Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 "Молекулярная биофизика"



Скачать 131.25 Kb.
Дата07.01.2013
Размер131.25 Kb.
ТипПрограмма
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 - 18 "Молекулярная биофизика"

  1. Структурная организация биологических макромолекул. Курсы лекций: Биохимия. Молекулярная биология.(Воробьев), Молекулярная биофизика. (Бирштейн) Конформация макромолекул в растворе (Касьяненко)

  2. Теоретические основы описания структуры макромолекул. Курсы лекций: Молекулярная биофизика (Бирштейн), Статистика макромолекул (Трусов), Конформация макромолекул в растворе (Касьяненко), Квантовая химия (Пенкина),Теория полиэлектролитов (Меркурьева)

  3. Термодинамика растворов макромолекул. Курсы лекций: Конформация макромолекул в растворах (Касьяненко), Молекулярная биофизика (Бирштейн), Взаимодействие макромолекул с лигандами ( Морошкина)

  4. Методы исследования макромолекул. Курсы лекций: Методы исследования макромолекул (Касьяненко), Молекулярная биофизика (Бирштейн), Молекулярная биология (Воробьев), Фотобиология (Бакулев), Молекулярная спектроскопия (Кочнев), Электрокинетика (Войтылов), Радиоспектроскопия (Струц)Электрокинетика дисперсных систем. Электрооптика растворов (Войтылов В. В.) Молекулярная спектроскопия (Кочнев И.Н.)

  5. Методы математического эксперимента и их применение в биофизике. Курс лекций: Методы мат. эксперимента (Воронцов)

  6. Взаимодействие макромолекул с лигандами Курсы лекций:Взаимодействие макромолекул с лигандами (Морошкина), Молекулярная биофизика (Бирштейн), Молекулярная биология (Воробьев)

  7. Влияние внешних воздействий на структуру и свойства биологическох макромолекул Курсы лекций: Радиобиология (Морошкина), Молекулярная биофизика (Бирштейн), Конформация макромолекул в растворах (Касьяненко), Теория полиэлектролитов (Меркурьева)

Курсы лекций: Молекулярная биология (Воробьев), Взаимодействие макромолекул с лигандами (Морошкина)

  1. Некоторые аспекты функционирования биологических макромолекул

1. Структурная организация биологических макромолекул

Понятие о первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуре биологических полимеров. Невалентные взаимодействия и их влияние на конформации макромолекул.

Структура природных нуклеиновых кислот и синтетических полинуклеотидов. Строение нуклеотидов. Нуклеотидный состав ДНК, способы определения. Двойная спираль ДНК. Основные конформационные параметры вторичнрой структуры нуклеиновых кислот. А-, В-, Z- конформация. Работы Уотсона, Крика по вторичной структуры ДНК. Структурное многообразие синтетических и природных полинуклеотидов. Полиндромы. Плазмидные ДНК.

Сателлитные ДНК. Внехромосомные ДНК. Основные пространственные формы ДНК. Линейные, кольцевые ДНК. Суперспиральная ДНК. Одноцепочечные ДНК. Принципы химического синтеза ДНК.

Структура РНК. Вирусная и рибосомная РНК. Адаптерная (транспортная) РНК.
Регуляторные РНК. Нуклеотидный состав РНК. Структура высокомолекулярных РНК в растворах. Строение транспортных РНК. Гибридизация ДНК и РНК.

Структура белков. Строение аминокислот. Структура полипептидной цепи. a — и b — спирали. Роль водородных савязей и гидрофобных взаимодействий в формировании пространственной структуры белков. Пути расшифровки первичной структуры белков. Природа сил, определяющих вторичную и третичную структуру белков. Глобулярные и фибриллярные белки.. Четвертичная структура белка. Классификация белков Простые белки. Сложные белки: липопротеиды, глюкопротеиды, хроомопротеиды и металлопротеиды. Основные функции белков и основы классификации.

Детерминированность структур высшего порядка в первичной структуре белков. Самосборка белковых макромолекул в структуры высшего порядка. Синтез полипептидов. Синтетические полипептиды. Проблема химического синтеза полипептидных цепей с заданной структурой. Твердофазный синтез полипептидов.

Гистоны и негистоновые белки. Конформация ДНК и белков в ДНП. Современные представления о нуклеосомной и наднуклеосомной организации хроматиновой фибриллы. Состав нуклеосомы.

2. Теоретические основы описания конформации макромолекул в растворе

а) Конформации малых молекул. Общие сведения о геометрии молекул. Внутреннее вращение и поворотная изомерия. Оптическая анизотропия молекул. Приближенные методы квантовой механики в теории атомов и молекул. Стационарная теория возмущений для связанных состояний. Вариационный принцип квантовой механики. Вариационный метод для связанных состояний. Метод самосогласованного поля Хартри-Фока. Теория валентности: метод валентных связей (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО). Различные типы связей.

б) Конформация макромолекул.

Основные модели и конформационные параметры полимерных цепей. (Поворотно-изомерная модель со свободным вращением звеньев. Заторможенность вращения. Задача о случайных блужданиях. Модель свободно — сочлененной цепи. Идеальная гауссова цепь. Модели Зимма и Рауза. Персистентная цепь). Основные конформационные параметры полимеров. Среднеквадратичное расстояние между концами цепи. Среднеквадратичный радиус инерции макромолекулы. Гидродинамическая длина цепи. Молекулярная масса. Понятие полидисперсности. Термодинамическая жесткость макромолекул и факторы, ее определяющие. Персистентная длина цепи. Кинетическая жесткость макромолекул. Торсионная жесткость цепи. Соотношения, связывающие конформационные параметры гауссовой цепи.

Набухание макромолекул в хороших растворителях. Коэффициент линейного набухания . Основные подходы к решению задачи объемных эффектов в полимерных системах. Использование метода самосогласованного поля. Теория Флори и ее усовершенствование. Применение теории возмущений для описания полимерных клубков с объемными взаимодействиями. Флуктуационная теория и метод скейлинга.

в)Теоретические представления о поведении линейных полиионов в растворах.

Сильнозаряженные и слабозаряженные полиэлектролиты. Основная задача теории полиэлектролитов и пути ее решения для жестких сильно заряженных полиионов. Решение уравнения Пуассона-Больцмана в рамках задачи для жестких сильно заряженных полимеров. Теория Одайка-Школьника-Фиксмана (OSF-теория). Теория Дебая-Хюккеля и ее использование при решении основной задачи теории полиэлектролитов. Теория конденсации Маннинга и ее развитие. Современное состояние теории полиэлектролитов. Влияние ионной силы раствора на размеры и равновесную жесткость полиионов.

Макромолекулы в термодинамически плохом растворителе. Конформационный переход клубок-глобула в растворах синтетических и биологических полимеров. Конденсация ДНК.

3. Термодинамика растворов макромолекул

Термодинамические параметры и термодинамические потенциалы.

Уравнение состояния. Внутренняя энергия, работа, тепло. Основные соотношения термодинамики. Первое начало термодинамики. Второе начало. Энтальпия. Энтропия. Свободная энергия. Равенство ( неравенство ) Клаузиуса. Парциальные мольные величины. Химический потенциал.

Растворы. Способы представления состава растворов. Объемные и весовые концентрации. Молярность раствора. Процесс растворения и термодинамические функции. Растворимость и ее зависимость от различных параметров. Идеальные и реальные растворы. Структура воды и гидрофобные взаимодействия. Растворимость малых молекул в воде и термодинамика гидрофобных взаимодействий Разбавленные растворы. Использование законов Рауля и Вант-Гоффа для идеальных растворов. Активность растворителя. Коэффициент активности. Избыточный химический потенциал. Уравнение осмотического давления. Вириальные коэффициенты. q — температура. Понятие о качестве растворителя. Плохой, хороший и идеальный растворитель. Набухание макромолекул в хороших растворителях. Коэффициент линейного набухания (a h и a R). Ближние и дальние взаимодействия в полимерной цепи. Основные молекулярные параметры полимеров и их зависимость от качества растворителя. Модели полимерных цепей, используемые для описания поведения макромолекул в хороших растворителях. Исключенный объем макромолекулы. Параметр исключенного объема Z и его связь с коэффициентом линейного набухания, вторым вириальным коэффициентом, термодинамической жесткостью макромолекул.

Поведение полиионов в реальных растворах. Растворы электролитов. Ионное равновесие в растворах. Типы межмолекулярных взаимодействий. Силы сольватации.

Ионной сила растворов низкомолекулярных электролитов. Теория Дебая-Хюккеля. Радиус Дебая. Поликатионы. Полианиноы. Полиамфолиты. Кислотно-щелочное равновесие. Понятие рН и рКа. Буферные растворы. Влияние рН среды на конформацию биополимеров. Ионная сила растворов полиэлектролитов. Собственные и введенные противоионы. Влияние ионной силы раствора на молекулярные параметры полиионов. Полиэлектролитное набухание и равновесная жесткость гибких и жестких полиионов. Слабо- и сильнозаряженные макромолекулы. Молекула ДНК как жесткий сильно заряженный полиион.

Переходы спираль-клубок в полипептидах. Количественная теория кооперативных переходов порядок-беспорядок в одномерных системах. Проблема фазовых переходов в одномерных системах. Конформационные переходы при изменении температуры, рН, состава растворителя. Процесс денатурации белков под действием различных факторов. Ренатурация, как доказательство определяющей роли первичной структуры.

Теория переходов спираль-клубок в ДНК Денатурация ДНК под действием различных факторов (температура, рН, ионная сила). Тонкая структура кривых плавления ДНК.

4. Методы исследования макромолекул

Биологические и синтетические полимеры. Возможности различных методов для определения конформационных параметров полимеров в растворах. Полидисперсность биологических и синтетических полимеров. Молекулярно-весовое распределение и способы его изучения. Способы усреднения молекулярного веса. Среднечисленная, среднемассовая, средневязкостная, z-средняя молекулярная масса. Фракционирование полимеров по молекулярной массе.

Хроматография. Классификация хроматографических методов. Колоночная хроматография. Хроматография при низком давлении. Хроматография при высоком давлении. Гель-фильтрация. Распределительная хроматография. Адсорбционная хроматография. Ионобменная хроматография. Аффинная хроматография. Тонкослойная хроматография.

Электрофорез. Виды электрофореза. Зональный и непрерывный электрофорез. Электрофорез на колонках. Двумерный электрофорез.

Методы прямого наблюдения

Электронная микроскопия. Флуоресцентная микроскопия. Поляризационная микроскопия. Туннельная и атомная силовая микроскопия.

Методы определения молекулярной массы полимера. Осмометрический метод определения молекулярной массы и второго вириального коэффициента.

Метод светорассеяния и его применение для определения молекулярных параметров полимеров. Методы интерпретации экспериментальных данных: метод асимметрии Дебая и метод двойной экстраполяции Зимма. Определение молекулярной массы полимера, размеров макромолекулы и второго вириального коэффициента из данных по светорассеянию. Угловая зависимость интенсивности света, рассеянного большими частицами различной формы: клубок, сфера, палочка.

Исследование деполяризация света, рассеянного жидкостями и растворами. Определение оптической анизотропии изучаемых частиц по степени деполяризации света, рассеянного их растворами.

Динамическое рассеяние света. Корреляционная функция и ее основные свойства. Методы оптического гомодинирования и гетеродинирования. Метод собственных биений. Соотношение Зигерта. Метод кумулянтов. Определение коэффициента трансляционной диффузии жестких сферических частиц. Разделение вкладов, соответствующих различным типам движений при исследовании растворов макромолекул. Анизотропные частицы. Влияние полидисперсности. Методы анализа многокомпонентных систем.

Вискозиметрия. Характеристическая вязкость растворов жестких сферических и эллипсоидальных частиц. Вязкость растворов цепных молекул. Уравнение Марка-Куна-Хаувинка. Гидродинамическое взаимодействие в растворах макромолекул. Теории Хирста и Ямакава. Формула Флори для характеристической вязкости полимеров в хороших растворителях. Зависимость параметра Флори от качества растворителя. Объемные эффекты гибких и жесткоцепных полимеров. Теория Штокмайера-Фиксмана. Зависимость приведенной вязкости от концентрации раствора и градиента скорости потока. Вязкость растворов полиэлектролитов.

Динамическое двойное лучепреломление.

Оптическая анизотропия раствора жестких асимметричных частиц в ламинарном потоке. Величина динамического двойного лучепреломления и угол ориентации осей частиц. «Эффект формы» в растворах жестких частиц. Определение оптической анизотропии и времени ориентационной релаксации жестких частиц. Гидродинамическое и оптическое поведение цепных молекул в ламинарном потоке. Собственная анизотропия и «анизотропия формы» полимерных клубков и способы их экспериментального определения.

Работы по определению термодинамической жесткости ДНК в растворах разной ионной силы.

Эффект Керра. Дипольный и деформационный механизм ориентации молекул во внешнем поле. Время релаксации ориентации и его связь с размерами и формой кинетически жестких молекул. Применение полей различной конфигурации для изучения эффекта Керра в растворах макромолекул.

Поступательная диффузия макромолекул в растворе.

Уравнения Фика. Связь между коэффициентом диффузии и коэффициентом поступательного трения. Связь между молекулярной массой и коэффициентом диффузии сферических и эллипсоидальных частиц. Коэффициент трения цепных макромолекул. Теория поступательной диффузии макромолекул в растворе. Роль гидродинамического взаимодействия. Гидродинамический инвариант А о. Определение размеров макромолекулы по коэффициенту ее поступательной диффузии. Соотношение между коэффициентом диффузии макромолекулы и молекулярной массой полимера. Концентрационная зависимость коэффициента поступательной диффузии. Методы определения коэффициента диффузии.

Метод седиментации.

Коэффициент седиментации и его определение. Ультрацентрифуга. Уравнение Ламма. Концентрационная зависимость коэффициента седиментации.

Определение молекулярной массы полимера по коэффициентам седиментации и диффузии. Формулы Сведберга. Метод седиментационного равновесия. Равновесная седиментация в градиенте плотности.

УФ-спектроскопия. Теоретические основы метода.Электронные спектры поглощения. . Поглощение, излучение и рассеяние света. Закон Ламберта-Бера. Измеряемые величины. Люминесценция и ее характеристики. Внутримолекулярные процессы превращения энергии электронного возбуждения. Техника электронной спектрофотометрии и флуоресцентной спектроскопии. Исследования с временным разрешением.

Метод ЭПР.

Рентгеноструктурный анализ белков и нуклеиновых кислот. Физические основы метода. Классические опыты Р. Франклин, послужившие основой для определения А- и В-формы ДНК.

Диффузное рассеяние света и рентгеновских лучей. Рассеяние в области малых и больших углов. Рассеяние нейтронов на меченых (дейтерированных) макромолекулах. Возможности и перспективы метода.

ИК-спектроскопия Диапазоны электромагнитных волн. Вращательные, колебательные и электронные спектры. Разновидности спектральных приборов.

Оптическая активность и круговой дихроизм. Спектры кругового дихроизма и дисперсия оптической активности полипептидов, белков и нуклеиновых кислот. Использование метода для исследования нуклеопротеидных комплексов. Индуцированный круговой дихроизм. Использование метода для исследования взаимодействия ДНК с низкомолекулярными лигандами.

Основы метода потенциометрического титрования. Потенциометрическое титрование полиэлектролитов. Потенциометрическое титрование и конформационный переход.

Метод ЯМР в применении к биологическим молекулам. Получение данных о структуре и подвижности из методов ЯМР.

Калориметрия биологических макромолекул.

Изучение подвижности в биологических макромолекулах и их моделях.

Метод дейтерообмена в глобулярных белках.

Метод деполяризации люминесценции.

5. Методы математического эксперимента и их применение в биофизике

Соотношение между аналитической теорией, физическим экспериментом и численным экспериментом. Вычислительная физика. Роль ЭВМ, их характеристики — оперативная и внешняя память, быстродействие, надежность. Мат. обеспечение — языки программирования. Ввод и вывод информации. Поколения ЭВМ. Супер и мини ЭВМ . Персональные компьютеры. Матричные процессоры. Сети ЭВМ и информационные сети. Специализированные процессоры для численных экспериментов.

Мат. эксперимент динамического и стохастического типа (молекулярная динамика и Монте-Карло).

6. Взаимодействие макромолекул с лигандами

Равновесное связывание лигандов с макромолекулами.

Спектральные методы определения термодинамических параметров связывания лигандов с ДНК.

Кинетика взаимодействия лигандов с макромолекулами.

Гидродинамические и оптические методы определения изменения макромолекулярных параметров ДНК при комплексообразовании с лигандами.

Модели связывания низкомолекулярных лигандов с ДНК. Интеркаляция. Локализация в малой или большой бороздках двойной спирали.

Молекеулярные механизмы действия противоопухолевых препаратов с ДНК.

Механизм действия ферментов. Основы кинетики ферментативных реакций. Фермент- субстратный комплекс. Ингибирование и активация ферментов.

Нуклеосомы. Наднуклеосомная организация хроматина. Ядерные

дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП) как основа структуры хроматина.

Основные компоненты ДНП. Гистоны и негистоновые белки. Структура

гистонов. Конформации ДНК и белков в хроматине.

7. Влияние внешних воздействий на структуру и свойства биологическох макромолекул

Влияние ионных условий среды на конформацию биологических макромолекул. Сравнительная характеристика полиэлектролитов. Коэффициент активности. Солевое растворение и «высаливание» полярных молекул. Влияние природы и валентности противоионов на конформацию биополимеров в растворе.

Конформация биополимеров в растворах различных рН. Сравнительный анализ поведения синтетических и биологических полимеров при изменении рН и ионной силы раствора. Поведение макромолекул при изменении состава растворителя.

Прямое и косвенное действие радиации на биологические макромолекулы.

Молекулярный механизм репарации ДНК. Молекулярный механизм митотической гибели клеток под действием радиации. Молекулярный механизм интерфазной гибели клеток под действием радиации (апоптоз). Фотобиологические процессы в нуклеиновых кислотах. Миграция энергии и заряда в полимерных цепях.

8. Некоторые аспекты функционирования биологических макромолекул

Роль ДНК, РНК и белка в процессе передачи

наследственной информации. Генетический код.

Синтез ДНК и РНК.

Биосинтез белка.

Похожие:

Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового государственного экзамена по специальности по магистерской программе 010700/17 «Статистическая теория неоднородных систем»
Неравновесная статистическая механика Исходные представления статистической физики и термодинамики
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового государственного экзамена по специальности по магистерской программе 010700/12 9 «Квантово-статистическая оптика»
Полуклассическая теория излучения. Уравнения для электромагнитного поля в присутствие вещества и переход в волновом уравнении к приближению...
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового государственного экзамена по специальности по магистерской программе 010700/02
Уравнение Дирака для свободного электрона. Состояния с отрицательными энергиями. Зарядовое сопряжение. Алгебра матриц Дирака. Состояния...
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового государственного экзамена по специальности по магистерской программе 010700/03
Клапейрона—Клаузиуса. Упаковка молекул, порядок и беспорядок в расположении молекул в конденсированном состоянии. Парные функции...
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового государственного экзамена по специальности по магистерской программе 010700/17 28 «Теория взаимодействия элементарных частиц и квантовая теория поля»
Теорема Вигнера. Антилинейные и антиунитарные операторы. Наблюдаемые. Групповая структура и проективные представления. Правила суперотбора....
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового междисциплинарного экзамена по специальности 030601 Журналистика Москва
Программа итогового междисциплинарного экзамена по специальности 030601 «Журналистика» / сост. Е. П. Прохоров, Л. В. Овчинникова,...
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового экзамена по дисциплине «Теория государства и права» для студентов направления 030500. 62
Целью итогового экзамена является установление соответствия уровня общепрофессиональной и специальной теоретической подготовки выпускников...
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового междисциплинарного экзамена по специальности 021400 «Журналистика»
Программа итогового междисциплинарного экзамена по специальности 021400 «Журналистика». – М.: Импэ им. А. С. Грибоедова, 2002. –...
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма итогового междисциплинарного экзамена по специальности 021400 «Журналистика»
Программа итогового междисциплинарного экзамена по специальности 021400 «Журналистика». – М.: Импэ им. А. С. Грибоедова, 2006. –...
Программа итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 \"Молекулярная биофизика\" iconПрограмма государственного итогового междисциплинарного экзамена по математике (2009-2010 уч г.)
Программа государственного экзамена по математике включает в себя основные и наиболее важные вопросы, имеющие теоретическое и практическое...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org