Федеральное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Сыктывкарский государственный университет»
Скачать 0.67 Mb.
|
| Тема 1. Оптические методы исследования Студент должен знать основные законы взаимодействия вещества со световой волной, корпускулярно-волновой дуализм, математические выражения, описывающие колебание частиц вещества. Студент должен уметь регистрировать и строить спектры вещества, обрабатывать их, выводить уравнения для вынужденных колебаний частиц, связывать получаемые в экспериментах данные с квантово-механическими представлениями о взаимодействии света и вещества, интерпретировать экспериментальные данные по светопоглощению, спектрам флуоресценции, ядерному магнитному резонансу и проч. методам. Содержание темы. Колебание груза, подвешенного на пружине, как модель электромагнитных колебаний. Основные понятия волнового движения: продольные и поперечные волны, амплитуда, частота, период, фаза волны и проч. Принцип суперпозиции волн. Когерентное и некогерентное сложение волн. Напряженность электрической составляющей электромагнитной волны. Волновое уравнение в отсутствии и в присутствии сил трения. Вынужденные колебания (стационарное состояние). Уравнение, описывающее вынужденное колебание. Две компоненты колебания: поглощение и дисперсия, их смысл и графический анализ. Квантовомеханические представления о взаимодействии электроманитной волны с веществом. Правила отбора при поглощении кванта веществом. Волновая функция. Предельные случаи вынужденных колебаний и их использование в биофизических методах исследования: 1. Незначительное торможение: а) Предел Рэлея, б) Предел Томпсона Получение информации о крупных макромолекулах при рЭлеевском рассеивании. Рэлеевское отношение, учет формы макромолекулы. Эффект Допплера. Предел Томпсона: эксперименты с рентгеновскими лучами. Электронная микроскопия, разрешающая способность микроскопа. Растровый и сканирующий электронный микроскопы, принципы их работы, устройство. Малоугловое рассеивание. Измерение радиуса инерции, использование радиуса инерции для анализа формы и размера частицы. 2. Предел Лоренца. Математическое описание данного предела. Лоренцев контур линий. Контуры поглощения и дисперсии. Характеристическое время релаксации. Дихроизм и двулучепреломление, их использование при анализе пространственных структур макромолекул. Инфракрасный дихроизм. Круговой дихроизм и оптическое вращение. Условия их появления. Взаимодействие электрической и магнитной составляющей волны. Хиральность молекул. Появление хиральности в эволюции. Анализ пространственной структуры макромолекул. Анализ движения частиц при действии магнитного поля. Магнитный момент, магнитная восприимчивость, гиромагнитное отношение. Моды дисперсии и поглощения, ЯМР и ЭПР. Основные различия между ЯМР и ЭПР, достоинства и недостатки этих методов. Примеры использования ЯМР и ЭПР в анализе биологических систем (анализ текучести мембран, наличия морфинов в крови, подвижности различных частей макромолекулы и проч.). Ультразвуковые и электрические колебания, их использование в биофизических методах исследования (УЗ – микроскопия, УЗ – томография, анализ размеров макромолекул при помощи колебаний в электрической цепи). 3. Затухающие колебания. Химический релаксационный эксперимент: принцип, основные достоинства. Нахождение констант скорости реакций, протекающих с очень высокой скоростью. Форма реализации изучения раздела – лекции, самостоятельная работа, лабораторные работы (см. календарно-тематический план и раздел «Лабораторные работы»). Вопросы для самоконтроля студентов
Тема 2. Движение жидкости Студент должен знать законы диффузии и вынужденного передвижения вещества в жидкости, их использование при анализе свойств биологических систем и макромолекул Студент должен уметь выводить уравнение диффузии, электрофореза и седиментации, интерпретировать данные, полученные этими методами, использовать их на практике Содержание темы. Диффузия. Понятие диффузии. Закон Фика. Уравнение диффузии в дифференциальной и решенной форме. Использование законов диффузии при анализе биологических систем на примере иммунодиффузии. Типы иммунодиффузии: радиальная, двумерная. Исследование диффузии: фотобличинг, D-tracer и проч. Вынужденное передвижение частиц. а) Передвижение частиц под действием электрического поля, электрофорез. Уравнения электрофореза. Ионная подвижность вещества, связь с диффузией. Методы электрофореза: гель-, иммуно-, диск- электрофорез, изоэлектрическое фокусирование, капиллярный форез. б) Движение под действием центробежных сил, уравнение седиментации. Константа седиментации s: связь с молекулярной массой вещества, графический способ определения. Седиментационное равновесие: сущность метода, использование, основные недостатки. Форма реализации изучения раздела – лекции, самостоятельная работа, лабораторные работы (см. календарно-тематический план и раздел «Лабораторные работы»). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная: 1. Рубин А.Б. Биофизика. М.: МГУ. 2004. Т. 1 – 2. 2. Рубин А.Б. Биофизика. М.: Высш. шк. 1987. Т. 1 – 2. 3. Волькенштейн. Биофизика. М.: Наука. 1981. Дополнительная: 4. Антонов В.Ф. и др. Биофизика. М.: Владос. 2000. 5. Давид Р. Введение в биофизику. 1982. 6. Маршелл Э. Биофизическая химия. 1981. 7. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. 1987. РАЗДЕЛ 6. ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА Тема 1. Шкала электромагнитного излучения Студент должен знать типы элетромагнитного излучения, корпускулярно-волновой дуализм, характеристики конкретных типов излучения, их влияние на биологические объекты. Студент должен уметь демонстрировать связь между энергией и длиной волны, строить шкалу электромагнитного излучения, приводить примеры негативного влияния и полезных свойств электромагнитных волн. Содержание темы. Корпускулярно-волновой дуализм – важнейшее свойство материи. Скорость распространения волны в вакууме и в веществе. Интенсивность волны. Квантовый характер электромагнитного излучения. Естественные источники электромагнитного излучения. Шкала электромагнитных излучений. Источники, характеристики и основные биологические эффекты радиоволн, инфракрасного излучения, видимого и ультрафиолетового излучения, рентгеновского и гамма – излучения. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Закон Бугера. Ионизация. Распространение радиоволн. Использование радиоволн высоких и сверхвысоких частот. Ультрафиолетовое излучение, загар, эритема. Зоны УФ излучения, биологические эффекты излучения каждой из зон (антирахитной, эритемной, бактерицидной). Тема 2. Гамма – излучение Студент должен знать принципы дозиметрии излучения, эффект гамма излучения на организм, комптон – эффект. Студент должен уметь отображать суть процессов, происходящих под влиянием радиации, рассчитывать ионизирующую, проникающую способности и линейную плотность ионизации. Содержание темы. Рентгеновское и гамма – излучение. Вторичное излучение. Типы, свойства радиоактивного излучения. Типы радиоактивного распада: α-, β-, γ – излучение. Ионизирующая способность, линейная плотность ионизации. Проникающая способность. Комптон- эффект. Дозиметрия излучений. Доза излучения. Единицы дозиметрии: рентген, бэр, грей, рад, зиверт. Связь биологической дозы с поглощением. Типы взаимодействия излучения с веществом: упругое соударение, неупругое соударение, захват нейтрона и последствия таких взаимодействий. Форма реализации изучения раздела – лекции, самостоятельная работа Вопросы для самоконтроля
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная: 1. Волькенштейн. Биофизика. М.: Наука. 1981. Дополнительная: 2. Антонов В.Ф. и др. Биофизика. М.: Владос. 2000. 3. Кудряшов Ю.Б., Беренфельд. Основы радиационной биофизики. 1982. 4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. 1987. РАЗДЕЛ 7. ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ. ФОТОСИНТЕЗ Студент должен знать особенности миграции электронов и энергии между макромолекулами, схему фотосинтеза, взаимодействие кванта с молекулами хлорофилла, организацию светособирающего комплекса и регуляцию его функций. Студент должен уметь представить процессы при фотосинтеза с биофизической точки зрения, графически и с помощью схем объяснять механизмы, лежащие в основе миграции энергии по цепям окислительно-восстановительных ферментов Содержание раздела. Основная характеристика начальных стадий фотосинтеза. Переходы в синглетное и триплетное состояние и реакционная способность возбужденной молекулы. Общая схема первичных процессов фотосинтеза. Фотосистемы I и II . Топография пигментного белкового светособирающего комплекса фотосистем . Миграция энергии в светособирающей антенне. Туннелирование. Обмено-резонансный, индукционно- резонансный и экситонный механизмы миграции энергии. Эффект Эммерсона. Перераспределение поглозенной энергии между фотосистемами I и II в зависимости от интенсивности и спектрального состава излучения. Спилловер. Изменение заряда светособирающего комплекса и перераспределение энергии. Форма реализации изучения раздела – лекции, самостоятельная работа Вопросы для самоконтроля:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Рубин А.Б. Биофизика. М.: МГУ. 2004. Т. 1 – 2. 2. Рубин А.Б. Биофизика. М.: Высш. шк. 1987. Т. 1 – 2. РАЗДЕЛ 8. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Тема 1. Простейшие модели биологических процессов Студент должен знать основные приемы качественного исследования биологических процессов, критерии устойчивого состояния Студент должен уметь находить устойчивость состояния по Ляпунову, при менять аналитический метод определения устойчивости, решать простые дифференциальные уравнения, служащие моделью процесса Содержание темы. Кинетическая система: параметры и переменные. Принцип узкого места при описании поведения системы. Фазовая плоскость, особые точки. Определение устойчивости состояния системы по Ляпунову. Аналитический метод определения устойчивости. Культиватор клеток – анализ модели, определение особых точек. Построение бифуркационных диаграмм. Бифуркационная диаграмма и теория катастроф. Тема 2. Качественные методы исследования систем дифференциальных уравнений Студент должен знать способы исследования поведения сложных систем, варианты поведения таких систем в зависимости от параметров Студент должен уметь анализировать биологические процессы как на клеточно-молекулярном, так и на популяционном уровне, строить математические модели процессов, анализировать их и на основании этого определять поведение системы в целом при заданных условиях. Содержание темы. Моделирование процесса при помощи систем дифференциальных уравнений. Фазовая плоскость, изображающая очка, фазовая траектория. Определение устойчивости стационарного состояния, нахождение λ1 и λ2. Варианты поведения системы в зависимости от λ1 и λ2, особые точки: «узел» (устойчивый, неустойчивый), «седло», «фокус» (устойчивый, неустойчивый), «центр». Поведение системы в этих условиях. Анализ модели автокаталитической реакции и модели Лотки-Вольтерры. Форма реализации изучения раздела – лекции, самостоятельная работа СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Рубин А.Б. Биофизика. М.: МГУ. 2004. Т. 1 – 2. 2. Рубин А.Б. Биофизика. М.: Высш. шк. 1987. Т. 1 – 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ТЕМА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ (ЭКГ) Теоретическая часть Сердце можно условно представить как генератор, имеющий ЭДС ε и достаточно высокое внутреннее сопротивление r, превышающее сопротивление нагрузки. Силу тока генератора можно найти по формуле I=  ~ . Найдем потенциал электрического поля генератора. Принимается, что генератор представляет диполь с дипольным моментом D=Il, где l – расстояние между противоположными зарядами диполя. При l~0 диполь становится точечным. Рассмотрим электрическое поле униполя (создается одним зарядом). Плотность электрического поля j=  =  ; j =  , где dφ – потенциал электрического поля, dr – расстояние от униполя, ρ – удельное сопротивление среды. = -, dφ =  Для положительного униполя получаем: φа =  Для отрицательного униполя получаем:  Наконец, для целого диполя:  Рассмотрим, чему равно электрическое поле в точке А, расположенной на некотором расстоянии от данного диполя (рис. 1). Из рисунка видно, что если l<  (r-r1) r r1 θ Рис. 1. Электрическое поле в точке Найдем разность потенциалов между точками А и В, расположенными на одинаковом расстоянии от диполя (рис. 2).   ; если  ,  , где DAB – проекция вектора D на ось, соединяющую А и В. В А β θВ θА α Рис. 2. Разность потенциалов между двумя точками Из последних формул очевидно, что разность потенциалов между двумя точками, удаленными от диполя, будет тем больше, чем больше удельное сопротивление среды, меньше расстояние до диполя и больше расстояние между этими точками. Очевидно также, что потенциал двух точек диполя точечного электрического диполя примерно равен проекции дипольного момента на прямую, соединяющую точки, следовательно, измеряя разность потенциалов на поверхности тела, мы определяем проекции дипольного момента, а значит, потенциал сердца. Эти выкладки легли в основу модели Эйнтховена. Основные постулаты модели 1. Электрическое поле сердца рассматривается как электрическое поле точечного диполя с дипольным моментом D (интегральный электрический вектор сердца). Этот дипольный момент складывается из дипольных моментов различных частей сердца, т.е. D = Di. 2. Проводящая среда организма изотропна, удельное сопротивление среды принимается одним и тем же в любой точке внутри организма. 3. Интегральный электрический вектор сердца Е меняется по амплитуде и направлению. Его начало неподвижно и находится в атрио-вентрикулярном узле, а конец описывает сложную пространственную фигуру, проекция которой на фронтальную плоскость образует за цикл три петли: P, QRS, T. Практическая часть Цель работы: определить зависимость различных параметров ЭГ сердца лягушки от расстояния между электродами и сердцем. Задачи - Зарегистрировать ЭКГ и ЭГ изолированного сердца лягушки - Определить связь зубцов ЭГ и ЭКГ с активностью разных отделов сердца - Зарегистрировать ЭКГ при разном расстоянии между электродами и сердцем и при различных воздействиях на сердце - Выявить зависимость между расстоянием от сердца до электрода и величиной зубцов ЭКГ Материалы и оборудование. Нож, скальпель, лигатура, раствор Рингера, некротизированная мышечная ткань лягушки, электрокардиограф, фильтровальная бумага, фитильковые электроды. Порядок работы. Лягушку обездвижить разрушением спинного и головного мозга и закрепить в восковой ванночке брюшной стороной вверх. Вскрыть грудно-брюшную полость, для чего сделать продольный разрез на расстоянии 1 – 2 мм от средней линии живота, на уровне плечевого пояса разрезать кожу в поперечном направлении, приподнять пинцетом мечевидный отросток грудины и рассечь ножницами находящиеся под ним мышечные слои. Перерезать кость плечевого пояса по средней линии. Затем сделать небольшой продольный разрез мышечной стенки живота и зафиксировать с помощью булавок рассеченные ткани. Удалить соединительную ткань между сердцем и печенью. Приподнять сердце таким образом, чтобы были видны полые вены. Нижнюю полую вену освободить от перикарда, перевязать и отсечь ниже места перевязки. Отсечь остальные ткани и сосуды. Сердце положить на фильтровальную бумагу, смоченную раствором Рингера. Закрепить электроды на фильтровальной бумаге, как показано на рис. 3. Красный * * Желтый Черный* * Зеленый Рис. 3. Расположение электродов при регистрации ЭКГ изолированного сердца лягушки Включить прибор в сеть и дать ему прогреться в течение 10 – 15 мин. Записать калибровочное значение потенциала 1 мВ. Зарегистрировать ЭКГ, для чего переключатель отведений поставить в положение 1 и нажать кнопку «запись». Длительность записи вести из расчета 4 – 5 циклов для отчета каждого участника эксперимента. Измерения провести при расположении электродов на расстоянии 0.5, 1, 2, 3 см от сердца. Красный * * Желтый Черный* Зеленый * Рис. 4. Порядок расположения электродов при регистрации ЭГ На боковую поверхность желудочка положить некротизированную ткань (кусочек омертвевшей мышцы) и зарегистрировать изменения ЭКГ. Снять некротизированную ткань и зарегистрировать ЭКГ. Повторить эксперимент при наложении некротизированной мышцы на вентральную поверхность желудочка. Для регистрации ЭГ поместить электроды на поверхность сердца в соответствии с рис. 4. Зарегистрировать ЭГ при том же режиме работы электрокардиографа. Сделать вывод о том, как изменяются параметры ЭКГ при приближении электродов к поверхности сердца. Построить график зависимости  , где  Снять ЭГ после наложения некротизированной ткани на боковую поверхность желудочка. Зарегистрировать изменения и восстановление ЭГ. По атриовентрикулярной границе желудочка подвести лигатуру, не затягивая ее. Записать ЭГ до и после перевязывания лигатуры и остановки желудочка. Отсечь желудочек и записать ЭГ предсердий. Разместить один из отводящих электродов на границу венозного синуса. Записать ЭГ до и после наложения лигатуры на границу между правым предсердием и венозным синусом. (1-ая лигатура Станниуса). Отсечь предсердия по сино-атриальной границе и перенести оба электрода на синус. Зарегистрировать ЭГ венозного синуса. Перенести оба электрода на поверхность изолированного желудочка и зарегистрировать ЭГ. Механическим раздражением стимулировать в изолированном желудочке возникновение атриовентрикулярного ритма. Проанализировать и описать все полученные результаты. Обратить внимание на нелинейную зависимость , сделать вывод о причинах такой зависимости.Контрольные вопросы 1. Строение сердца, автоматия, особенности потенциалов пейсмекеров и кардиомиоцитов. 2. Основные положения теории ЭКГ Эйнтховена. 3. Разность потенциалов, создаваемая униполем 4. Разность потенциалов в точке, создаваемая диполем 5. Разность потенциалов между двумя точками, создаваемая точечным диполем |
В момент, принятый за начальный, точка имела максимальное смещение: 
. Написать уравнение колебаний точки.Похожие:
 | Учебно-методический комплекс по дисциплине языковая политика в рк... Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования«Сыктывкарский государственный... |  | Федеральное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального... Тема урока: «Биология – наука о живой природе. Царства живой природы. Среды обитания организмов» |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Рабочая программа по бурятской литературе составлена на основе федерального компонента государственного стандарта общего образования,... | | Федеральное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального... Гистология относится к фундаментальным наукам, изучающим закономерности строение живой материи на разных уровнях ее организации:... |
| Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... М., Розенштейн М. М., Серпунин Г. Г., Авдеева Е. В., Шеховцев Л. Н., Уманский С. А. Калининград: Федеральное государственное бюджетное... | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
