ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теоретической и клинической биохимии

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе ВолГМУ,

профессор В.Б. Мандриков

«_______»____________2007 г.

ПРАКТИЧЕСКИЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ПО ОБЩЕЙ И МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКЕ

Пособие для аудиторной и внеаудиторной работы студентов медико-биологического факультета в пятом шестом и седьмом семестрах обучения

Волгоград 2007

Практические и лабораторные работы по общей и медицинской биофизике. В трех частях / Под редакцией О.В. Островского– Волгоград, 2007.– 117 с.

Составители: В.Е.Веровский, В.Г. Зайцев, А.В. Коваленко, О.А.Арестова

Технический редактор: А.В.Коваленко

Компьютерная верстка: А.В.Коваленко

Рецензенты:

Зав.кафедрой нормальной физиологии ВолГМУ, д.м.н. С.В.Клаучек

Главный научный сотрудник НИИ ГТП, д.м.н. М.М.Лобанов

В настоящем пособии изложены вопросы для подготовки к занятиям по общей и медицинской биофизике для студентов медико-биологического факультетов Волгоградского государственного медицинского университета. В пособии также приведены прописи практических работ и заданий для самостоятельной работы студентов по всем изучаемым темам 5-го – 7-го семестров курса общей и медицинской биофизики в Волгоградском государственном медицинском университете. Пособие предназначено для студентов 3-4 курсов медико-биологического факультета ВолГМУ и преподавателей кафедры теоретической и клинической биохимииВолГМУ.

Пособие рассмотрено и одобрено на заседании

кафедры теоретической и клинической биохимии

«______»__________2007 г.

Зав. кафедрой, профессор О.В. Островский

Одобрено Советом (методической комиссией) медико-биологического факультета

«___» _______________ 2007 г.

Декан медико-биологического факультета,

д.м.н., профессор М.Ю.Капитонова

ОГЛАВЛЕНИЕ

Часть1. (5 семестр. 19 занятий по 2 академических часа. Итоговые занятия: 7, 13, 19)

1. ТЕМА: Введение в биофизику. Моделирование процессов 9

2. ТЕМА: Пространственная организация биополимеров. Классификация структур биополимеров 11

3. ТЕМА: Пространственная структура белков и определяющие ее силы 13

4. ТЕМА: Пространственная организация белков. Сворачиваемость белков 15

5. ТЕМА: Ферментативный катализ. Взаимодействие биомакромолекул с лигандами. Фермент-субстратные взаимодействия 17

6. ТЕМА: Ферментативный катализ. Аллостерические эффекты. Кооперативность 19

7. Итоговое занятие: Структура и свойства биомакромолекул 21

8. ТЕМА: Спектральные методы исследования макромолекул. Абсорбционная спектрофотометрия 23

9. ТЕМА: Спектральные методы исследования макромолекул. Флуоресцентные методы 24

10. ТЕМА: Перенос электрона и миграция энергии в биосистемах 26

11. ТЕМА: Метод электронного парамагнитного резонанса в исследованиях свойств биосистем 27

12. ТЕМА: Метод ядерного магнитного резонанса в исследованиях свойств биосистем 29

13. ТЕМА: Итоговое занятие: Физические методы исследования биомакромолекул 32

14. ТЕМА: Динамические модели биологических процессов 37

15. ТЕМА: Процессы самоорганизации в распределенных биологических системах. 39

16. ТЕМА: Термодинамика биологических процессов. 40

17. Итоговое занятие: биофизика сложных систем. 42

18. ТЕМА: Определение молекулярного веса белков методом гель-фильтрации 46

19. ТЕМА: Определение количества и состояния заряженных групп белков методом потенциометрического титрования 49

20. ТЕМА: Равновесное связывание лигандов с биомакромолекулами 51

21. ТЕМА: Определение концентрации веществ в многокомпонентной смеси с использованием спектрофотометрии 53

22. ТЕМА: Исследование оптической активности биомолекул. Определение концентрации углеводов с использованием поляриметрии 55

23. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Использование физических и физико-химических методов в биохимических исследованиях 57

24. ТЕМА: Биологические мембраны. Структура и функции 59

25. ТЕМА: Транспорт веществ через липидный бислой, однобарьерная модель для независимых потоков ионов. Механизм формирования потенциала покоя 61

26. ТЕМА: Переносчики ионов и ионные каналы 63

27. ТЕМА: Формирование и распространение сигнала в биологических мембранах 66

28. ТЕМА: Свободные радикалы и перекисное окисление липидов 68

29. ТЕМА: Хемилюминесценция 70

30. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Структура и свойства мембран. Мембранные процессы 72

31. ТЕМА: Основные фотобиологические явления. Кинетика фотоинактивации белков. Спектры действия фотоинактивации белков 74

32. ТЕМА: Механизмы повреждения белков, нуклеиновых кислот и липидов под действием ультрафиолета 76

33. ТЕМА: Фотосенсибилизированные процессы в биологических системах 78

34. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Механизмы фотобиологических процессов 79

35. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ 81

36. ТЕМА: Биологические эффекты ультрафиолетового излучения 89

37. ТЕМА: Элементы биофизики органов чувств 92

38. ТЕМА: Биофизические основы зрения 94

39. ТЕМА: Механические свойства тканей 96

40. ТЕМА: Модели мышечного сокращения. Работа мышечного аппарата при стационарных нагрузках. Биохимические стадии сокращения, соответсвующие механическим стадиям рабочего цикла мостика 98

41. ТЕМА: Модели мышечного сокращения. Справедливость моделей мышечного сокращения при стационарных и нестационарных режимах нагрузки 100

42. ТЕМА: Механические свойства сосудов 102

43. ТЕМА: Реологические свойства крови 104

44. ТЕМА: Кинетика кровотока 105

45. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Механические свойства тканей и сосудов. Гемодинамика 106

46. ТЕМА: Внешние электрические поля тканей и органов. Физические основы электрокардиографии 108

47. ТЕМА: Автоволновые процессы в активных средах 109

48. ТЕМА: Биофизические основы электроэнцефалографии 111

49. ТЕМА: Физические процессы в тканях при воздействии током и электромагнитными полями 112

50. ТЕМА: Биофизика процессов гормональной рецепции. Взаимодействие лигандов с рецепторами 114

51. ТЕМА: Биофизика процессов гормональной рецепции. Механизмы преобразования сигналов 115

52. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Электрокинетические процессы. Гормональная рецепция 116

53. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ 119

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель настоящего пособия – обеспечение единства учебного процесса при изучении

Пособие составлено в соответствии с государственным стандартом, утвержденным примерным планом дисциплины и рабочей программой по биофизике, утвержденной в 2005 г.

Целью преподавания Общей и медицинской биофизики на медико-биологическом факультете является подготовка специалистов, владеющих теоретическими и практическими знаниями основных разделов биофизики в соответствии с их квалификационной характеристикой, и дающих возможность выпускнику медико-биологического факультета по специальности 60112 – Медицинская биохимия вести самостоятельную научную работу в области биохимии

Биофизика изучается студентами третьего и четвертого курсов медико–биологического факультета (V – VII семестры) после получения исходных базовых знаний по химии, математике, физике, биологии, морфологии, физиологии, а также философии.

Биофизика является интегративной фундаментальной наукой в системе медико – биологического образования, изучающая физические свойства биологических объектов, лежащие в основе функционирования живых организмов, с использованием методов теоретической и экспериментальной физики, трансформированными с учетом особенностей биологических объектов.

Биофизика – центральная профилирующая дисциплина, синтезирующая совокупность ранее полученных знаний, которая вместе с другими дисциплинами медико – биологического (общая патология, микробиология, вирусология, иммунология, биохимия, фармакология, медицинская генетика), клинического (хирургия, терапия, неврология, педиатрия) и прикладного профиля (вычислительная техника, медицинская электроника) открывает возможность для самостоятельной работы в области исследования природы и механизмов развития патологических процессов, для совершенствования существующих и разработки новых методов диагностики, а также современных медицинских технологий.