[ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ОПД.СД.07 БИОФИЗИКА
ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
020801 (013100) ЭКОЛОГИЯ
КВАЛИФИКАЦИЯ: ЭКОЛОГ
Утверждено на заседании кафедры Утверждено на заседании Совета
Экологии и естествознания естественно-географического естественно-географического факультета (протокол №4 от 19 факультета декабря 2006 г.) (протокол №5 от 06 декабря 2006 г.) Председатель совета Зав. кафедрой В.А.Подковыров Л.И. Копылова 1
I. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Место дисциплины Курс «Биофизика» входит в состав федерального компонента СД Специальных дисциплин ГОС ВПО по специальности 020801 экология (Москва, 2005).Курс «Биофизика» является основой для понимания базовых закономерностей поведения биологических систем, он базируется на результатах, полученных в области цитологии, генетики, молекулярной биологии с использованием физических методов исследования, поэтому теоретические положения курса «Биофизики» разрабатывались с учетом знаний и умений, полученных в процессе изучения вышеперечисленных дисциплин.
Теоретической основой курса «Биофизика» является описание на молекулярном уровне состава, строения и функционирования компонентов клетки в норме и патологии, исследование взаимосвязи структуры и функции биологических систем, молекулярных механизмов регуляции биологических процессов.
Цель:
Целью курса является овладение студентом знаниями по основным разделам биологической физики.
Задачи:
- освоение студентами основных принципов и теоретических положений биофизики;
- объяснение взаимосвязи физического и биологического аспектов функционирования живых систем;
- освоение биофизических методов исследования.
Принципы отбора содержания и организации учебного материала Программа курса построена на основе структурно-логического подхода к определению места изучаемого курса в системе биологических дисциплин, с учетом межпредметных связей и выявлением наиболее важных проблем, необходимых для изучения наук естественного цикла, для понимания физико-химических механизмов разнообразных биологических процессов.
Основополагающим фактором является профессиональная направленность.
Отбор материала произведен в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования (М., 2005 г.) по дисциплине «Биофизика» и примерной учебной программой, рекомендованной УМО по специальностям педагогического образования (М., 2004 г.).
Программа строится на принципах:
- научности - соответствие содержания образования уровню современной науки;
- доступности – соответствие излагаемого материала уровню подготовки студентов;
- системности – осознание места изучаемого вопроса в общей системе знаний, его связи со всеми элементами этой системы;
- целостности – взаимосвязь между разделами дисциплины;
- связи теории с практикой, показывающей важность применения фундаментальных знаний для решения теоретических и прикладных задач;
- модульности – укрупнения дидактических единиц.
Требования к освоению содержания дисциплины:
знать:
- основные понятия, теории и законы биологической физики, - классификацию, методы работы, свойства биофизических систем;
уметь:
- выполнять несложные лабораторные исследования;
- делать выводы;
- оформлять результаты эксперимента;
- применять знания в практической деятельности;
- решать расчетные задачи.
владеть:
- навыками экспериментальной работы и соблюдения правил техники безопасности.
- методами наблюдения и интерпретации экспериментальных данных.
Виды контроля Входной контроль – тестирование.
Текущий - опросы и решение задач, проверка и оценка выполнения заданий для самостоятельной работы, оценка проведения лабораторных работ и защиты отчетов.
Рубежный - коллоквиумы, система тестирования по основным разделам науки, контрольные и обобщающие индивидуальные работы.
Итоговый контроль – экзамен.
Планирование содержания дисциплины 1 Основы общей 2 Биофизика 3 Основы биофизики
II. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Предмет и задачи биофизики.Методологические вопросы биофизики. Задачи биофизики в практике.
Особая миссия биофизики в биологии и медицине.
Классификация термодинамических систем.
Термодинамические характеристики молекулярно-энергетических процессов в биосистемах. Первый и второй законы термодинамики в биологии. Свободная и связанная энергия. Обратимые и необратимые процессы. Химическая и физическая терморегуляция. Тепловой баланс организма. Изменение энтропии в открытых системах. Связь энтропии и информации в биологических системах.
Адаптация, устойчивость и надежность биологических систем.
Классификация воздействий. Разнообразие ответных реакций индивидуумов в клеточных ансамблях и популяциях. Энергетической стоимость физиологических процессов и ее изменениях в неблагоприятных условиях.
Структура популяции как отражение ее функционального состояния.
Разнообразие ответных реакций организмов. Слабые (фоновые) воздействия. Космические и периодические воздействия. Циклы Солнечной активности, их влияние на Землю. Свет и биоритмы.
Естественный радиационный фон и уровень радона в среде. Проблема озоновой дыры. ЭМ-излучения космических и земных источников.
Магнитные поля Солнца, звезд, галактик и других объектов Вселенной.
Биологические часы.
Структура биологических мембран.
Мембрана как универсальный компонент биологических систем.
Модельные мембранные системы. Проницаемость мембран для воды.
Развитие представлений о структурной организации мембран.
Характеристика мембранных белков. Характеристика мембранных липидов. Вода как составной элемент биомембран. Бислойные мембраны.
Физико-химические механизмы стабилизации мембран. Особенности структуры живых клеток и тканей, лежащие в основе их электрических свойств. Биофизика процессов транспорта веществ через биомембраны и биоэлектрогенез. Пассивный и активный транспорт веществ через биомембраны. Виды пассивного транспорта. Электрохимический потенциал. Потенциал покоя, его происхождение. Потенциал действия.
Пассивный транспорт.
Движущие силы переноса ионов. Ионные каналы; теория однорядного транспорта. Модель параллельно функционирующих пассивных и активных путей переноса ионов. Механизмы активации и инактивации каналов. Транспорт сахаров и аминокислот через мембраны с участием переносчиков. Пиноцитоз. Роль ионов Na и K в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах. Проведение импульса по немиелиновым и миелиновым волокнам.
Биофизика сократительных систем.
Основные типы сократительных и подвижных систем. Принципы преобразования энергии в механохимических системах.
Функционирование поперечнополосатой мышцы позвоночных. Модели Хаксли, Дещеревского, Хилла.
Молекулярные механизмы подвижности белковых компонентов сократительного аппарата мышц. Термодинамические, энергетические и мощностные характеристики сократительных систем. Молекулярные механизмы немышечной подвижности.
Сенсорная рецепция.
Общие представления о структуре и функции рецепторных клеток.
Гормональная рецепция. Общие закономерности взаимодействия лигандов с рецепторами. Фоторецепция. Строение зрительной клетки.
Электрорецепция. Хеморецепция. Механорецепция. Обоняние.
Адаптация, устойчивость и надежность биологических систем.
История развития биофизики. Законы термодинамики. Изменение энтропии в открытых системах. Связь энтропии и информации в биологических системах. Структура популяции как отражение ее функционального состояния. Классификация воздействий.
Пассивный и активный транспорт веществ. Пиноцитоз.
Электрохимический потенциал. Потенциал покоя. Активный транспорт.
Электрогенный транспорт ионов. Ионные каналы. Потенциал действия.
Распространение возбуждения.
Сократительные системы. Поперечно-полосатые мышцы. Мехагнизм мышечного сокращения. Гормональная рецепция. Сенсорная рецепция.
Фоторецепция. Механорецепция. Хеморецепция. Проблема клеточного узнавания.
III. ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Январь 2 3 Подготовка к Текущий Тестирование 3- Февраль 3 3 Подготовка к Текущий Тестирование 3- Февраль 4 4 Подготовка к Текущий Тестирование 3- Февраль 5 3 Подготовка к Рубежный Тестирование 3- предмету:
IV. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Система оценивания результатов обучения Дисциплина состоит из 4 модулей: 3 модуля учебные и 1 – итоговый (экзамен). Всего студент может набрать max – 400 баллов, min – баллов; из них 300 учебных баллов – max, 150 – min; за экзамен от 50 до 100 баллов.В процессе обучения студент оценивается помодульно. За аудиторную: 90-200 баллов и самостоятельную работу: 57-95 баллов;
дополнительные баллы за СРС: 3 - 5.
Итоговая оценка выставляется как среднее арифметическое:
качественная оценка за текущую работу и экзаменационная (см.
Приложение об АТС) Цель контроля: диагностика уровня обученности студентов по дисциплине.
Виды контроля: итоговый (экзамен в 6 семестре) 1. Клетка, структура и функции.
2. Сходства и различия животной и растительной клетки.
3. Основные функции биологических мембран.
4. Структура биологических мембран.
5. Модели мембран.
6. Динамика мембран.
7. Подвижность фосфолипидных молекул в мембранах 8. Физическое состояние и фазовые переходы липидов в 9. Модельные липидные мембраны 10.Транспорт веществ через биологические мембраны 11.Пассивный перенос веществ через мембрану.
12.Виды пассивного транспорта.
13.Электрохимический потенциал.
14.Уравнение Нернста-Планка.
15.Активный транспорт веществ.
16.Опыт Уссинга.
17.Электрогенные ионные насосы.
18.Липидные поры: стабильность и проницаемость мембран.
19.Биоэлектрические потенциалы 20.Потенциал покоя в клетках.
21.Потенциал действия.
22.Распространение нервного импульса вдоль возбудимого 23.Период рефрактерности.
24.Типы синапсов.
25.Структура и функции синапсов.
26.Биофизика мышечного сокращения 27.Классификация мышц.
28.Структура поперечно-полосатой мышцы.
29.Модель скользящих нитей.
30.Биомеханика мышцы.
31.Реакция типа «все или ничего».
32.Рефрактерность.
33.Электромеханическое сопряжение в мышцах V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2. Волькенштейн М.В. Биофизика. М., Наука, 1981.
3. Волькенштейн М.В. Физика и биология. М., Наука, 1980.
4. Медицинская биофизика./ Под ред. В.0. Самойлова. Л., 1986.
5. Рубин А.Б. Биофизика: в 2 т. М., Книжный дом «Университет», 2000.
6. Биофизика. / Под ред. Б.Н. Тарусова и О.Р., Кольс. М., 1968.
7. Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потанянко А.Я.. Деев А.И.
Биофизика. М., 1983.
8. Волькенштейн М.В. Биофизика. М., 1988.
Дополнительная литература 1. Блюменфельд Л.А. Проблемы биологической физики. М., 1977.
2. Шульц Г., Ширмер Р. Принципы структурной организации белков.
М., Мир, 1982.
3. Фершт Э. Структура и механизм действия ферментов. М., Мир, 1980.
4. Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функция. М., Мир, 1997.
5. Ходжкин А. Нервный импульс. М., Наука, 1965.
6. Кольс О.Р., Максимов Г.В. Раденович Ч.Н. Биофизика ритмического возбуждения. М., МГУ, 1993.
7. Бэгшоу Л. Мышечное сокращение. М., 1985.
8. Устинов Г.Г., Поляков В.В. Медицинская физика. Физические процессы в организме человека. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2001.
9. Клейтон Р. Фотосинтез. Физические механизмы и химические модели. М., 1984.
10. Хилл А. Механика мышечного сокращения. М., 1985.
11. Устинов Г.Г., Поляков В.В. Медицинская физика. Физические методы и приборы в диагностике и лечении. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2002.
12. Коган А.Б. Электрофизиология. М., Интернет-ресурсы Волькенштейн М.В. Биофизика. М., Наука 1988.djv. Размер: 6,45 MB.
http://ihtik.lib.ru/dreamhost_chem_8janv2007.html Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика. М., Наука 1975.djv.
Размер: 4,80 MB.
http://ihtik.lib.ru/dreamhost_chem_8janv2007.html Волькенштейн М.В. Общая биофизика. М., Наука 1978.djv. Размер:
4,78 MB.
http://ihtik.lib.ru/dreamhost_chem_8janv2007.html Ревин В.В., Максимов Г.В., Кольс О.Р. Биофизика.djvu. Размер: 1, MB.
http://ihtik.lib.ru/servage_med_29oct2006n.html Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Биофизика.djvu. Размер: 2,57 MB.
http://ihtik.lib.ru/servage_med_29oct2006n.html Романовский Ю.М., и др. - Математическая биофизика (Наука, 1984).djvu. Размер: 1,98 MB.
http://ihtik.lib.ru/dreamhost_biology_4janv2007.html Рубин - Биофизика в 2х томах.rar. Размер: 18,68 MB.
http://ihtik.lib.ru/dreamhost_biology_4janv2007.html Ю. А. Владимиров, Д. И. Рощупкин, А. Я. Потапенко, А. И. Деев.
Биофизика. М., 1983 г..djvu. Размер: 4,01 MB.
http://ihtik.lib.ru/servage_med_29oct2006n.html А.Д.Базыкин - Математическая биофизика взаимодействующих популяций. Размер: 34,50 KB.
http://ihtik.lib.ru/teor-estestv_21dec2006/ Губанов Н.И, Утепбергенов А.А. - Медицинская биофизика (1978).djvu. Размер: 8,21 MB http://ihtik.lib.ru/servage_med_29oct2006n.html Составитель: Кравченко Константин Леонидович, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и естествознания.
Рекомендовано На заседании кафедры экологии и естествознания Протокол № 5 от 6 декабря 2006 г.
Зав. кафедрой (Копылова Л.И.) Одобрено На заседании УМК ЕГФ Протокол № 4 от 6 декабря 2006 г.
Председатель УМК ЕГФ (М.Б. Дьякова) Дополнения и изменения в учебной программе дисциплины на 200_/ 200_ учебный год.
В учебную программу дисциплины вносятся следующие изменения:
Учебная программа дисциплины обсуждена и рекомендована на заседании кафедры _ протокол № от 200_г.
Заведующий кафедрой _ Внесенные изменения одобрены на заседании УМК факультета _ протокол № от 200_г.
Председатель УМК Внесенные изменения утверждены на заседании совета факультета _ протокол № от_200_г.
Председатель совета_ Протокол согласования учебной программы дисциплины с другими дисциплинами направления (специальности) Основная литература 1. Антонов В.Ф., Черныш А.М. и др. 15 Печатный библиотека Биофизика. М., 1999.
2. Волькенштейн М.В. Биофизика. М., 2 Печатный библиотека 3. Медицинская биофизика./ Под ред. 5 Печатный библиотека В.0. Самойлова. Л., 1986.
4. Рубин А.Б. Биофизика: в 2 т. М., 2 Печатный библиотека Книжный дом «Университет», 2000.
5. Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., 2 Печатный библиотека Потанянко А.Я.. Деев А.И. Биофизика.
Дополнительная литература биологической физики. М., 1977.
функция. М., Мир, 1997.
Раденович Ч.Н. Биофизика ритмического возбуждения. М., Медицинская физика. Физические процессы в организме человека.
Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2001.
5. Клейтон Р. Фотосинтез. Физические 1 Печатный библиотека механизмы и химические модели. М., 6. Хилл А. Механика мышечного 1 Печатный библиотека сокращения. М., 1985.
7. Коган А.Б. Электрофизиология. М., 1 Печатный библиотека II. Электронно-программные средства 1. Контрольно-измерительные 150 сетевой Учебный Новосибирск, 2000.
«