Курс общей биофизики
для студентов полевого отделения Биологического факультета МГУ

• Учебник А.Б. Рубина Биофизика

Лекции для студентов физиолого-биохимического отделения читает заведующий кафедрой биофизики Биологического факультета МГУ чл.-корр. РАН, профессор Андрей Борисович Рубин.

• Программа курса (Рубин А.Б.)
• Малый практикум

Лекции для студентов полевого отделения читают профессора кафедры биофизики Сергей Иосифович Погосян и Юрий Борисович Кудряшов.

Программа курса (Погосян С.И.)

• Первый и второй законы термодинамики в биологии. Характеристические функции и их использование в анализе биологических процессов. Расчеты энергетических эффектов реакций в биологических системах. 
• Изменение энтропии в открытых системах. Постулат Пригожина.
• Термодинамическое сопряжение реакций и тепловые эффекты в биологических системах.
• Обобщенные силы и потоки. Линейные соотношения и соотношения взаимности Онзагера. Термодинамика транспортных процессов.
• Стационарное состояние и условие минимума скорости прироста энтропии. Теорема Пригожина.
• Связь энтропии и информации в биологических системах. 
• Условия стабильности конфигурации макромолекул. Переходы глобула-клубок. Кооперативные свойства макромолекул. 
• Типы объемных взаимодействий в макромолекулах. Физические характеристики объемных взаимодействий. 
• Водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса, электростатические взаимодействия, поворотная изомерия и энергия внутреннего вращения. 
• Состояние воды и гидрофобные взаимодействия в биоструктурах. Динамическая структура и конформационная подвижность белков. 
• Конформационная подвижность биополимеров. Иерархия амплитуд и времен релаксации конформационных движений. 
• Электронные уровни молекул. Взаимодействие фотонов с биологически важными молекулами. Абсорбционная спектроскопия биологических объектов. 
• Возбужденные состояния молекул. Схема Яблонского. Законы люминесценции. 
• Принцип Франка-Кондона. Люминесценция биологически важных молекул. 
• Миграция энергии. Доказательства миграционной передачи энергии. Примеры миграции энергии в биологических системах. 
• Возбужденные состояния и трансформация энергии в биоструктурах. Перенос электрона в биоструктурах. Туннельный эффект. 
• Электронно-конформационные взаимодействия и релаксационные процессы в биоструктурах. 
• Механизмы ферментативного катализа. Электронно-конформационные взаимодействия в фермент-субстратном комплексе. 
• Принцип работы и применение методов ЭПР и ЯМР в исследованиях динамики макромолекул. 
• Кинетика ферментативных процессов. Влияние температуры на скорость ферментативных реакций. 
• Условия реализации стационарности в ферментативном катализе. Уравнение Михаэлиса-Ментен. 
• Влияние модификаторов на кинетику ферментативных реакций. 
• Структурная организация мембран. Характеристики мембранных белков и липидов. 
• Динамика структурных элементов мембраны. Белок-липидные взаимодействия. Вода как элемент биомембраны. 
• Модельные мембранные системы. Полиморфизм липидов. Бислойные липидные мембраны и липосомы. 
• Физико-химические механизмы стабилизации мембран. Фазовые переходы в мембранных системах. Подвижность мембранных белков. 
• Влияние внешних экологических факторов на структурно-функциональную организацию биомембран. 
• Пассивный и активный транспорт веществ через мембрану. Проницаемость мембраны для воды. 
• Облегченная диффузия. Транспорт сахаров и аминокислот через мембрану с участием переносчиков. 
• Ионный транспорт ( ионный канал, типы каналов, структура потенциалозависимого канала, семейство К- каналов);
• Ионный транспорт ( ионный обмен (Na,Ca-обмен, Na,H-обмен, Na,K, Cl-котранспорт; АТФазы)
• Возбудимость и потенциал действия, ПД (фазы ПД( локальный потенциал, Спайк, следовая деполяризация и гиперполяризация), серии ПД);
• Мембранная теория проведения ПД (теплопродукция, парарезонанс, спеторассеяние, вязкость)
• Основные положения теории Митчела. Электрохимический градиент протонов. Сопрягающие комплексы и их локализация в мембране. 
• Формы активированного кислорода в биологических системах. 
• Механизмы генерации форм активированного кислорода в клетке. 
• Свободные радикалы в процессах перекисного окисления липидов. 
• Возможность образования синглетного кислорода в клетках. 
• Образование свободных радикалов в клетках при действии неблагоприятных факторов среды. 
• Механизмы защиты от форм активированного кислорода в клетке. Ферментные системы, антиоксиданты и каротиноиды. 
• Основные стадии фотобиологических процессов. Механизмы фотохимических и фотобиологических реакций 
• Молекулярные механизмы повреждающего действия экологического УФ-излучения. Фотозащита и фотореактивация. 
• Повреждающее и регуляторное действие света видимого диапазона. Сенсибилизаторы. Фотодинамическое действие. 
• Первичные процессы фотосинтеза. Структурная организация и функционирование фотосинтетических мембран. 
• Роль миграции энергии, туннельного механизма переноса электрона и электронно-конформационных взаимодействий в процессах фотосинтеза. 
• Механизмы регуляции процессов фотосинтеза при облучении организма светом различной интенсивности и спектрального состава. 
• Оптические свойства листьев высших растений и спектральные методы оценки состояния фотосинтетического аппарата in situ. 
• Люминесцентные методы биоиндикации экологического состояния среды. 
• Виды ионизирующих излучений. Общая физическая характеристика. Граница между ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучением.
• Дозы ионизирующих излучений (экспозиционная, поглощенная, эквивалентная, эффективная) и их единицы. Мощность дозы.
• Основные радиационные факторы, определяющие радиобиологические эффекты: внешнее и внутреннее облучение, вид ионизирующего излучения, доза облучения (основные характеристики дозовой кривой гибели), пространственное распределение дозы облучения в организме, временнoе распределение дозы облучения.
• Основные биологические факторы, определяющие радиобиологические эффекты: вид живого организма, возраст (стадия развития), пол. Понятие радиочувствительности.
• Дозовая зависимость продолжительности жизни млекопитающих при действии ионизирующего излучения. Синдромы острого лучевого поражения. Понятие критических органов и тканей.
• Лучевая болезнь человека. Определение острой и хронической лучевой болезни. Периоды и фазы острой лучевой болезни. Классификация острой лучевой болезни. Стохастические и детерминированные, генетические и соматические эффекты облучения, примеры.
• Дозовые кривые выживаемости облученных клеток (основные характеристики). Теория мишени (принцип попадания и принцип мишени).
• Прямое и непрямое действие ионизирующих излучений. Радиолиз воды. Эффект Дейла. Радиационно-индуцированные окислительные процессы в липидах.
• Кислородный эффект в радиобиологии и его механизмы.
• Противолучевые химические средства. Классификация. Механизмы действия. Показатели эффективности. Фактор изменения дозы. Примеры. Понятие идеального радиопротектора.

Презентации лекций:

• Лекция 1. Спектрометрия и электронные уровни молекул
• Лекция 2. Спектрометрия и электронные уровни молекул
• Лекция 3. Люминесценция и люминесцентные методы
• Лекция 4. Свободные радикалы, активные формы кислорода. Методы радиоспектрометрии: ЭПР и ЯМР
• Лекция 5. Методы радиоспектроскопии: ЭПР и ЯМР. Термодинамика биологических систем
• Лекция 6. Термодинамика биологических систем. Физические принципы построения биологических молекул
• Лекция 7. Строение белков и ферментативный катализ
• Лекция 8. Биологические мембраны
• Лекции 9-10. Биофизика возбудимой клетки (Г.В.Максимов)
• Лекции 10-11. Биофизика возбудимой клетки (Г.В.Максимов)
• Лекция 12. Фотобиологические процессы
• Лекция 13. Фотосинтез

Рекомендуемая литература:

• А.Б.Рубин «Лекции по биофизике» М. МГУ, 1998.
• А.В.Финкельштейн, О.Б.Птицин «Физика белка», М., Книжный дом «Университет», 2005 г.
• Ю.А.Владимиров, А.Я.Потапенко «Физико-химические основы фотобиологических процессов», М., «Дрофа», 2006 г.
• Р.Генис «Биомембраны: молекулярная структура и функции», М, Мир, 1997 г.
• Соросовский образовательный журнал (ссылки на рекомендованные статьи будут даны на лекциях).
• «Большая наука» на ОТР: С.И.Погосян Фотосинтез (с 21-ой минуты) [загрузить AVI]