Сайт кафедры биофизики физического факультета МГУ

Программа курса "Введение в биофизику"

 

ВВЕДЕНИЕ В БИОФИЗИКУ

1. Физика и биология. Историческая и методологическая связь наук: великие физики и биологи, великие открытия физики и биологии. Биофизика как теоретическая биология.

2. Физическая размерность, химический состав, пространственно-временная структура, функции и иерархия биологических систем. Симметрия и асимметрия, термодинамическая неравновесность и нелинейность живых систем. Совокупность физических, химических и биологических критериев живого. Физико-химические предпосылки происхождения жизни на Земле.

3. Разнообразие жизни на Земле.

4. Архитектура и хореография клетки. Химические компоненты: вода, ионы, простейшие органические молекулы, макромолекулы - белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды. Общая схема метаболизма. Цитология.

5. Генетика. Хромосомы, гены. Наследование признаков. Генотип и фенотип. Мутации. ДНК и РНК. Генетический код. Механизмы трансляции и транскрипции. Рибосомные и транспортные РНК, синтез белка.

6. Рост и деление клеток, клеточный цикл. Межклеточные адгезия, контакты, узнавание, рецепция, сигнализация - медиаторы, гормоны, вторичные мессенджеры.

7. Упорядоченность биологических структур, энтропия и информация. Открытые системы, неравновесная термодинамика в биологии, стационарные состояния, диссипативные структуры. Синергетика. Активные среды. Колебательные и автоволновые процессы в биологических системах как физическая основа пространственно-временной самоорганизации.

8. Физика ферментативного катализа. Кинетика, регуляция. Концепция "фермент - молекулярная машина".

9. Механохимические процессы. Мышечные и немышечные формы подвижности. Структура сократительных систем. Термодинамика и кинетика механохимического преобразования. Механорецепция.

10. Биофизика мембран. Структура и физико-химические свойства. Явления переноса, активный и пассивный транспорт ионов, сопряженный транспорт веществ. Насосы, каналы, переносчики. Осмотические и электрические явления, форма клетки, динамика мембран. Возбудимость, распространение нервного импульса, синаптическая передача.

11. Физические основы преобразования и аккумуляции энергии в биологических системах. Биологическое окисление, дыхательная цепь, митохондрии, перенос электронов, механизмы энергетического сопряжения в биомембранах.

12. Фотобиологические процессы. Оптические свойства биомолекул. Структурная организация фотосинтетического аппарата бактерий, высших растений и водорослей. Фоторецепция.

13. Иммунная система. Антигены. Функциональные свойства, тонкая структура антител.

14. Элементы теории эволюции. Популяционная генетика, генофонд популяции, частоты аллелей. Отбор, интенсивность отбора, естественный и искусственный отбор. Видообразование. Физико-химические факторы эволюции.

15. Экологические системы. Уровни организации живого, понятие экологической системы, биосферы и биоценоза. Трофические цепи, поток энергии и круговорот веществ в экосистеме. Геофизические и геохимические факторы. Ноосфера, научные принципы природопользования.

16. Биофизика и физиология рецепции. Слух, зрение, обоняние. Биологические часы, физиологические ритмы, хронобиология. Нейросистемы и мозг.

17. Физика и медицина. Молекулярные аспекты патогенеза различных заболеваний: изменения энергетического метаболизма, физических свойств и функций биомакромолекул и биомембран.

18. Математическое моделирование сложных биологических систем. Классические модели и нерешенные проблемы.

 

Литература

 

1. Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор "Биология", в 3-х томах, "Мир", М., 1990

2. Б.Албертс, Д.Брей и др. "Молекулярная биология клетки", в 5-ти томах, "Мир", М., 1986

3. А.Б.Рубин "Биофизика", в 2-х томах,  М., 2002-2005

4. И.Пригожин, Д.Кондепуди «Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур» М «МИР» 2002

6. В.А.Твердислов, А.Э.Сидорова, Л.В.Яковенко «Биофизическая экология» УРСС, 2012

 

Составитель: профессор В.А.Твердислов