Введение в молекулярную биофизику

Введение в молекулярную биофизику

18 пар: 12 лекций, 4 семинараб 2 зачет

Введение в курс 1 пара

Лекция № 1 (2 сентября 2015). Введение в курс.

Предмет биофизика. Живые системы. Клетка. Строение и функции живых систем и клетки.

Знакомство. Строение курса. Формат. Контрольные точки. Выставление оценок.

Биофизика – цели и задачи. Молекулярная биофизика. Живые и неживые системы и их признаки. Уровни организации живых систем. Эукариотическая и прокариотическая клетки: сходства и различия. Структура клетки. Органеллы: их структура и функции. Плазматическая мембрана. Аппарат Гольджи. ЭПР. Митихондрия. Пластиды: хлоропласт, хромопласт, лейкопласт. Ядро. Ядрышко. Цитоскилет: микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки.

Биополимеры: белки, липиды, полисахариды, нуклеиновые кислоты. Строение и функции биополимеров. 3 пары

Лекция №2 (9 сентября 2015). Нуклеиновые кислоты.

Функции НК. Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК. Характерные размеры. Первичная структура. Рибоза и дезоксирибоза. Основания: пуриновые и пиримидиновые. Пять основных типов. Комплементарное взаимодействие. Двойная спираль (вторичная структура). А, В и Z — формы ДНК. Силы, удерживающие двойную спираль: стэкинг оснований, водородное всязываение, гидрофобные и электростатические взаимодействия. Их порядок и природа. Триплексы и квадруплесы. Третичная и четвертичная структура. Т-РНК – структура и функции. Суперспирализация. Применение знаний о свойствах НК.

Лекция № 3 (16 сентября 2015). Белки.

Функции белков: каталитическая, структурная, защитная, регуляторная, сигнальная, транспортная, запасная (резервная), рецепторная, моторная (двигательная). Первичная струтура. Аминокислоты L и D. 20 природных АК: классификация. Пептидная связь. Вторичная струтура. Конформация: α-спирали и β-складки (листы) (параллельные и антипараллельные). Третичная и четвертичная структура. Типы взаимодействий и силы, стабилизирующие структуру. Использование данных о свойствах белков. Функции жиров. Жиры: нейтральные (насыщенные и ненасыщенные), фосфолипиды и сфинголипиды. Двойная мембрана. Холестерин. Гидрофобное и гидрофильное взаимодействие.

Полисахариды.

Реализация генетической информации. Генетический код. Репликация, транскрипция, трансляция. 2 пары

Лекция № 4 (23 сентября 2015). Реализация генетической информации. Генетический код. Репликация, транскрипция, трансляция. Репликация. Механизмы.

Лекция № 5 (30 сентября 2015). Транскрипция и трансляция. Использование данных о биологических процессах.

Физические модели описания биополимеров и процессов, протекающих с участием биомолекул (+зачем строить прогностические модели) 4 пары

Лекция №6 (7 октября 2015). Конфигурационная статистика полимерных цепей. Свободно-сочленненная цепь. Гибкость полимера. Фазовые переходы в биополимерах. Динамика фазовых переходов в биомолекулах. Конформационная подвижность биополимеров: физические модели и методы исследования. Использование биофизических данных о конформационных свойствах биомолекул.

Лекция №7 (14 октября 2015). Равновесное взаимодействие белков с лигандами. Ферментативный катализ. Регуляция биологической активности (лиганд-рецепторное взаимодействие). Кинетика Михаэлиса-Ментен. Использование данных о кинетике и термодинамике лиганд-рецептораных взаимодействий.

Лекция №8 (21 октября 2015). Физика мембран. Термодинамика процессов формирования и устойчивости мембран. Механические свойства мембран. Фазовые переходы в мембранных процессах. Мембранный транспорт. Активный и пассивный транспорт.

Лекция №9 (28 октября 2015). Трансформация энергии: дыхание и фотосинтез. Гемоглоблин и связывание кислорода. Цикл Кребса. Фотосинтез. Математические модели фотосинтеза.

Методы исследования биологических объектов Компьютерное моделирование биополимеров и их взаимодействий 2 пары

Лекция №10 (4 ноября 2015). Иерархия компьютерного моделирования: моделирование сложных систем (предсказание вторичной структуры белков и нуклеиновых кислот), молекулярная динамика, молекулярная механика, квантово-механические расчеты. Данные привлекающиеся для расчетов. Плюсы и минусы различных подходов для моделирования биологических объектов. Метод молекулярной механики. Метод молекулярной динамики. Программные средства и их реализация. Квантово-механические расчеты. Программные средства и их реализация. Современные достижения компьютерного моделирования.

Методы исследования биологических объектов: экспериментальные подходы 2 пары

Лекция №11 (11 ноября 2010). Оптические и спектроскопические методы. Оптическая спектроскопия. Флуоресцентная спектроскопия. Оптическая активность. ИК и спектроскопия комбинационного рассеяния. ЯМР и ЭПР. Современные достижения.

Лекция №12 (18 ноября 2010). Электронная микроскопия. АСМ. Гидродинамические исследования. Вискозиметрия. Ультрацентрифугирование. Хроматография: газовая и жидкостная. Электрофорез. Капиллярный электрофорез. Рентгеновская кристаллография. Термическая денатурация белков и НК. Современные достижения.

Семинар 1 (14). Доклады

Семинар 2 (15). доклады

Семинар 3 (16). доклады

Семинар 4 (17). доклады (16 декабря 2015).

Зачет и выставление оценок (18). (23 и 30 декабря 2010).

Принципы выставления оценок:

посещаемость+(доклад +вопросы) + зачет

Вопросы по списку из программы курса.

Темы докладов: мои или можно предлагать свои, что интересно, но нужно согласовать.

Темы докладов:

Путь белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот в организме. Каталитические функции РНК. Геномы: проблема размеров. Проект геном человека: задачи, пути решения, достигнутые успехи. Водородная связь. Эффект вытесненного объема на кинетические и термодинамические параметры при взаимодействии биополимеров. Фоторецепция и зрение. Физика нервного импульса. Химический потенциал и активность вещества. Механохимические процессы. Моделирование динамических систем. Диссипативные процессы и самоорганизация. Фракталы. Фрактальная организация элементов живых систем. Роль хаоса в биологических системах. Двойные электрические слои вокруг биомолекул. ЭПР для изучения молекулярно-биологических процессов ЯМР для изучения молекулярно-биологических процессов Рентгеноструктурный анализ для изучения молекулярно-биологических процессов. ИК и КР спектроскопия для изучения свойств биополимеров Использование компьютерного моделирования для анализа экспериментальных данных: полученных методом ЯМР и ЭПР, рентгеноструктурного анализ. Использование нейронных сетей для моделирования биологических процессов. Масс-спектрометрия и масс-спектроскопия: методы разделения и анализа. Методы исследования быстро протекающих процессов (кинетики). Применение АСМ для изучения биологических объектов. Белковая инженерия: технологии и достижения. Инженерия нуклеиновых кислот: технологии и достижения. Биосенсоры: молекулярно-биологические и физические основы Нобелевские премии по молекулярной биологии. Статистическая термодинамика образования двойной спирали ДНК Гидродинамика полимерной цепи. Свободно-протекаемый клубок. Модели связывания лигандов с ДНК Переход спираль-клубок в полипептидах. Статистическое рассмотрение. Компьтерное моделирование биополимеров. Молекулярный докинг (docking). Компьтерное моделирование биополимеров. Внутримолекулярное связывание (folding). Молекулярно-биологические и физические основы фотосинтеза Регуляция биологической активности. Модель Моно-Уаймена-Шанжё (МУШ) Кинетика процесса сворачивания белков. Диссипативные процессы и самоорганизация.

Список литературы:

Молекулярная биология. Овчинников Ю. А. Молекулярная биология клеткию Б. Албертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертc, Дж. Уотсон, 2013г Молекулярная биология клетки Биофизика. А. Б. Рубин 1,2 том Биофизика. М. В. Волькенштейн Биофизическая химия. П. Кантор, Т. Шиммел Физическая биохимия. Д. Фрайфелдер Введение в молекулярную спектроскопию. Н. Г. Бахшиев.