БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Декан физического факультета БГУ ________________ В.М. Анищик _____24.08.2009_______________ Регистрационный № УД-__2100_/баз. АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОФИЗИКИ Учебная программа для специальности 1-31 04 01 Физика (по направлениям) 2009 2 СОСТАВИТЕЛЬ: А.И. Хмельницкий – доцент кафедры биофизики Белорусского государственного университета, кандидат физико-математических наук, доцент. РЕЦЕНЗЕНТЫ: Ю.И.Бохан – декан физического факультета Учреждения образования «Витебский государственный университет имени П.М. Машерова», кандидат физикоматематических наук, доцент. В. В. Могильный – профессор кафедры физической оптики, доктор физикоматематических наук, профессор РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ: Кафедрой биофизики физического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 16 от _22_ июня 2009); Ученым Советом физического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 11 от _26 июня 2009); Ответственный за редакцию: А.И. Хмельницкий Ответственный за выпуск: А.И. Хмельницкий 3 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Программа дисциплины «Актуальные вопросы биофизики» разработана для специальности 1-31 04 01 Физика (по направлениям). Задача факультативного курса состоит в том, чтобы ознакомить студентов с предметом биофизики, местом биофизики среди других наук, основными подходами при исследовании живых систем, методами исследования физических процессов в биосистемах, современными теориями основных процессов функционирования биосистем, показать возможность использования результатов биофизических исследований на практике. Программа курса составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта. Общее количество часов – 14; аудиторное количество часов – 14, из них: лекции – 14. ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН № п/п Название темы Лекции Контролируемая самостоятельная работа Всего 1 1. 2. 2 Биофизика и предмет исследования Термодинамический подход в изучении живых систем Химия жизни Молекулярные основы самовоспроизведения живых систем Биомембраны Клетка – единица живого Возбудимые среды Физика рецепции Прикладные аспекты биофизики Кафедра биофизики и современные проблемы биофизики Итого 3 1 2 4 5 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 1 1 1 2 1 2 1 2 14 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА 1. Биофизика и предмет исследования. Задачи биофизики. Предмет биофизики. Место биофизики среди других наук. Определение живой системы. Происхождение жизни. Поиск элементарных форм жизни в Солнечной системе и высокоорганизованных - во Вселенной. 2. Системный подход в изучении живых систем. Упорядоченность биосистем. Энтропия и информация. Открытые системы. Стационарные состояния. Функция диссипации. Теорема Пригожина. Принцип устойчивости Ле-Шателье-Брауна. Проблема возникновения порядка из беспорядка. Самоорганизация в открытых системах (турбулентность, ячейка Бенара, автокаталитические процессы). Модель «хищник-жертва». Биологические ритмы. Биологические часы. 3. Химия жизни. Атомно-молекулярный подход в исследовании живых систем. Уровни организации биосистем. Элементный состав живых организмов. Состав и строение биологических молекул. Углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты. Структура биополимеров. Витамины. Гормоны. 4 4. Молекулярные основы самовоспроизведения живых систем. Приобретенная и наследственная память. Молекулярные основы самовоспроизведения живых систем. Хранение, транскрипция, трансляция генетической информации. Структура ДНК. Генетический код. Схема биосинтеза белка. Мутации. Генные и хромосомные болезни. 5. Биомембраны Состав, свойства, гипотезы строения биомембран. Моделирование биомембран (монослои, плоские бислойные липидные мембраны, липосомы). Динамика молекул в мембране. Пассивный и активный транспорт веществ через мембрану. 6. Клетка – единица живого. Основы клеточной теории. Разнообразие клеток. Строение клетки. Прокариоты и эукариоты. Вирусы. Бактериофаги. Форма и функции клеток. Клеточные органеллы. Энергетика клетки: пути извлечения энергии из природных источников, ее трансформация, аккумулирование в клетке. Фотосинтез. Деление клеток. Дифференцировка клеток. Гибель клеток. Стволовые клетки. 7. Возбудимые среды. Потенциалы покоя и действия. Строение нейрона. Генерация нервного импульса и его распространение. Синаптическая передача. 8. Физика рецепции. Проблема молекулярного узнавания. Общие принципы строения и свойства сенсорных анализаторов. Пассивная и активная локация. Типы рецепторов. Сенсорные каналы: фоторецепция, звуковая рецепция, молекулярная рецепция, электрорецепция. 9. Прикладные аспекты биофизики. Бионика. Биотехнология. Генная инженерия и методы искусственной генетической трансформации клеток. Нанотехнологии и молекулярные машины. Биомолекулярная электроника. Биосенсоры. 10. Кафедра биофизики и современные проблемы биофизики. Современные проблемы биофизики, развиваемые на кафедре и в сотрудничестве с другими научными, учебными и производственными учреждениями и организациями. Перспективы развития. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Рекомендуемая литература Основная 1. 2. 3. 4. Волькенштейн М.В.Биофизика, М., Наука, 1988 Биофизика (п/р Владимирова Ю.А.),1983 Давид Р. Введение в биофизику, М., Мир,1982 Осипов А.П.Самоорганизация и хаос. Новое в жизни, науке, технике. Сер.физика, 1986, N7 5. Баблоянц А. Молекулы, динамика, жизнь. М.: Мир, 1990. 6. Эйген М., Шустер П. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул. М., Мир, 1982 7. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. М., Мир, 1987 8. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М., Наука, 1986 9. Ленинджер А. Основы биохимии, т. 1-3, М. Мир, 1985. 10. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека, в 2-х томах, М., Мир, 1993 11. Черенкевич С.Н., Хмельницкий А.И.Транспорт веществ через биологические мембраны: Учеб.пособие.–Мн.: БГУ, 2005 12. Искусственные мембранные структуры и перспектива их использования. //Биологические мембраны. 1988. т.5. №12, с.1237-1269. 13. Минц Р.И., Кононенко Е.В. Жидкие кристаллы в биологических системах, "Итоги науки и техники", сер.Биофизика, М.,1982.т.13 14. Рыбин И.А. Информационные аспекты биофизики. 1986. 15. Тамар Г.Основы сенсорной физиологии, М., Мир,1976 16. Стародуб Н.Ф. Неэлектродные биосенсоры - новое направление в биохимической диагностике.//Биополимеры и клетка. 1989, т.5, №1, 5-15. 17. Рамбиди Н.Г., Замалин В.М. Молекулярная микроэлектроника: истоки и надежды. Знание. сер.Физика. 1985, №11. Дополнительная 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Бергельсон Л.Д. Биологические мембраны, 1975 Сергеев Г.А. Биоритмы и биосфера, М.:"3нание", 1976 Морозов В.П. Занимательная биоакустика, М.: Знание,1987 Пресман А.С.Электромагнитная сигнализация в живой природе, М., «Советское радио», 1974 Оприш Т. Занимательная бионика, Бухарест, «Альбатрос». 1986 Цойх М. Бионика - М.: Мир Книги, 2007. Проблемы поиска жизни во Вселенной (Отв. ред. Амбарцумян В.А.). М.: Наука, 1986. Пригожин И.Р., Стенгерс И. Время, хаос, квант. М.: Прогресс, 1994.