Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова
Биологический факультет
Кафедра биофизики

119991, Москва, ГСП-2, Ленинские горы. Телефон (495) 939-1116, факс 939-1115.
!Поздравляем старшего научного сотрудника кафедры биофизики Надежду Александровну Браже с победой в конкурсе «For Women in Science» и премией ЮНЕСКО за 2015 год!

Курс общей биофизики
для студентов Биологического факультета МГУ

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

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


Программа-минимум для сдачи экзамена по курсу «Общая биофизика»

Программа-минимум – это перечень понятий, которые необходимы для получения на экзамене по биофизике оценки «удовлетворительно». В вопросах билетов эти темы есть (но могут быть не сформулированы в явном виде).

При ответе на билет соответствующие вопросы/темы из программы-минимума должны обязательно прозвучать. Если студент ответил (правильно ответил!) только на вопросы из программы-минимума, то ставится оценка «удовлетворительно». Для получения «хорошо» требуется более полное раскрытие темы, а для «отлично» – еще и умение связывать разные разделы биофизики и др. предметов между собой, выявлять механизмы явлений, уметь приводить примеры, анализировать примеры, предложенные экзаменатором.

Преподаватель имеет право при приеме экзамена задавать любые дополнительные вопросы из всего списка тем по биофизике и задать любое количество вопросов из программы-минимума.

На экзамене пользоваться конспектами/литературой нельзя.

Кинетика биологических процессов

Термодинамика биологических процессов

Молекулярная биофизика

Структура и функционирование биологических мембран

Проницаемость биологической мембраны

Потенциал действия и возбудимость

Биофизика фотосинтеза

Фоторегуляторные и фотодеструктивные процессы

Радиационная биофизика


Экзаменационные билеты
(весенняя сессия, май 2014)

Билет № 1

  1. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Методы определения Км и Vmax. Конкурентное и неконкурентное ингибирование. 
  2. Прямое и непрямое действие ионизирующих излучений. Радиолиз воды. Антиокислительные системы, участвующие в регуляции активных форм кислорода. 
  3. Применение  методов адсорбционной спектроскопии для исследования биологических объектов в ультрафиолетовой и видимой области.

Билет № 2

  1. Поверхностный заряд мембраны. Двойной электрический слой; происхождение электрокинетического потенциала. Влияние рН и ионного состава среды на поверхностный потенциал.  
  2. Свободно радикальные состояния в биологических системах. Активные формы кислорода. 
  3. Флуоресцентные методы исследования фотосинтетических процессов.

Билет № 3

  1. Пассивный транспорт; движущие силы переноса ионов. Электродиффузионное уравнение Нернста-Планка. Уравнения постоянного поля для потенциала и ионного тока. Проницаемость и проводимость. Соотношение односторонних потоков (соотношение Уссинга).  
  2. Принцип Франка-Кондона. Флуоресценция.  Квантовый выход и время жизни возбужденного состояния. 
  3. ЭПР-спектроскопия в исследовании биологических мембран.

Билет № 4

  1. Линейные и нелинейные уравнения в математических моделях биологических процессов.
  2. Разделение зарядов и перенос электрона в первичных стадиях процессах фотосинтеза. Роль электронно-конформационных взаимодействий. 
  3. Исследование состояния фотосинтетической электрон-транспортной цепи методом длительного послесвечения хлорофилла.

Билет № 5

  1. Фотосенсибилизаторы. Фотодинамическое действие. 
  2. Первый и второй законы термодинамики в биологии. Характеристические функции и их использование в анализе биологических процессов. Расчеты энергетических эффектов реакций в биологических системах. 
  3. Методы исследования электрических свойств бислойных липидных мембран и липосом.

Билет № 6

  1. Структурная организация биологической мембраны. Характеристика мембранных белков и липидов.  Фазовый переход. Латеральная подвижность и флип-флоп переходы. 
  2. Виды ионизирующих излучений. Общая физическая характеристика. Граница между ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучением. 
  3. Метод ЭПР в исследовании внутримолекулярной подвижности.

Билет № 7

  1. Типы объемных взаимодействий. Критерии устойчивости макромолекул. 
  2. Транспорт электролитов. Электрохимический потенциал. Ионное равновесие на границе мембрана-раствор. Профили потенциала и концентрации ионов в двойном электрическом слое. 
  3. ЯМР-спектроскопия в исследовании внутримолекулярной подвижности.

Билет № 8

  1. Ионные каналы; теория однорядного транспорта. Ионофоры: переносчики и каналообразующие агенты. Ионная селективность мембран. 
  2. Основные положения теории Митчела; электрохимический градиент протонов; энергизированное состояние мембран; мембранный потенциал митохондрий, хлоропластов и хроматофоров бактерий; роль Н+-АТФазы. 
  3. Люминесцентные методы в исследовании внутримолекулярной подвижности.

Билет № 9

  1. Временная иерархия и принцип “узкого места” в биологических системах. Примеры. Управляющие параметры. Быстрые и медленные переменные. 
  2. Основные радиационные факторы, определяющие радиобиологические эффекты 
  3. Применение  методов адсорбционной спектроскопии для исследования биологических объектов в ультрафиолетовой и видимой области.

Билет № 10

  1. Модели распределенных систем в биологии (уравнение диффузии). 
  2. Дозы ионизирующих излучений (экспозиционная, поглощенная, эквивалентная, эффективная) и их единицы. Мощность дозы.
  3. Метод регистрации токов  ионных каналов  («пэтч-кламп» метод).

Билет № 11

  1. Транспорт неэлектролитов. Простая  и ограниченная диффузия. Законы Фика. Связь проницаемости мембран с растворимостью проникающих веществ в липидах. Облегченная диффузия. 
  2. Биологические триггеры. Силовое и параметрическое переключение триггера. Гистерезисные явления. Примеры. 
  3. ЭПР-спектроскопия в исследовании биологических мембран.

Билет № 12

  1. Потенциал действия. Роль ионов Na, Са и K в генерации потенциала действия в нервных и мышечных клетках; роль ионов Ca и Cl в генерации потенциала действия в клетках водоросли. Кинетика изменений потоков ионов при потенциале действия. Описание ионных потоков в модели Ходжкина-Хаксли. 
  2. Механизмы переноса электрона при фотосинтезе. Зависимость от температуры. 
  3. Метод хемолюминесценции в исследовании генерации активных форм кислорода и перекисного окисления липидов.

Билет № 13

  1. Ионные токи в модели Ходжкина-Хаксли. Воротные токи. 
  2. Основные биологические факторы, определяющие радиобиологические эффекты. Понятие радиочувствительности. 
  3. Метод флуоресцентных зондов в исследованиях состояния клеточных мембран и молекул. Примеры.

Билет № 14

  1. Структурная организация и функционирование фотосинтетических мембран. Фотосинтетическая единица. 
  2. Временные характеристики динамической подвижности белков. 
  3. Люминесцентные методы в исследовании внутримолекулярной подвижности.

Билет  № 15 

  1. Основные фазы потенциала действия (локальный ответ, ПД, следовые потенциалы). Роль локального потенциала в генерации потенциала действия, рецепторного и синаптического потенциала. 
  2. Окислительный стресс. Активные формы кислорода и пути их образования. 
  3. Применение метода спиновых зондов и меток в биологических исследованиях.

Билет № 16

  1. Кинетика простейших ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Влияние ингибиторов на кинетику ферментативных реакций.
  2. Два типа фотодинамических реакций.
  3. Метод хемолюминесценции в исследовании генерации активных форм кислорода и перекисного окисления липидов.

Билет № 17

  1. Физико-химические механизмы стабилизации мембран. Особенности фазовых переходов в мембранных системах. Вращательная и трансляционная подвижность фосфолипидов, флип-флоп переходы. Латеральная диффузия мембранных липидов. 
  2. Кислородный эффект в радиобиологии и его механизмы. 
  3. Модели хаотических процессов в биологии.

Билет № 18

  1. Изменение энтропии в открытых системах. Постулат Пригожина. Термодинамические условия осуществления стационарного состояния. Примеры. 
  2. Модельные мембранные системы. Монослой на границе раздела фаз. Бислойные мембраны. Протеолипосомы. 
  3. Флуоресцентные методы исследования фотосинтетических процессов.

Билет № 19

  1. Конформационная подвижность белков. Иерархия амплитуд и времен конформационных движений. Связь характеристик конформационной подвижности белков с их функциональными свойствами. 
  2. Молекулярные механизмы повреждающего действия кислорода. Роль свободно-радикальных реакций и синглетного кислорода.
  3. Методы регистрации мембранного потенциала и ионных токов. 

Билет № 20

  1. Механизмы ферментативного катализа. Электронно-конформационные взаимодействия в фермент-субстратном комплексе. 
  2. Потенциал покоя, его происхождение и интерпретация на основе эквивалентной электрической схемы мембраны. Равновесные потенциалы для ионов К и Na. 
  3. Флуоресцентные методы исследования внутриклеточного рН и рСа.

Билет № 21

  1. Принцип Франка - Кондона и законы флуоресценции. Люминесценция биологически важных молекул. 
  2. Ионный транспорт в каналах. Молекулярное строение канала. Модели «поры» и кластера.
  3. Методы обнаружения свободно радикальных состояний.

Билет № 22

  1. Обобщенные силы и потоки. Соотношения  Онзагера. Термодинамика транспортных процессов.
  2. Перенос электрона в электрон-транспортных цепях  и  физические модели переноса электрона. Туннельный эффект. 
  3. Метод регистрации токов  ионных каналов  («пэтч-кламп» метод). 

Билет № 23

  1. Роль конформационной подвижности в функционировании белков. Электронно-конформационные взаимодействия. Роль воды в динамике белков.
  2. Проницаемость мембран для воды. Закон Вант-Гоффа. Осмотические свойства клеток и органелл. Движущие силы транспорта воды. 
  3. Модели хаотических процессов в биологии.

Билет № 24

  1. Молекулярные моторы. Н+-АТФаза. 
  2. Дозовые кривые выживаемости облученных клеток (основные характеристики). Теория мишени.
  3. Принцип метода моделирования молекулярной динамики белков.

Билет № 25

  1. Фотохимические реакции повреждения белков и нуклеиновых кислот. 
  2. Физико-химические процессы в нервных волокнах при проведении потенциала действия и ритмического возбуждения. Теплопродукция и светорассеяние белков и липидов при генерации потенциала действия. 
  3. ЭПР - спектроскопия при исследовании биологических мембран.

Билет № 26

  1. Молекулярная организация биологических мембран. Состав, строение, образование. Термодинамика процессов формирования и устойчивости мембран. Белок-липидные взаимодействия. Фазовый переход. 
  2. Механизмы миграции энергии в фотосинтетической системе. Реакционные центры фотосинтеза. 
  3. Метод регистрации токов  ионных каналов  («пэтч-кламп» метод).

Билет № 27

  1. Активный транспорт натрия, калия и кальция. Транспорт протонов.
  2. Острая лучевая болезнь человека. Стохастические и детерминированные, генетические и соматические эффекты облучения, примеры. 
  3. Принцип метода моделирования молекулярной динамики белков. 

Билет № 28

  1. Активный транспорт. Электрогенный транспорт ионов.
  2. Противолучевые химические средства. Классификация. Механизмы действия. Показатели эффективности. Фактор изменения дозы. Примеры. Понятие идеального радиопротектора. 
  3. Флуоресцентные методы исследования состояния фотосинтетического аппарата растений.

Билет № 29

  1. Связь энтропии и информации в биологических системах. 
  2. Типы объемных взаимодействий в белковых макромолекулах. Водородные связи: силы Ван-дер-Ваальса; электростатические взаимодействия; поворотная изомерия и энергия внутреннего вращения. Общая конформационная энергия биополимеров. 
  3. Модели хаотических процессов в биологии.

Билет № 30

  1. Автоколебательные режимы. Колебания в гликолизе. 
  2. Физико-химические процессы в нервном волокне при возбуждении (теплопродукция, светорассеяние, энергообеспечение). Состояние мембраны, ионный транспорт. 
  3. ЯМР-спектроскопия в исследовании внутримолекулярной подвижности.

Билет № 31

  1. Механизмы фотоингибирования в фотосинтезе.
  2. Транспорт ионов. Ионное равновесие; электрохимический потенциал; профили потенциала и концентрации у границы раздела фаз; коэффициент распределения; двойной электрический слой.
  3. Флуоресцентные методы исследования состояния фотосинтетического аппарата растений.

Билет № 32

  1. Стационарное состояние и условия минимума скорости прироста энтропии. Теорема Пригожина.
  2. Электродиффузионная теория транспорта ионов через мембрану. Электрохимический потенциал и его компоненты. Взаимодействие ионов с растворителем. Диффузионный потенциал. Уравнения для ионных потоков и мембранного потенциала.
  3. Принцип метода моделирования молекулярной динамики белков.

Билет № 33

  1. Механизмы миграции энергии
  2. Представления о пространственно неоднородных стационарных состояниях (диссипативных структурах) и условиях их образования.
  3. Люминесцентные методы в исследовании внутримолекулярной подвижности.

Билет № 34

  1. Распределённые динамические модели.
  2. Молекулярные механизмы повреждающего действия кислорода. Роль свободно-радикальных реакций и синглетного кислорода.
  3. Методы регистрации мембранного потенциала и ионных токов.

Внимание! На сайте приведен приблизительный перечень билетов по курсу. Используйте этот материал при подготовке к экзаменам только по согласованию с преподавателем!