МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
__________________ Л.М.Волосникова
«_____» _____________ 2011 г.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ БИОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов специальности 020201.65 «Биология», заочной формы обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор (ы) работы _________________/Белкин А.В./
«___26__»__августа_2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и
животных протокол № 1 от 29 августа 2011 г. Соответствует
требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем __10___стр.
Зав. кафедрой ___________________/Соловьев В.С./
«_29__»_августа_ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК Института математики, естественных
наук и
информационных технологий департамента биологии «24» сентября
2011 г.
№ протокола 1
Соответствует ГОС ВПО и учебному плану образовательной
программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК________________________/ Фролова О.В./
«__24____»__сентября__2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ ________________________ /Федорова
С.А./
«______»_____________2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ФГБОУ ВПО ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра анатомии и физиологии человека и животных
Белкин А.В.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ БИОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов 020201.65 направления «Биология»,
форма обучения – заочная
Тюменский государственный университет
2011
Белкин А.В. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ БИОФИЗИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020201.65 «Биология», форма обучения – заочная.
Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2011, 10 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС
ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю
подготовки.
Практика закрепляет знания и умения, приобретаемые обучающимся в
результате освоения теоретических курсов, вырабатывают практические
навыки, и способствует комплексному формированию общекультурных и
профессиональных компетенций обучающегося.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Современные методы биофизических исследований [электронный ресурс] /
Режим доступа: http://www.umk.utmn.ru, свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой анатомии и физиологии человека и
животных. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Соловьев Владимир Сергеевич, д.м.н.,
профессор, заведующий кафедрой анатомии и физиологии человека и
животных
© Тюменский государственный университет, 2011 .
© Белкин А.В. 2011 .
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие
разделы:
1. Пояснительная записка:
1.1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины: Целью преподавания дисциплины является
формирование
у
студентов
представлений
о
современных
высокочувствительных методах исследования молекулярных механизмов
биологических процессов, лежащих в основе функционирования
биологических мембран.
Задачи курса включают необходимость интеграции определённых
направлений физики, математики, информатики, химии и биологии для
осуществления комплексного подхода в изучении ряда явлений на уровне
живого организма и их систем.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП
Содержание дисциплины: Основная задача биофизики. Современные методы
биофизики. Оптические методы исследования биологических мембран.
Радиоспектроскопические методы исследования биологических мембран.
Микроэлектродные методы исследования биологических мембран.
Калориметрические методы исследования биологических мембран.
Модельные методы исследования биологических мембран. Математические
модели.
Содержание данной дисциплины необходимо для освоения дисциплин –
физиологии; генетики; биотехнологии, микробиологии.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать:
принципы, закономерности, методы и современные направления
биологии, физики живого, математики.
•Уметь:
Использовать методологические достижения и перспективные
направления биофизики для решения биологических, медицинских,
сельскохозяйственных проблем, диагностики состояния и охраны природной
среды.
Проводить анализ научной литературы.
Приобретать новые знания, используя информационные технологии.
 Владеть:
широким спектром физических, математических, молекулярнобиологических, генетических методов, используемых в биофизике.
Навыками научной дискуссии.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 10. Форма итоговой аттестации – зачет Общая трудоемкость
дисциплины составляет 47 часов.
Тематический план.
3.
Таблица 1.
Лекции
Тема
Виды учебной работы и
самостоятельная работа,
в час.
Самостоят
ельная
работа
№
п/п
1
1
2
Основная
задача
биофизики.
Современные методы биофизики.
Оптические методы исследования
биологических
мембран.
Радиоспектроскопические методы
исследования
биологических
мембран.
Микроэлектродные
методы
исследования
биологических
мембран.
Калориметрические
методы
исследования
биологических
мембран.
Модельные методы исследования
биологических
мембран.
Математические модели.
Всего
Итого
2
Итого часов по
теме
Тематический план
3
2
4
21
5
23
2
22
24
4
4
43
43
47
47
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
1
Темы
Виды СРС
Объем
часов
обязательные
дополнительные
Основная
задача Подготовка
к Углубление
и
21
биофизики.
промежуточном систематизация
Современные методы у тестированию полученных знаний с
биофизики.
использованием
Оптические методы
основной
и
исследования
дополнительной
биологических
литературы
мембран.
Радиоспектроскопиче
ские
методы
исследования
биологических
мембран.
2 Микроэлектродные
методы исследования
биологических
мембран.
Калориметрические
методы исследования
биологических
мембран. Модельные
методы исследования
биологических
мембран.
Математические
модели.
Всего:
Подготовка
к
дискуссии
по
теме
Реферат по теме
Углубление
и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной
и
дополнительной
литературы
Подготовка
презентаций по теме
реферата
43
4.
Разделы
дисциплины
и
междисциплинарные
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
п/п
1
2
3
4
5
5.
Наименование
обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
Биофизика
Генетика
Физиология
Биотехнология
Биохимия
22
связи
с
Темы дисциплины необходимые для
изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Содержание дисциплины.
Лекция №1
Роль
экспериментальных
методов
в
биофизике.
Значение
теоретических методов исследования, основанных на современных
достижениях физики, математики, физической химии в развитии биофизики.
Оптические.
Принципиальная
схема
микроскопа.
Понятие
разрешающей способности микроскопа. Электронный микроскоп. Проблемы
подготовки образца для исследований при помощи электронного
микроскопа. Метод замораживания-травления, замораживания-скалывания.
Рентгено-структурный анализ. Теоретические основы метода. Использование
метода для исследования пространственного строения вещества.
Радиоспектроскопические. ЭПР-спектроскопия. Понятия спиновых меток,
спиновых зондов. Принципиальная схема установки для ЭПР
спектроскопии. Теоретические основы ЭПР-спектроскопии. Использование
метода для изучения подвижности жирнокислотных цепей фосфолипидов и
самих липидных молекул в биологических мембранах, а также для изучения
строения мембран и фазовых переходов в них. Основные недостатки метода.
ЯМР-спектроскопия. Особенности метода и его преимущества перед ЭПРспектроскопией. Принципиальная схема установки для ЯМР-спектроскопии.
Использование метода для изучения подвижности жирно-кислотных цепей
фосфолипидов и самих липидных молекул в биологических мембранах, а
также для изучения строения мембран и фазовых переходов в них.
Сравнительный анализ других методов (ЯГР-спектроскопия, метод
флуоресцентных зондов и др.)
Лекция №2
Микроэлектродные. Использование микроэлектродной техники для
изучения ионной проницаемости мембран. Требования предъявляемые к
микроэлектродам и техника их изготовления. Принципиальная схема
установки. Теоретические основы предмета исследования.
Калориметрические. Дифференциальная сканирующая микрокалориметрия.
Использование метода для изучения фазовых переходов в биологических
мембранах. Теоретические основы предмета исследования.
Модельные.
Модельные
мембранные
системы.
Использование
модельных систем для изучения ионной проницаемости мембран, строения
мембран, принципов их формирования, основ их взаимодействия, а также
транспортных процессов и биоэлектрических явлений. Монослой на границе
вода-воздух, вода-масло. Плоские бислойные фосфолипидные мембраны
(БЛМ). Липосомы. Протеолипосомы. Использование липосом для транспорта
лекарственных веществ.
Математические модели. Особенности и этапы математического
моделирования. Использование модельных подходов при описании ряда
процессов, протекающих на биологических мембранах. ЭВМ в биологии и в
медицине.
6. Вопросы для самоподготовки
1. Биофизика как наука. Современные достижения биофизики и их
значение для биологии и медицины. Роль экспериментальных методов
в биофизике. Значение теоретических методов исследования,
основанных на современных достижениях физики, математики,
физической
химии
в
развитии
биофизики.
ЭПР-спектроскопия. Понятия спиновых меток, спиновых зондов.
2. Принципиальная
схема
установки
для
ЭПР
спектроскопии.
Использование ЭПР для изучения подвижности жирнокислотных
цепей фосфолипидов и самих липидных молекул в биологических
мембранах, а также для изучения строения мембран и фазовых
переходов в них. Основные недостатки метода.
3. ЯМР-спектроскопия. Особенности метода и его преимущества перед
ЭПР-спектроскопией. Принципиальная схема установки для ЯМРспектроскопии. Использование метода для изучения подвижности
жирно-кислотных цепей фосфолипидов и самих липидных молекул в
биологических мембранах, а также для изучения строения мембран и
фазовых переходов в них.
4. Модельные мембранные системы. Использование липосом для
транспорта лекарственных веществ.
5. Электронная микроскопия в исследовании биологических мембран.
Устройство
'электронного
микроскопа.
Метод
замораживанияскалывания, замораживания-травления.
6. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии и применение
его для изучения фазовых переходов в биологических мембранах.
7. Мембранный потенциал. Методы измерения мембранного потенциала.
Микроэлектродная техника.
8. Поляриметр - его устройство и принцип работы. Использование
поляриметра для определения концентраций оптически активных
веществ. Законы преломления света. Рефрактометр - его устройство и
назначение.
9. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Фотоэлектроколориметр. Его устройство
и принцип работы.
10.Тормозное рентгеновское излучение. Устройство и принцип работы
рентгеновской трубки. Использование рентгеновских лучей для
изучения структуры веществ и в медицине.
11 .Рентгено-структурный анализ. Уравнение Вульфа-Бреггов.
Использование метода для исследования пространственного строения
вещества.
12. Математические модели. Особенности и этапы математического
моделирования. Использование модельных подходов при описании
ряда процессов, протекающих на биологических мембранах. ЭВМ в
биологии и в медицине.
7. Темы рефератов:
1. Спектральные методы исследования стационарных свойств
биологических систем
2. Динамические спектральные методы исследования биологических
систем
3. Лазерная спектроскопия
4. Методы изучения ионной проницаемости биологических мембран
5. Калориметрические методы исследования биополимеров и мембранных
систем
6. Монослои липидов на границе раздела воздух - вода
7. Методы радиоспектроскопии
8. Математическое моделирование
9. Автоматизация биофизических исследований
8.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
8.1 Основная литература:
1.
Биофизика /под. ред. В.Ф. Антонова.- М.: «ВЛАДОС», 2003. – 228 c.
Гриф УМО
2.
Ремизов, А.Н. и др. Медицинская и биологическая биофизика. М.:
ДРОФА», 2004, 2005. – 560 c. Гриф УМО
8.2 Дополнительная:
1.
Джаксон, М. Молекулярная и клеточная биофизика. М.: Мир
"БИНОМ", 2009. - 551 с.
2.
Журавлёв, А. И. Квантовая биофизика животных и человека. М.:
"БИНОМ", 2011. - 398 с..
3.
Сердюк, И. Методы в молекулярной биофизике: структура,
функция, динамика. В 2 т. Т. 1. М.: КДУ, 2009.- 568 с.
4.
Динамические модели процессов в клетках и субклеточных
наноструктурах. М., Ижевск: РХД, 2010. – 448 с.
5.
Оптическая биомедицинская диагностика / ред. В. В. Тучин. В 2
томах. Т. 1. М.: Физмалит, 2007. – 560 с. Гриф МО
6.
Оптическая биомедицинская диагностика / ред. В. В. Тучин. В 2
томах. Т. 2. М.: Физмалит, 2007. – 368 с.
7.
Сердюк, И. Методы в молекулярной биофизике: структура,
функция, динамика. В 2 т. Т. 2. М.: КДУ, 2010.- 736 с.
8.
Ризниченко, Г. Ю., Рубин, А. Б. Биофизическая динамика
продукционных процессов. Москва-Ижевск: Институт компьютерных
исследований, 2004. - 464 с.
8.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. www.pubmed.com
2. www.medline.ru
3. www.elibrary.ru
4. Пакет для компьютерного тестирования
Технические средства и материально-техническое обеспечение
дисциплины.
Учебный процесс по дисциплине «физиология и биофизика анализаторов»
проходит в двух аудиториях департамента биологии Тюменского
госуниверситета. Аудитория № 209 (лекционная аудитория) оснащена
мультимедийным комплексом, позволяющим воспроизводить слайды,
видеоролики и др. и в аудитории № 107, оснащенной также
мультимедийным оборудованием.
9.