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

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. ТЕМА: Биологические мембраны. Структура и функции 57

24. ТЕМА: Транспорт веществ через липидный бислой, однобарьерная модель для независимых потоков ионов. Механизм формирования потенциала покоя 59

25. ТЕМА: Переносчики ионов и ионные каналы 61

26. ТЕМА: Формирование и распространение сигнала в биологических мембранах 64

27. ТЕМА: Распространение импульса 66

28. ТЕМА: Свободные радикалы и перекисное окисление липидов 67

29. ТЕМА: Хемилюминесценция 69

30. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Структура и свойства мембран. Мембранные процессы 71

31. ТЕМА: Основные фотобиологические явления. Кинетика фотоинактивации белков. Спектры действия фотоинактивации белков 73

32. ТЕМА: Механизмы повреждения белков, нуклеиновых кислот и липидов под действием ультрафиолета 75

33. ТЕМА: Фотосенсибилизированные процессы в биологических системах 77

34. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Механизмы фотобиологических процессов 78

35. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ 80

36. ТЕМА: Токсические и аллергические эффекты ультрафиолетового излучения 88

37. ТЕМА: Общие закономерности работы органов чувств 90

38. ТЕМА: Физические основы зрения 92

39. ТЕМА: Механические свойства тканей 94

40. ТЕМА: Структура сократительного аппарата 96

41. ТЕМА: Модели мышечного сокращения. Справедливость моделей мышечного сокращения при стационарных и нестационарных режимах нагрузки 97

42. ТЕМА: Продольная и тангенциальная деформация стенок сосудов 99

43. ТЕМА: Реологические свойства крови 101

44. ТЕМА: Пульсовая волна. Кинетика кровотока 102

45. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Механические свойства тканей и сосудов. Гемодинамика 103

46. ТЕМА: Задачи электрографии. Физические основы электрокардиографии 105

47. ТЕМА: Колебательные процессы в природе. Автоволновые процессы в активных средах 106

48. ТЕМА: Физические основы электроэнцефалографии 108

49. ТЕМА: Электрокинетические процессы. Исследование подвижности эритроцитов 109

50. ТЕМА: Электрокинетически процессы. Формирование потенциала на поверхности биомакромолекул и клеток 110

51. ТЕМА: Биофизика процессов гормональной рецепции. Взаимодействие лигандов с рецепторами 112

52. ТЕМА: Дифузионный механизм передачи сигнала 113

53. ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Электрокинетические процессы. Гормональная рецепция 114

54. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ 117

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.

Часть1.

5 Семестр.

19 Занятий по 2 академических часа. Заключительные практические занятия: 7, 13, 19 занятие № 1

ТЕМА: Введение в биофизику. Моделирование процессов

Цель: Повторить материал по физике, химии и математике, необходимые для изучения биофизики. Получить представление о методологии и основных методах и разделах биофизики

Вопросы для аудиторной работы:

1. Биофизика как наука и как учебная дисциплина.

2. История развития биофизики и место биофизики в системе биологических наук.

3. Основные разделы биофизики.

4. Методы, используемые в биофизике.

5. Моделирование как один из основных методов биофизики.

6. Основные этапы моделирования.

7. Классификация моделей, требования к ним.

Последовательный процесс поиска модели

4

		Проверка согласия между моделью и данными (верификация модели)
6		3		5
Планирование эксперимента по уточнению модели		Обработка экспериментальных данных. Поиск оценок параметров (идентификация)		Планирование эксперимента по уточнению параметров
		2
		Выбор базовой модели. Качественное исследование
		1
		Эксперимент

Вопросы для рассмотрения на занятии:

8. Биофизика как наука и как учебная дисциплина.

9. История развития биофизики и место биофизики в системе биологических наук.

10. Основные разделы биофизики.

11. Методы, используемые в биофизике.

12. Моделирование как один из основных методов биофизики.

13. Основные этапы моделирования.

Самостоятельная работа

Заполнить таблицу «Методы, применяемые для определения молекулярного веса и размеров макромолекул и частиц»

Метод	Принцип метода	Краткое описание	Оборудование	Примеры применения
1
2
3
4
5

Литература

• Антонов В.Ф. Биофизика. – М., 1999, стр. 3-7, 163-180 (Глава 8)

• Владимиров Ю.А. Биофизика. – М., 1983, стр. 3-7, 88-95

• Рубин А.Б. Биофизика. Т 1. – М., 2000, стр. 16-25

Дополнительная литература

• Рубин А.Б. Современные методы биофизических исследований. Практикум по биофизике. – М., 1988, стр. 283-307 (Глава 8)

• Рубин А.Б. Лекции по биофизике. Лекция 5. Математические модели в экологии

Рекомендуемая дополнительная литература для самостоятельной работы

• Скоупс Р. Методы очистки белков. – М., 1985, стр. 10-33, стр. 197-225

• Фрайфелдер Д. Физическая биохимия. – «Мир»: М., 1980.