекул. Гидрофобное взаимодействие. Структура льда и жидкой воды, структура ионных растворов и растворов неполярных веществ. Первичная структура белков и их физические свойства. Ионизационное равновесие в белках, полярность белковых аминокислотных остатков. Вторичная структура белков. Роль водородных связей и гидрофобных взаимодействий. Распространенность вторичных структур в белках. Влияние электростатических и гидрофобных взаимодействий на вторичную структуру белковых молекул. Методы изучения вторичной структуры. Инфракрасная спектроскопия (ИКС) полипептидов и белков. Основные типы колебания атомов в молекулах. Характеристические частоты колебания атомов пептидной группы белков. Анализ вторичной структуры белка методом ИК спектроскопии. Метод изотопного замещения. ИК-дихроизм. Анализ вторичной структуры белков с помощью измерения их оптической активности. Физические основы методов дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма (ДОВ и КД). Экспериментальное исследование оптической активности полипептидов и белков: ДОВ и КД. Оценка степени спиральности белков методом ДОВ: метод Друде, метод Моффита. Метод КД. Оценка степени спиральности белков методом КД "изодихроичный метод". Моделирование структуры белков с использованием вычислительной техники. Термодинамическая модель самоорганизации белковой молекулы. Нелинейная неравновесная термодинамика И. Пригожина: теория диссипативных систем, теория бифуркаций. Феноменологическая бифуркационная модель самосборки белка. Физическая теория структурной организации белка. Количественная оценка энергии всех видов взаимодействий белка. Фрагментарный метод теоретического конформационного анализа пептидов и белков. Расчет трехмерной структуры бычьего панкреотическоготрипсинового ингибитора. Молекулярные механизмы ферментативного катализа. Проблемы кинетики и термодинамики ферментного катализа. Изучение связывания субстратов и ингибиторов ферментов методом РСА. Механизм работы гидролитических ферментов. Белковые комплексы, их структура и функция. Четвертичная структура белков. Анализ числа субъединиц и их взаимного расположения. Методы исследования подвижности субъединиц и взаимодействия между ними. Стабильность четвертичной структуры белков. Механизм работы белковых комплексов на примере транспортных АТФаз и мембранных рецепторов. Механизм переноса электронов в белковых система». Проблема переноса энергии и электронов в белках; несостоятельность полупроводниковой теории. Индуктовно-резонансный механизм переноса энергии электронного возбуждения. Диффузионный механизм переноса электрона между доменами белковых переносчиков. Туннельный механизм переноса электронов в белках. Анализ связывания лигандов с макромолекулами. Гетерогенность и кооперативность связывания. Роль гидрофобных взаимодействий в структуре белков в норме и патологии. Шапероны, их роль в формировании пространственной структуры белков и транспорте белков через мембраны. 3. «Биофизика клетки». История изучения и современные представления о строении биологических мембран. Функции мембран в клетке. Снижение размерности диффузии в мембранных структурах. Мембраны и возникновение жизни. Модели биологических мембран. Монослои. Бислойные липидные мембраны (БЛМ). Роль эффективной формы молекул фосфолипидов в формировании устойчивого липидного бислоя. Липосомы. Использование моделей биомембран в биологии и медицине. Динамическая структура мембран. Подвижность и конформация жирнокислотных цепей в мембранах. Кинки. Флип-флоп и вращательная диффузия фосфолипидов. Латеральная диффузия фосфолипидов и белков, её значение и регуляция в клетке. Фазовые переходы липидов в мембранах. Влияние состава фосфолипидов и холестерина на фазовые переходы. Необычные мембраны. Монослои липопротеидов. Мембраны архебактерий и сложных вирусов. Мембраны рогового слоя кожи. Изменения структуры мембран под действием высоких давлений. Явление переноса в физиологии клетки. Основные количественные характеристики переноса. Виды диффузии. Осмос. Первичный активный транспорт. Виды ионных насосов и их биологическая функция. Вторичный активный транспорт. Трансмембранная диффузия в отсутствие электрического поля. Особенности взаимодействия переносимого вещества с веществом мембраны. Дискретный подход. Первый закон Фика. Второй закон Фика. Роль примембранных слоев жидкости в переносе частиц через мембрану. Электродиффузия. Профиль электрического потенциала в мембране в приближении Гольдмана. Влияние мембранного потенциала на на профиль свободной энергии иона в мембране. Уравнение электродиффузии в толще мембраны. Электродиффузия через 3-х барьерную мембрану с пренебрежимо малыми потенциальными барьерами на границах. Вывод основного уравнения диффузии с использованием дискретного подхода. Вывод основного уравнения диффузии в сплошной среде. Решение основного уравнения электродиффузии в приближении постоянного электрического поля (уравнение Гольдмана для потока ионов). Соотношение Уссинга–Теорелла. Вольт–амперные характеристики мембраны. Связь между потоком ионов и электрическим током. Скорость перемещения ионов в электрическом поле. Основные физические постулаты теории дискретного движения ионов в каналах. Ионный поток в 3-х барьерном канале. Блокировка и насыщение тока в канале. Вольт-амперные характеристики 3-х барьерного канала. Эффективная форма молекул фосфолипидов и проницаемость мембран. Методы изучения функционирующих ионных каналов. Получаемая информация. Типы ионных каналов. Каналы и лекарства. Каналы в биотехнологиях. Равновесные мембранные потенциалы. Условия возникновения, вывод и анализ уравнения межфазного потенциала. Условия возникновения, вывод потенциала Нернста-Доннана. Границы применимости уравнения Нернста-Доннана. Почему расчетный потенциал отличается от измеряемого потенциала покоящейся клетки. Равновесие Гиббса_–Доннана. Вывод уравнения потенциала Доннана. Анализ уравнения Доннана. Стационарные потенциалы. Уравнение Гольдмана для мембранного потенциала. Эквивалентная электрическая схема мембраны. Уравнение Ходжкина-Горовица. Потенциал при работе электрогенной помпы. Модель электрогенного насоса с утечкой. Генерация нервного импульса. Условия возникновения и регистрации потенциала действия. Эквивалентная электрическая схема возбужденной мембраны. Ионные токи в возбудимой мембране при генерации потенциала действия. Количественная реконструкция потенциала действия. Ионная селективность каналов. Распространение электрического импульса по волокну. Вывод телеграфного уравнения с использованием эквивалентной электрической схемы мембраны. Постоянная длины волокна. Роль подпороговых электрических сигналов в механизме взаимодействия нервных клеток. II. «Медицинская биофизика»:. Теория повреждения клеток. История биоэнергетики. Функции митохондрий. Роль ионов Са2+ в работе митохондрий. Работа митохондрий при гипоксии. Классификация свободных радикалов. Активные формы кислорода. Оксид азота. Перекисное окисление липидов. Схема реакций ПОЛ и способы ее упрощения. Электрический пробой. Антиоксиданты. Митохондрии и апоптоз. АФК и апоптоз. Свободнорадикальные механизмы старения. Болезни, вызываемые свободными радикалами. Врожденные и приобретенные заболевания, возникающие при нарушении структуры и функции ионных каналов. Чужеродные каналы как способ жизнеобеспечения внутриклеточных патогенов. III. «Биофизические основы функциональной диагностики»: материал курса включает биофизические процессы и свойства, касающиеся органов и их систем, биофизическое обоснование методов функциональной диагностики. Излагаются биофизические клеточные механизмы генеза электрических биопотенциалов органов. Рассматриваются биофизические основы регистрации электрокардиограмм и электроэнцефалограмм и количественные показатели, получаемые на основе математического анализа электрограмм, функционального состояния сердца и головного мозга. Раскрываются особенности биомеханических явлений деформации тканей и течения жидкостей. Демонстрируется значение деформационных характеристик и показателей вязкости для анализа состояния тканей и органов: кровь, легкие, кожа, кровеносные сосуды, система хрусталика и цилиарной мышцы и др. Даются количественный анализ генерации и распространения пульса и гемодинамическое обоснование применения скорости распространения пульса для оценки состояния артериальных сосудов. Значительное внимание уделяется исследованию состояния центрального и регионального кровотока путем математического анализа кардиогенных изменений ряда показателей: сфигмограмма, импедансная реограмма, реактивное смещение тела и др. Излагаются биофизические законы теплопродукции и укорочения скелетной мышцы при разных силовых нагрузках, объясняется связь генерации звука мышцей с работой сократительного аппарата мышечных волокон.

Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 24 зачетные единицы.


Каталог: fileadmin -> rsmu -> img -> about rsmu -> departments -> uchebno metod upravlenie -> metod otdel -> annotacii -> mbiofizika
about rsmu -> Понятия: «объект» и«предмет» теории. (Что сегодня реально является объектом и предметом медицинской теории?)
annotacii -> Рабочей программы дисциплины «Психологическая профилактика зависимого поведения» по направлению подготовки «Клиническая психология»
mbiofizika -> Рабочей программы дисциплины «Психология, педагогика» по направлению подготовки «Медицинская биофизика»
annotacii -> Рабочей программы дисциплины «Психология личности» по направлению подготовки «Клиническая психология»
annotacii -> Рабочей программы дисциплины «История психология» по направлению подготовки «Клиническая психология»
annotacii -> Рабочей программы дисциплины «Социальная геронтология» по направлению подготовки «Социальная работа»
annotacii -> Рабочей программы дисциплины «Физиология» по направлению подготовки 06. 03. 01 Биология (бакалавриат) профиль «Биомедицина»


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©dogmon.org 2019
обратиться к администрации

    Главная страница