Биофитум

Содержание

Введение в физику конденсированных сред и макромолекул. Наносистемы и наноустройства часть 1

Лектор — д.ф.м.н., проф. Левшин Н.Л.

Лекция 1. Фазовые переходы в конденсированных средах. Классификация фазовых переходов. Параметр порядка. Свойства фазовых переходов первого и второго рода. Термодинамика фазовых переходов. Теория Ландау для фазовых переходов второго рода. Возможность термодинамического рассмотрения фазовых переходов в системах с пониженной размерностью. Граница раздела между фазами. Поверхностная энергия и поверхностное напряжение. Роль флуктуаций в развитии фазового перехода. Полиморфизм и структурные фазовые переходы в твердых телах.

Лекция 2. Фазовые переходы в сегнетоэлектриках. Активные диэлектрики. Электреты. Классификация электретов по способу их получения. Механизмы образования гомо- и гетерозаряда. Влияние внешних воздействий на заряд электретов. Классификация сегнетоэлектриков и их основные свойства: петля гистерезиса, температура Кюри, зависимость спонтанной поляризации и диэлектрической проницаемости, доменная структура, оптические, пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства. Антисегнетоэлектрики. Органические сегнетоэлектрические материалы: жидкие кристаллы и пленки Ленгмюра-Блоджетт. «Собственный» эффект поля. Роль поверхностных уровней в экранировании спонтанной поляризации. Влияние неравновесных носителей заряда на поверхностные свойства. Фотосегнетоэлектрические явления. Сегнетоэлектрические пленки. Размерные эффекты. Влияние адсорбции на переходы в поверхностном слое сегнетоэлектрика.

Лекция 3. Магнитные свойства атома. Классификация магнетиков. Закон Кюри-Вейсса для ферромагнетиков. Обменное взаимодействие. Основные свойства ферромагнетиков: петля ферромагнитного гистерезиса, спонтанная намагниченность, энергия магнитной кристаллографической анизотропии, ферромагнитные аномалии, доменная структура, магнитострикция. Магнетизм малых частиц. Суперпарамагнетизм. Аморфные ферромагнетики. Спиновые стекла. Тонкие ферромагнитные пленки. Магнитные пленки Ленгмюра-Блоджетт. Особенности доменной структуры на поверхности ферромагнетиков. Доменные границы Блоха и Нееля. Структура доменной границы. Влияние адсорбции на магнитные свойства ферромагнетиков.

Лекция 4. Фазовый переход металл-полупроводник. Материалы, претерпевающие фазовый переход металл-полупроводник. Роль электронной подсистемы полупроводника в развитии фазового перехода. Эффект Яна-Теллера. Вигнеровская кристаллизация. Переход Мотта. Электрон-фононное взаимодействие. Модель Пайерлса. Способы управления фазовым переходом. Роль поверхностных явлений в развитии фазового перехода металл-полупроводник.

Лекции

Группа молекулярной фотобиологии микроорганизмов

Комната 218, тел. 939-39-68

Сотрудники

Фрайкин Григорий Яковлевичдоктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, профессор

Страховская Марина Глебовнаведущий научный сотрудник, доктор биологических наук

Беленикина Наталья Серафимовнанаучный сотрудник, кандидат биологических наук

О группе

Научная работа группы связана с исследованием фундаментальных механизмов воздействия света на живую клетку. Основная проблема состоит в выявлении фотоиндуцированных реакций и изучении природы светочувствительности клеток дрожжей и бактерий, не содержащих специализированные фоторецепторные системы. В центре внимания – идентификация потенциально фотоактивных хромофоров (сенсибилизаторов), способных вступать в фотохимические реакции, инициирующие определенные фотобиологические ответы. В зависимости от природы хромофора, его субклеточной локализации и молекулярного микроокружения, а также параметров оптического излучения наблюдаются фотосенсибилизированные цитотоксические, фотозащитные и регуляторные эффекты. Выявленные у дрожжей новые механизмы фотозащиты и фотореактивации УФ-облученных клеток расширяют представления об индуцированных светом защитных процессах в живых системах. На основе изучения молекулярных основ цитотоксических воздействий эффективных фотосенсибилизаторов разрабатывается новый метод антимикробной фотодинамической терапии.

Основные направления научной работы

  • Исследование молекулярных механизмов фотодинамических воздействий эндогенных и экзогенных фотосенсибилизаторов на микроорганизмы.
  • Изучение индуцированных светом процессов защиты клеток от УФ-инактивации.

Конкретные задачи, решаемые в рамках фундаментальных направлений исследований

  • Сравнительный анализ цитотоксического действия эндогенных и экзогенных фотосенсибилизаторов на клетки дрожжей и бактерий: фотодинамическая активность и фотолабильность в зависимости от клеточной локализации (Страховская М.Г., Фрайкин Г.Я.)
  • Изучение нового эффекта фотореактивации у дрожжей: идентификация первичного фотоактивного хромофора (Беленикина Н.С.)

Методы исследований

  • Люминесцентная и абсорбционная спектроскопия
  • Микрофлуориметрия
  • Биолюминесцентный метод
  • Электронная микроскопия
  • Флуоресцентная корреляционная спектроскопия

Ключевые слова

PACS: 82.50 HpУДК: 577.34 Процессы, вызываемые видимым и УФ светом (фотохимия).Фотохимия биологических систем. Первичные фотобиологические процессы.
PACS: 87.50 wfPACS: 87.50 wp Биофизические механизмы взаимодействия оптического излучения с биологическими системами.Терапевтические применения оптического излучения.
УДК: 577.342УДК: 577.343УДК: 577.344.2УДК: 577.344.3 Поглощение энергии биологическими системами в различных участках спектра.Фотохимия биополимеров и других биологически важных соединений.Процессы фотоактивации, фотоинативации и фотореактивации.Фотодинамическое действие света.

Учебная работа

  • Задача большого практикума
  • Задача по биолюминесцентному методу в рамках практикума по биофизическим методам, 3 курс, кафедра биофизики

Фрайкин Г.Я. Фотохимия билиновых хромофоров
фитохромных фоторецепторов // Альманах
мировой науки. 2016. №2. С. 24–26.

Фрайкин Г.Я. Фотоповреждения в клетках растений при солнечном
УФВ-облучении // Альманах мировой науки.
2016. №3. С. 54–56.

Фрайкин Г.Я. Ответные реакции клеток
растений на УФВ-повреждение ДНК // Альманах
мировой науки. 2016. №5. С. 29–32.

Фрайкин Г.Я. Окислительные реакции повреждения
клеточной ДНК УФВ-излучением // Альманах
мировой науки. 2016.
№7. С. 35–37.

Fraikin G. Ya., Strakhovskaya M.G.,
Belenikina N.S., Rubin A.B.
Bacterial photosensory proteins:
regulatory functions and optogenetic applications // Microbiology. 2015. V, 84. P. 461–472.

Фрайкин Г.Я.Оптогенетика: микробные
фотосенсорные опсины в нейробиологии //
Альманах мировой науки. 2015. №3. С. 36–38.

Фрайкин Г.Я. Фоторецептор дрожжей
фитохромного типа: фотозащитная функция // Альманах мировой науки. 2015. №3. С. 40–42.

Fraikin G.Ya., Strakhovskaya M.G., Rubin
A.B.
Biological photoreceptors of light-dependent regulatory processes // Biochemistry (Mosc.) 2013. V.
78. P. 1238–1253.

Fraikin G.Ya., Belenikina N.S.,
Pinyaskina E.V., Rubin A.B.
New photo-induced effects of
reactivation and protection of yeast cells under lethal UVB radiation // Biology Bulletin. 2013. V. 40.
P. 562–566.

Проблемы регуляции в биологических системах

Под общей ред. А. Б. РубинаМ.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.

  • Предисловие
  • Шайтан К.В. Молекулярная динамика биополимеров // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Буздин А.А. , Виноградова Т.В., Лебедев Ю.Б., Свердлов Е.Д. Экспериментальная идентификация и функциональный анализ ретроэлементов, специфичных для генома человека // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Карговский А.В., Митрофанов В.В., Романовский Ю.М. Роль высокодобротных колебаний активных каталитических групп в функционировании молекулярных ножниц // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Антонов В.Ф. Эволюция липидных пор в бислое при фазовом переходе липидов // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Соболев А.С., Розенкранц А.А. Внутриклеточный транспорт и его использование для направленной внутриклеточной доставки локально действующих лекарств // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Островский М.А. Фотобиологический парадокс зрения // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б. Модели регуляции фотосинтетического электронного транспорта // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Хебер У., Ланге О.Л., Шувалов В.А. Запасание и диссипация энергии света растениями как комплементарные процессы, участвующие в поддержании жизни растений // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Красновский А.А. (мл.) Фотодинамическая регуляция биологических процессов: первичные механизмы // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Твердислов В.А. Активные среды и проблема происхождения предшественников клеток // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Иваницкий Г.Р., Деев А.А., Хижняк Е.П. Биологическое значение тепловых узоров на поверхности воды // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Лось Д.А. Восприятие стрессовых сигналов биологическими мембранами // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Аксенов С.И. Физико-химический механизм чувствительности биологических процессов к слабым ЭМП низких частот // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Бурлакова Е.Б., Конрадов А.А., Мальцева Е.Л. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Рубин А.Б. Биофизика фотосинтеза и методы экологического мониторинга // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Криксунов Е.А., Бобырев А.Е. Эффекты регуляции во временной и пространственной динамике популяций рыб // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.
  • Гун-Аажав Т., Дамдинсурен С., Цогбадрах М., Борданова О.С., Тумурбаатар Д. Исследование первичных процессов фотосинтеза и биоэлектрических потенциалов у листьев высших растений // Проблемы регуляции в биологических системах / Под общей ред. А. Б. Рубина. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.

Реестр моделей

Теория нервной проводимости

Клетки различных органов могут быть подразделены на два типа: возбудимые
клетки нервных волокон, сердца, клетки гладкой и скелетной мускулатуры, и
невозбудимые клетки, к которым относятся, в частности, клетки эпителия и
фоторецепторы. После приложения электрического тока невозбудимые клетки сразу
релаксируют к своему первоначальному состоянию. В возбудимых клетках возникает
последовательность процессов, зависящая от величины импульса пропускаемого через
мембрану тока. Если импульс имеет надпороговую величину, на возбудимой мембране
нервного волокна возникает одиночный нервный импульс – потенциал действия –
который длится примерно 1 мс и распространяется по нервному волокну со скоростью
от 1 до 100 м/с, сохраняя постоянную амплитуду и форму.

Современные представления о генерации нервного импульса основаны на работах
и удостоенных нобелевской премии.
Механизм распространения электрического импульса вдоль мембраны аксона (толщина
около 50-70 Ангстрем) связан с тем, что проницаемость мембраны зависит от
имеющихся токов и напряжений, и различна для разного сорта ионов. Главную роль в
процессе играют ионы натрия (Na+ и K+). Важную роль в
регуляции процессов играют также ионы кальция. Первая модель распространения
электрического импульса вдоль аксона гигантского кальмара была предложена , и до сих пор является базовой
моделью для описания такого типа явлений. Рассматривается положительно
направленный ток () от внутренней к внешней стороне
мембраны аксона. Ток состоит из потоков ионов через
мембрану и тока, вызванного изменением трансмембранного потенциала на мембране,
обладающей емкостью . Общее уравнение для изменения
тока:

Здесь – емкость мембраны, – вклад токов за счет трансмембранного переноса
ионов. На основании экспериментальных данных, Ходжкин и Хаксли записали
следующее выражение для :

где – потенциал, , , – соответственно натриевый, калиевый токи и ток
“утечки”, обусловленный токами других ионов через мембрану, – величины проводимости мембраны для соответствующих типов
ионов, – равновесные потенциалы. Величины , , –
переменные, изменяющиеся от 0 до 1, для которых справедливы полученные
эмпирически дифференциальные уравнения:

Качественно , представляют собой
функции, подобные , а – функцию типа .

Если к мембране приложен импульс тока , уравнение
принимает вид:

Cовокупность уравнений
и составляет систему из четырех уравнений, известную как . Она рассчитывается численно и
хорошо воспроизводит наблюдаемые в эксперименте явления протекания натриевого и
калиевого тока через мембрану аксона кальмара. Система имеет стабильное стационарное
состояние в отсутствие внешних токов, но когда приложенный импульс тока выше
порогового значения, демонстрирует регулярное периодическое возбуждение
мембраны.

Модель удается упростить в соответствии с временной иерархией переменных
, , .
Натриевые токи (величина ) протекают гораздо быстрее,
чем калиевые (величина ), поэтому в соответствии с можно заменить дифференциальные уравнения
для натриевой составляющей на алгебраические ().
Если считать, что токи утечки протекают еще более медленно (), модель сводится к системе уравнений для двух
переменных

где

Биофитум
Биофитум

Дополнительная информация:

печатные издания и Интернет-сайты (27)

2001-2019 Кафедра биофизики МГУ

Рабочий семинарcектора информатики и биофизики сложных систем

Семинары проходят по четвергам в 11:00 в аудитории 124 (компьютерный класс). Чтобы принять участие в работе семинара, оставьте заявку с темой предполагаемого доклада на web-форуме семинара или отправьте письмо по электронной почте на адрес mathbio@biophys.msu.ru.

Архив семинара:

16.05.2019 Андрей Кузнецов (МГУ имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Параметры флуоресценции хлорофилла индивидуальных клеток микроводорослей при адаптации к изменениям облученности в природных и лабораторных условиях.

14.05.2019 проф. Е. Туустйарви (E. Tyystjarvi) (Department of Biochemistry/Molecular Plant Biology, University of Turku, Finland). Photoinhibition of Photosystem II – temperature and reactive oxygen species.

11.04.2019 Ольга Дмитриевна Лопина (кафедра биохимии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова) и Анастасия Андреевна Анашкина (Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН). Na,K-АТФаза: участки связывания кардиотонических стероидов, их функциональная роль и возможности моделирования.

04.04.2019 Дмитрий Энгелевич Постнов (Саратовский государственный университет, Физический факультет, кафедра оптики и биофотоники). Достижения и вызовы в области математического моделирования физиологии мозга.

28.03.2019 Нестеренко Алексей Михайлович (НИИФХБ им. А.Н.Белозерского МГУ, ИБХ им. ак. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова). Чем определяется мобильность секретируемых белков в межклеточном пространстве?.

21.03.2019 Холина Екатерина Георгиевна (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Исследование взаимодействия катионныx антисептиков с бактериальными мембранами.

28.02.2019 Дегтерева Наталья Сергеевна (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Исследование динамики процессов в реакционном центре ФС2 при адаптации фотосинтетического аппарата клеток микроводорослей к азотному голоданию.

21.02.2019 Нуриева Наиля Илдусовна (Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН). Исследование предсказуемости динамики озёрных популяций: анализ наблюдений и математическое моделирование.

14.02.2019 Абатурова Анна Михайловна (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Моделирование образования комплекса белков цитохрома с и цитохрома с1 из млекопитающих и дрожжей методом броуновской динамики.

Методические материалы

Учебник “Лекции по медицинской биофизике”Ю.А. Владимиров, Е.В. Проскурнина, Москва: Изд-во МГУ, 2007, 432 с.

Учебник “Лекции по медицинской биофизике” рекомендован в качестве учебного пособия по биофизике для студентов и аспирантов, биологов и врачей. Материал учебника соответствует программам обучения физике и биофизике студентов медико-биологических и лечебных факультетов и представляет интерес для аспирантов – медиков и биологов. Он соответствует последним достижениям медико-биологической науки. Настоящее руководство представляет собой переработанные лекции по медицинской биофизике, которые читались академиком РАМН Ю.А. Владимировым течение нескольких последних лет студентам факультета фундаментальной медицины МГУ. По своему объему и уровню эти лекции занимают промежуточное положение между курсом биофизики для студентов Медико-биологического факультета РГМУ и курсами биофизики, читаемыми в медицинских институтах Российской Федерации. Ю. А. Владимиров внес большой вклад в становление медицинской биофизики как учебной дисциплины в нашей стране и имеет почти сорокалетний опыт преподавания биофизики на Медико-биологическом факультете РГМУ. Это предопределило высокий научный и дидактический уровень предлагаемого учебного пособия. По традиции, биофизику принято делить на квантовую, молекулярную и биофизику сложных систем, куда относятся органы и ткани. В данной книге изложен избранный материал, касающийся первых двух разделов.Введение
Первые две главы, а такеж 4-я и 5-я главы посвящены разделам квантовой биофизики и по существу представляют собой сжатое и существенно обновленное изложение данных, ранее вошедших в учебное пособие Ю. А. Владимирова и А. Я. Потапенко (Физико-химические основы фотобиологических процессов. Москва. Высшая школа. 1980). Глава 3 посвящена изложению основ электронного парамагнитного резонанса и его применению в биологии. Глава 5 посвящена свободным радикалам и их метаболизму. Ю.А. Владимиров принимал непосредственное участие в развитии этой области знаний в нашей стране . Надо сказать, что не все разделы этой области биофизики нашли отражение и в данном руководстве, а именно практически не освещены механизмы повреждающего действия радикалов на белковые и липидные структуры клетки. Глава 1. Взаимодействие света с веществомГлава 2. Люминесценция в биологических системахГлава 3. Метод электронного парамагнитного резонансаГлава 4. Биофизические стадии фотобиологических процессовГлава 5. Свободные радикалы в биологических системах
Проблемы молекулярной биофизики рассмотрены в главах 6 и 7. Авторы ограничились рассмотрением структуры белковых молекул, оставив в стороне нуклеиновые кислоты и белково-углеводные комплексы. Из методов молекулярной биофизики достаточно полно изложен метод белковой рентгеновской кристаллографии

На ряде примеров проиллюстрирована важность знания пространственной структуры белковых молекул для биологии и медицины. Глава 6

Рентгеноструктурный анализГлава 7. Структура и функции белковых молекул
В последней части (главы 8-11) рассмотрены вопросы биофизики клетки. Эти разделы изложены в традициях физической науки с четкими определениями и адекватным математическим аппаратом. Основополагающие уравнения диффузии, электрофореза, кабельной передачи электрического сигнала и другие выведены на основе простых и очевидных исходных положений

Большое внимание уделено тому, чтобы читатели четко представляли себе физический смысл как исходных постулатов, так и выведенных уравнений. Глава 8

Структура биологических мембранГлава 9. Перенос веществ через мембраныГлава 10. Ионные каналы и насосыГлава 11. БиоэлектрогенезПриложение
  Статьи Ю.А. Владимирова в “Соросовском образовательном журнале”Активированная хемилюминесценция и биолюминесценция как инструмент в медико-биологических исследованияхСвечение, сопровождающее биохимические реакцииЛазерная терапия: настоящее и будущееИнактивация ферментов ультрафиолетовым излучениемСвободные радикалы в биологических системах
 

Видео-лекции Ю.А. Владимирова на youtube

M01 Молекулярная биофизика. ВведениеM02 Аминокислоты. Заряд (РГМУ)M05 Белковая кристаллография (РГМУ)M06 Брегг и условия Лауэ (РГМУ)M07 Структурный фактор (РГМУ)M074 Расчет электрон. плотн.(РГМУ)M08 Рамачандран (РГМУ)M10 Н-связь. Гидрофобные взаимодействия

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: