Методические указания составлены в соответствии с учебным планом и программой по дисциплине «Современные проблемы биофизики»
Скачать 257.49 Kb.
|
Содержание разделов и тем самостоятельных занятийСамостоятельная работа по дисциплине «Современные проблемы биофизики» представляется тремя модулями. Модуль 1. «Фундаментальные проблемы биофизики» Тема 1. Принципиальные проблемы явления самоорганизации. Модели надмолекулярной самоорганизации в биологических и нано системах. Физические, химические и биологические сценарии происхождения жизни. Теория В. И. Вернадского и его представления о биосфере и эволюции? Человек как геологический фактор, ноосфера. Дополнения П.А. Кропоткина о взаимной поддержке в "борьбе за существование". Модели пульсаций Земли и представления Н.Е. Мартьянова об автоколебательных процессах в мантии Земли. Вклад Н. И. Вавилова. Теории гомологических рядов в свете современной биологии и генетики. Фенотипические и генотипические признаки (фены и гены). Наследование приобретенных признаков. Иммунитет растений против инфекционных заболеваний. Модель Гамова линейного генетического кода и её реализация в модели Уотсона и Крика. ДНК-полимеразы обладают способностью копировать поврежденную ДНК, предпочитая Уотсон-Криковским парам образование ошибочно спаренных оснований! Модель Бюрера: разумно ли введение понятия «интеллект клетки»? Поведенческая «разумность» популяции бактерий. Алгоритмическая сложность биологических систем. Количественные и качественные характеристики информации при описании биосистем. Иерархия уровней самоорганизации. Модуль 2. «Преобразование биологических и химических сигналов в модулях чипов» Тема 2. Биосенсоры и бионанотехнологии Биосенсоры. Что такое «биосенсор». Принципы создания биосенсоров, их классификации, типы. Основные типы биосенсоров: преимущества и недостатки. Основные типы компонентов биосенсоров. Биологический компонент биосенсора: ферменты, антитела, микроорганизмы. Электронная часть биосенсора. Биолюминесцентные системы как основа для биологической части биосенсоров. Бактериальная и светляковая биолюминесцентные системы и методы их иммобилизации. Классификация основных методик получения иммобилизованных реагентов, сравнительный анализ существующих методов по выходу активности, времени и условиям хранения полученных иммобилизованных препаратов, сложности процедуры проведения иммобилизации. Основные направления практического применения иммобилизованных биолюминесцентных систем. Использование биолюминесцентных иммобилизованных систем в научных исследованиях в качестве моделей для изучения функционирования мультиферментных систем в живых организмах in vivo. Биосенсорика. Принципы молекулярного узнавания. Взаимодействие лигандов с надмолекулярными структурами. Биокатализ. Модели работы олигомерных ферментов. Связь антиген – антитело, иммуноглобулины, TLR и PRR рецепторы, фагосомы. Перспективы создания биолюминесцентных биосенсоров на основе нанотехнологий и их коммерческое использование. Тема 3. Медицинская и биоинженерная физика. Термодинамические и электродинамические процессы в организме. Биоэлектроника. Механизмы воздействия на организм физических полей и излучений. Структура и функции биополимеров, молекулярная инженерия белков и нуклеиновых кислот. Физика белок-нуклеинового взаимодействия. Биофизика мембран и активный транспорт. Физико-химические основы межклеточных коммуникаций. Молекулярные процессы при реализации генетической информации. Регулирующие системы человека. Биомеханика человека и биоэнергетика здорового и больного организма. Методология и методы медико-физических исследований и диагностики заболеваний. Биофизические основы применения физических методов лечения. Биофизические основы технологии получения вакцин, диагностических и фармацевтических препаратов. Приборы и методы физико-химической биологии и медицинской техники. Организация биологических систем. Атомно-молекулярная структура биологических систем. Нуклеиновые кислоты. Методы изучения и синтеза нуклеиновых кислот. Принципы генной инженерии. Геномика. Организация генома эукариот. Динамическая модель экспрессии генома. Проблема биологического значения избыточной ДНК в геноме. Некодирующие РНК и структура хроматина. РНК интерференция, семейства малых молекул РНК и их функции в клетке. Тема 4. Физика сенсорных материалов и устройств. Физические принципы преобразования параметров взаимодействующих факторов в доступные для использования сигналы в сенсорных (чувствительных) системах. Структурная организация сенсорных устройств, их свойства, характеристики и функции. Материаловедческие и технологические аспекты формирования чувствительных элементов сенсоров. Синтез адаптивных сенсорных устройств. Синтез биотехнических сенсорных сред и систем. Биосенсоры, их материалы и свойства. Машинное моделирование преобразований в сенсорных устройствах и системах. Модель работы хемосенсоров. Биомембраны. Зонно-блочная модель. Сенсорные белки в биомембранах. Нейросенсорика. Фоторецепция. Фотосинтезирующие мембраны. Фоторецепторные белки. Механо-химические процессы в биосистемах. Микротрубочки и транспортные системы клетки. Центры организации МТ. Модуль 3. Биофизика современных медицинских технологий Тема 5. Физика медицинских технологий. Физическое материаловедение. Физика и химия биополимеров. Композиционные материалы. Биологическая совместимость материалов. Ядерно-физические методы в медицине. Взаимодействие с биологическими объектами ионов, электронов и других частиц, их использование в диагностике, терапии, научных исследованиях. Масс-спектрометрия. Радиоспектроскопия. Биомедицинская оптика. Источники и приемники электромагнитного излучения. Воздействие электромагнитного излучения на биологические объекты. Поглощение и рассеяние света, люминесценция. Жесткое электромагнитное излучение. Лазерная физика. Волоконная и градиентная оптика, эндоскопия. Теплофизические и акустические методы. Применение полупроводников в медицине. Датчики, сенсоры. Приборы и методы медицинской физики. Компьютерные технологии в медицине. Томография. Современные методы обработки информации. Физические методы моделирования биологических процессов. Белки. Уровни организации белков. Методы изучения и синтеза белков. Протеомика. Белковая инженерия. Протеасомы и лизосомы. Протеасомная система деградации и процессинга белков в клетке. Наноколонии: обнаружение, клонирование и анализ индивидуальных биологических молекул. Белок р53 и его универсальные функции в многоклеточном организме. Биоэнергетика. Механизмы переноса энергии в биоструктурах. Электромагнитное, оптическое, акустическое, тепловое и химическое воздействие на биологические микро- и наносистемы. Тема 6. Методы нанодиагностики Методы измерения и контроля наноразмеров и контроля наноколичеств: интерферометрия, эллипсометрия, растровая электронная микроскопия, сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия, вторичная ионная масс-спектрометрия, Оже-спектроскопия, электронная спектроскопия для химического анализа, рентгено-спектральный микроанализ, электронный и ядерный парамагнитный резонанс, ИК-Фурье спкетроскопия, хроматография, электрофорез. Методы исследования структуры: рентгеноструктурный анализ, просвечивающая электронная микроскопия, электронография, дифракция быстрых и медленных электронов, малоугловая дифракция, обратное рассеяние Резерфорда. Атомно-зондовые методы анализа поверхности: контактные и бесконтактные методы, сверхлокальный контроль электрических и магнитных полей, измерение емкости и концентрации носителей заряда, адгезионных параметров. электрические методы контроля свойств наноструктур: токовая и емкостная спектроскопия. Активная метрика процессов синтеза наноструктурированных материалов и нанослоевых композиций. Микро- и наноаналитические системы. Биомедицинские методы нанодиагностики. Биочипы и биокластеры. Методы медицинской, микробиологической и экологической нанодиагностики. Биочипы и биокластеры. Селективная бионанодиагностика и хемонанотерапия. Наноаналитические системы. Микро- и наноинструмент для медицинской диагностики, терапии, хирургии и генной инженерии. Тема 7. Границы применимости физики и химии при описании явления жизни. Области применимости математических методов в физике, химии и биологии. Ограничения и области применимости каждой науки при описании живых систем. Ограничения формальных моделей, теорема Геделя о неполноте формальных теорий, необходимость содержательных моделей. Индивидуальные и усредненные характеристики молекул, клеток, популяций, экосов. От клеточных автоматов до квантовых компьютеров. Биодатчики, лаборатории на чипе. Достижения в физике, химии, биологии, медицине, физиологии, которые были удостоены Нобелевской премии. Предыстории этих научных исследований, их связь с основными проблемами биофизики. Акценты на современные научные направления «нобелевского» уровня. Научные методологии физики, химии и биологии. Принципиальное отличие подходов физики, химии и биологии к описанию жизни. Что такое жизнь с точки зрения физика, химика и биолога? Особенности принципов организации и эволюции живых и искусственных систем. О специфике биофизической химии, биофизики и "нано" наук. Чем отличаются и чем похожи природные биосистемы, системы неживой природы и искусственные системы? |
Похожие:
 | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Биофизика» |  | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... ... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200. 68 «Физика», магистерские программы «Биофизика»,... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200. 68 «Физика», магистерские программы «Биофизика»,... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология» | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология» |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... ... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Целью изучения дисциплины является формирование представлений об актуальных проблемах и перспективных направлениях биологических... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология», магистерская программа 020400.... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200. 68 «Физика», магистерская программа 011200.... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология» | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология» |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Микробиология и... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология» |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Микробиология и... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Микробиология и... |
