Sofia university



Дата16.10.2018
Размер155.1 Kb.
ТипЛекции
ПРОЕКТ

СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИ ФАКУЛТЕТ

БЪЛГАРИЯ, СОФИЯ 1164

БУЛ. "ДЖЕЙМЗ БАУЧЪР" 5

ТЕЛ.: +359 2 622 446

ФАКС: + 359 2 962 5276, ТЕЛЕКС: 23296 SUKO BG




SOFIA UNIVERSITY

FACULTY OF PHYSICS

1164 SOFIA, BULGARIA

5 JAMES BOURCHIER ВLVD.

ТEL.: +359 2 622 446

FAX: +359 2 962 5276, TELEX: 23 296 SUKO BG



Утвърдена с Протокол на ФС N: …../ ……..

Декан:

/доц. д-р Д. Мърваков/

УЧЕБНА ПРОГРАМА

ПО ДИСЦИПЛИНАТА: Медицинска биофизика

ВКЛЮЧЕНА В УЧЕБНИЯ ПЛАН НА СПЕЦИАЛНОСТ: Медицинска физика

СТЕПЕН НА ОБУЧЕНИЕ: бакалавър

КРЕДИТИ (ECTS): 7.5

ИЗВАДКИ ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН



Вид на занятията:

Семестър:

Хорариум-часа

седмично:



Хорариум-часа

общо:

Лекции


6

3

45

Семинарни упражнения




1

15

Практически упражнения




2

30

Общо часа:




6

90

Форма на контрол:






изпит




А. АНОТАЦИЯ:
Курсът по “Медицинска Биофизика” е предназначен за студентите от специалност “Медицинска физика”, които се обучават в бакалавърска степен. Неговата цел е най-общо да изложи пред тях физичния подход към изучаването на явленията в живата материя. Той трябва да даде представа за приложението на разнообразните физични принципи и методи (физични перспективи, начин на виждане върху проблемите) в основните области на науките за живота (т.нар. Life Sciences). Същевременно другата му главна задача е да запознае студентите с по-важните постижения в тези области и с утвърдените понастоящем понятия за организацията и функционирането на живите системи на всички йерархични нива (от молекулните ансамбли до биосферата като цяло). Това трябва да разшири представите им и да ги подтикне към осмисляне на натрупания огромен фактически материал за биологичните обекти, а също така да ги ориентира в проблемите свързани с тяхното изследване на съвременния етап. С тази насоченост е и предлаганата Програма на курса. В нея са застъпени въпроси засягащи както теоретичното физико-математично третиране на биологичните феномени, така и тяхното експериментално проучване. Тя разглежда общоприетите базисни концепции за пространствената архитектура и функционална активност на главните елементи на клетката, явяваща се квант на биологичната форма на материята, а така също междуклетъчните контакти и взаимни връзки в организма. Включени са конкретни модели за структурата и действието на някои по-важни нативни биокомплекси, представляващи интерес от физиологичен и медицински аспект. Съществено място е отделено на основните експериментални методи от биофизиката и биохимията. Върху някои от тях са поставени лабораторни упражнения. В програмата умишлено са заложени само в кратка форма такива въпроси като например диагностично и терапевтично приложение на различни физични методи, Радиационна биофизика и т.н., защото те са предмет на няколко други курса, които се четат от утвърдени специалисти в тези области.

Лекциите са онагледени с необходимия илюстративен фонд (представяне Powerpoint и анимации). Част от тях са напълно развити под формата на отделни теми с текст, фигури и снимки, качени на страницата на катедра Атомна физика (понастоящем 21 теми с обем от около 1000 слайда).

Семинарните занятия целят опресняване на познанията от онези части на Физиката, Химията, Биологията и техните междинни сфери, без които е невъзможно разбирането на основния материал излаган в курса.

Естествено, предложеният проект за Програма (както и всеки друг), така или иначе ще носи някакъв субективен елемент и не може да претендира за абсолютна пълнота относно почти необозримата тематика на тази област от науката. При наличието на достатъчно голям обем цитирана литература (по-голямата част от която ще бъде предоставена), единствено интересът и усилията на студентите са факторите които могат да помогнат за навлизането в нея.



Б. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА:

Лекции



Тема, вид на занятието

Брой часове

1

Встъпителна част [1,6,14,25,26,46-48,50]. Предмет и методи на биофизиката. Проблеми във физическото описание на биосистемите. Принципи и нива на организация на живата материя. Взаимни връзки в живите системи, синергизъм.

2

2

Теоретични аспекти на биофизиката.

1.Динамични модели на биологичните процеси [4-6,9-13]. Периодичните процеси като поведение на система кинетични уравнения. Гранични цикли. Методи на изследване базиращи се на качествената теория на диференциалните уравнения. Йерархия на времевите мащаби. Приложение в екологията (модел на Лотка-Волтера), биохимията (кинетика на ензимните реакции, обратни връзки и регулация) и молекулярната биология (модели на Жакоб-Моно).

2.Въведение в неравновесната термодинамика [6,9-13]. Класификация на термодинамичните системи. Линейна термодинамика на необратимите процеси. Феноменологични връзки между обобщените потоци и обобщените сили. Съотношения на Онзагер. Теорема за минимум в производството на ентропията. Нелинейна област. Общ критерий за еволюция. Неустойчивост далеч от равновесие и възникване на диссипативни структури.


6

3

Физикохимия и електрохимия на биоинтерфейсите [3-5, 24, 32, 38, 40, 42, 49]. Междуфазови граници и повърхностно напрежение. Капилярни явления. Колоидни разтвори. Сили действащи между частиците, стабилност на дисперсните системи, DLVO-теория. Емулсии, пени, тънки течни филми. Ъгъл на омокряне. Повърхностно активни вещества (ПАВ). Електрохимични клетки и реакции. Фарадееви и нефарадееви процеси. Двоен електричен слой, йонна атмосфера. Дифузионни потенциали. Обща електродифузионна задача, уравнение на Нернст-Планк.

4

4

Клетките кванти на биологичната форма на материята. 1.Морфология на клетката [1, 2, 8, 20-22, 35, 36, 46-48]. Субклетъчни структури и функции. Aспекти на клетъчния мембранен дизайн – пространствена специализация на функциите (компартментализация); анизотропност (насоченост на процесите, ориентация на макромолекулните комплекси). Плурипотентност и диференциация на клетките.

2.Биомембрани и техни изкуствени аналози [1, 2, 6, 8, 20, 27-29, 38, 40, 41, 46-48]. Разнообразие на клетъчните мембранни системи и функции. Клетъчен граничен комплекс и вътреклетъчни мембрани (ядрени, ендоплазматични, митохондриални, тилакоидни). Мембранен транспорт: свободна дифузия и системи за пренос. Пасивен и активен транспорт. Специализирани мембранни функции (електровъзбудими, фотовъзбудими, сензорни комплекси). Потенциал на мембрана с пасивна проницаемост – уравнение на Голдман-Ходжкин-Катц.. Моделни мембранни системи: бислойни липидни мембрани (BLM), липозоми, пенни филми, монослоеве, тънки течни филми върху твърда подложка. Възможности за модифициране на изкуствените мембранни аналози.



8

5

Молекулна “логика” на живата материя

1.Междумолекулни взаимодействия в разтвори [3-5, 7, 17-19, 23, 40, 42, 47, 48]. Понятие за химична връзка. Йонен и ковалентен характер на връзката. Координационни връзки, комплексни съединения. Водородна връзка, структура и свойства на водата. Нековалентни взаимодействия с биологична значимост: електростатични, ван-дер-ваалсови, хидрофобен ефект. Термодинамика, кинетика и катализ на химичните реакции; Енергия на активация, скоростни константи, действие на катализаторите.

2. Молекулни основи на структурата и функциите на биополимерите [1, 2, 8, 20-22, 35, 37, 44-48, 50]. Нива на организация на белтъците. Пептидна връзка и първична аминокиселинна последователност. Вторична структура: α-спирала и β-нагънат слой, “мотиви” и домени. Третична структура и сили, които я стабилизират. Нативна конформация на белтъците, денатурация и ренатурация, парадокс на Левинтал. Термодинамика на белтъчната структура, енергиен ландшафт. Надмолекулни ансамбли. Строеж и роля на нуклеиновите киселини. Репликация, транскрипция, транслация и генетичен код. Химичен състав и биологична роля на полизахаридите. Функционално многообразие на биомакромолекулите, физични принципи на молекулното разпознаване (“паралелни” взаимодействия).


6

6

Биоенергетика и биомеханика [1, 2, 8, 22, 46, 49, 50]. Редокс реакции и пренос на заряд в електрон-транспортните вериги. Окислително и фотофосфорилиране. Протонен градиент и синтез на АТФ, хемиосмотично спрягане. Действие на мембранните мултиензимни комплекси, регулация и синергизъм. Структурни и двигателни системи. Цитоскелет – механични, двигателни и сигнални функции. Мускулни и немускулни съкратителни белтъци. Структурни пептиди и комплекси с други биомолекули (нуклеопротеинови, гликопротеинови, хлорофилпротеинови, липопротеинови).

6

7

Информационни функции в организмите [1, 2, 8, 20, 22, 26, 29, 36, 44, 46, 49, 50]. Електрична и химична сигнализация. Изработване на потенциал на действие от невроните. Теория на Ходжкин-Хаксли – термодинамични проблеми и съвременни алтернативни решения. Сензорни системи. Мембранни рецепторни комплекси и преобразуване на сигнала при фоторецепцията, обонянието и невротрансмисията. Механизъм на вторичните посредници. Междуклетъчни контакти и тъканна съвместимост. Имунни реакции. Разработване на биомиметични сензорни устройства.

4

8


По-важни експериментални методи на изследване в биофизиката [1-6, 27-29, 32, 36, 38, 43-50]. Оптична спектроскопия и микроскопия (флуоресцентни сонди и маркери) Електронна (трансмисионна и сканираща) микроскопия, криогенни методики за обработка на образците. Субмолекулна растерна компютърна визуализация (микроскопия на сканираща сонда, STM, AFM и т.н.). Ядрен магнитен (ЯМР) и електронен парамагнитен резонанс (ЕПР). Калориметрия. Електрохимични методи за анализ: рН, кондуктометрия, полярография и т.н. Най-често използвани препаративни техники (изолиране на субклетъчни фрагменти и макромолекулни комплекси): центрофугиране, електрофореза, хроматография, имуноанализ, имобилизация.

4


9

Биофизични принципи на някои съвременни диагностични и терапевтични методи в медицината [30-33, 45-48]. Механични трептения и ултразвук. Външно-телесна шокова вълнова литотрипсия (ESWL). Доплерова диагностика. Стимулация на дейността на жизнено важни органи – електроконвулсия дефибрилация и хронаксиметрия. Електролитни методи – йонтофореза и галванизъм. Магнетотерапия. Светлинна (UV видима и IR) терапия, Фотодинамична терапия. Приложение на лазери в медицината. Методи на йонизиращата радиация. Компютърна обработка на изображения – рентгенова, ЯМР и позитронна томография. Радиотерапевтика – гама скалпел и брахитерапия.

5

Семинарни упражнения



Тема на занятието

Брой часове

1

Приложение на неравновесната термодинамика в биологията. Химични системи и спрегнати реакции. Закони на Фик за дифузията. Кинетични модели и диссипативни структури в биохимията и биологията. Регулационни схеми при метаболизма и генната експресия. Модел на Лотка-Волтера, недостатъци при описанието на реални системи.

3

2

Елементи от теорията на разтворите. Йонна сила на разтвора и активност на йоните. Определение за киселини и основи. Водороден показател (рН) във водна и неводна среда. Буферни системи в живите организми.

2

3

Изолиране и изследване на биомакромолекулите. Седиментация и ултра-центрофугиране. Диализа и ултрафилтрация. Методи за фракциониране: електрофореза (вкл. “двумерна” и SDS), йоннообменна, афинна и течна (вкл.HPLC) хроматография. PCR техника за “размножаване” на нуклеотидни фрагменти.

2

4

Биотехнология. Получаване на моноклонални антитела. Рекомбинантна ДНК и клониране. Вируси – видове, жизнен цикъл, използване за генетични изследвания и технологии.

2

5

Електрохимичен анализ в клиничната диагностика. Йон-селективни потенциометрични електроди – устройство и принцип на действие. Амперометричен кислороден електрод на Кларк. Възможности за вътрешносъдов, подкожен и неинвазивен мониторинг. Биосензори с електрохимично преобразуване на сигнала – системи за наблюдение на кръвната захар.

3

6

Основни процеси в биосферата. Утилизация на слънчевата енергия и кръговрат на кислорода, въглерода и азота. Класификация на организмите по отношение на източниците на вещество (въглерод) и енергия. Фотосинтеза – светлинно зависими и светлинно независими процеси, газообмен на O2 и CO2, воден режим.

3

Практически упражнения



Тема на практическото занятие

Брой часове

1

Електрохимично наблюдение на ензимната реакция на глюкозооксидазата. Изследване на параметрите на глюкосензори за еднократна употреба.

2

2

Измерване на повърхностното напрежение с пластинка на Вилхелми.

4

3

Моделни мембранни системи. Получаване на Нютонови пенни филми, бислойни липидни мембрани (BLM) и тънки течни филми върху твърда подложка.

4

4

Амперометрично определяне на активността на кислорода в течни и газови фази.

3

5

Измерване на концентрацията на хирални молекули с рефрактометър.

3

6

Диференциално титруване в pH–метрията. Определяне на константата на киселинност и буферния капацитет.

3

7

Регистриране на редуцираните форми на желязото в биологично важни молекули чрез потенциометрично редокс титруване.

2

8

Изследване на интерфейсните свойства на липиди и сърфактанти чрез резонанса на механичния импеданс.

3

9

Елипсометрично изследване на кинетиката на адсорбция на белтъци към липидни слоеве върху твърда подложка.

3

10

Йон-селективни електроди. Видове, устройство и принцип на действие.

3


В. ФОРМАТА НА КОНТРОЛ Е: изпит

Изпитът се провежда като семинар на който всеки изнася доклад по предварително подготвена тема пред останалите колеги. Води се дискусия на проблемите и се поставят въпроси върху цялата Програма.


Г. ОСНОВНА ЛИТЕРАТУРА:

1. A.Ленинджер, Биохимия, М., Мир, 1976.

2. Б.Албертс, Д.Брей, Дж.Льюис, М.Рэфф, К.Робертс и Дж.Уотсон, Молекулярная биология клетки, в 5 томах, М.,Мир, 1986.

3. Ч.Кантор, П.Шиммел, Биофизическая химия, 3 тома, М., Мир, 1984.

4. Э.Маршелл, Биофизическая химия, 2 тома, М., Мир, 1981.

5. П.Эткинс, Физическая химия, 2 тома, М., Мир, 1980.

6. А.Б.Рубин, Биофизика, 2 тома, М., Высшая школа, 1987.

7. Ф.Коттон, Дж.Уилкинсон, Основы неорганической химий, М., Мир, 1979.

8. Л.Д.Бергельсон, Мембраны, молекулы, клетки, М., Наука, 1982.


9. М.Эйген, П.Шустер, Гиперцикл: принципы самоорганизации макромолекул, М., Мир, 1982.

10. В.В.Немыцкий, В.В.Степанов, Качественная теория дифференциальных уравнений, Гос.Изд.Техн.-Теор.Лит., Москва, Ленинград, 1949.

11. Дж.Марри, Нелинейные дифференциальные уравнения в биологии. Лекции о моделях. Москва, Мир, 1983.

12. Дж.Марсден, М.Мак-Кракен, Бифуркация рождения цикла и ее приложения, М., Мир, 1980.



Д. ДОПЪЛНИТЕЛНА ЛИТЕРАТУРА

13. Г.Николис, И.Пригожин, Самоорганизация в неравновесных системах, М., Мир, 1979.

14. И.Пригожин, И.Стенджър, Новата връзка. Метаморфоза на науката, София, Наука и изкуство, 1989.

15. И.П.Базаров, Термодинамика, 3 изд., Москва, Высшая школа, 1983.

16. Я.П.Терлецкий, Статистическая физика, 2 изд., М., Высшая школа, 1973.

17.Р.Заградник, Р.Полак, Основы квантовой химии, М., Мир, 1979.

18. П.Бончев, Увод в аналитичната химия, София, Наука и изкуство, 1985.

19. Д.Лазаров, Обща и неорганична химия, София, Наука и изкуство, 1978.



20. К.Дудов (ред.), Молекулите на живота, серия Хоризонти на биологията, Наука и изкуство, София, 1989.

21. Дж.Уотсън, Дж.Тууз, Д.Курц (ред.), Рекомбинатна ДНК, Наука и изкуство, София, 1989.

22. Klaus-Peter Berndt et.al. (ред.), Животът: малка биологична енциклопедия, Наука и изкуство, София, 1992.

23. В.Д.Пономарев, Аналитическая химия, 2т. М., Высшая школа, 1982.

24. А.Шелудко, Колоидна химия, Наука и изкуство, София, 1966.

25. M.В.Волькенштейн, Физика и биология, М., Наука, 1980.

26. M.В.Волькенштейн, Энтропия и информация, М., Наука, 1986.

27. В.Г.Ивков, Г.Н.Берестовский, Динамическая структура липидного бислоя, М., Наука, 1981.

28. В.Г.Ивков, Г.Н.Берестовский, Липидный бислой биологических мембран, М., Наука, 1982.

29. R.B.Gennis, Biomembranes:molecular structure and function, 533pp., Springer-Verlag, N.Y., 1989.

30. A.P.F.Turner, I.Karube and G.S.Wilson (eds.).1987., Biosensors: fundamentals and applications, 770pp.,Oxford Univ.Press, New York.

31. F.L.Carter (ed.), Molecular electronic devices, Marcel Dekker, New York, 1987.

32. T.E.Edmonds (ed), Chemical sensors, 326pp., Chapman and Hall, New York, 1988.

33. A.J. Bard and L.R. Faulkner, Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed., p.833, John Wiley & Sons, New York, 2001.

34. Ж.Симон, Ж.-Ж.Андре, Молекулярные полупроводники, Москва, "Мир", 1988.

35. А.Азимов, Пътеводител в науката. Биологически науки, София, "Наука и изкуство", 1989.

36. Ф.Ж.Айала, Д.А.Кигер, Съвременна генетика, София, Земиздат, 1987.

37. Е.Бенджамини, С.Лесковиц, Имунология: Кратък курс, Wiley-Liss, 1992.

38. Д.У.А.Шарп, (ред.), Химически енциклопедичен речник, Наука и изкуство, София, 1993.

39. Ив.Панайотов, Увод в биофизикохимията, Унив.изд. "Кл.Охридски", София, 2000.

40. J.N.Israelachvili, Intermolecular and surface forces, 2nd ed., Academic Press, London, 1991.

41. B. Buchanan, W. Gruissem, R. Jones, Eds., Biochemistry & Molecular Biology of Plants, American Society of Plant Physiologists, 2000.

42. Francis A. Carey, Organic chemistry, 4th ed., McGraw-Hill Comp.Inc., New York, 2000.

43. D.Harvey, Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill Comp.Inc., New York, 2000.

44. Goldsby, R.A., Kindt, T.J., Osborne, B.A., & Kuby, J. Immunology, 5th ed., W. H. Freeman and Company, New York., 2003.

45. A.J.F.Griffiths, S.R.Wessler, R.C.Lewontin, W.M.Gelbart, D.T.Suzuki, J.H.Miller, An Introduction to Genetic Analysis, 8th ed.; Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Lewinton, R.C., & Miller,J.H. Modern Genetic Analysis: Integrating Genes and Genomes, W. H. Freeman and Company, New York, (2002).

46. Alberts, B., Johnson, A., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P., Molecular Biology of the Cell, 4th ed., Garland Publishing, Inc., New York, 2002.

47. Lodish, H., Berk, A., Matsudaira, P., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.R., Zipursky, S.L., Darnell, J., Molecular Cell Biology, 5th ed., W.H.Freeman and Company, New York, 2003.

48. D.L.Nelson, M.M.Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, 4th ed., W.H.Freeman and Company, New York, 2005.

49. A.G.Petrov, The Lyotropic State of Matter. Molecular Physics and Living Matter Physics, p.516, Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, 1999.

50. C.K.Mathews, K.E. van Holde and K-G.Ahern, Biochemistry, 3rd ed. San Francisco: Benjamin Cummings, 2000.



12.12.2010 г. Съставил : В.Кочев
Каталог: event -> department-council -> materiali-km-zasedaniyata-na-katedreniya-svet -> arhiv
arhiv -> Основни научни и научно-организационни приноси
arhiv -> Климент охридски
arhiv -> Климент охридски
arhiv -> Доц д-р Леандър Литов
arhiv -> Биография на Борислав Атанасов Павлов Роден в гр. София, България, на 4 февруари 1977 г. Адрес за кореспонденция: Група по Физика на Елементарните Частици
arhiv -> Биография на доц дфн Ана Йовкова Пройкова
arhiv -> Календарната 2012 г
arhiv -> Sofia university faculty of physics
arhiv -> Календарната 2009 г. Начало на докторантурата 10. 01. 2007г
arhiv -> Програма по дисциплината: Увод във Физиката на eлементарните частици


Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2020
отнасят до администрацията

    Начална страница