Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет Физико-химические методы анализа в биофизике Методические указания к семинарским занятиям Красноярск СФУ 2011 Составитель: Межевикин В.В. Методические указания составлены в соответствии с учебным планом и программой по дисциплине «Физико-химические методы анализа в биофизике». Пособие содержит тематический план занятий, представлены источники основной и дополнительной литературы в соответствии с темами занятий. В пособие даны рекомендации для подготовки к семинарам, промежуточному и итоговому контролю. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200.68 «Физика», магистерская программа «Биофизика». Целью изучения дисциплины является - формирование у студентов понимания принципов, условий применимости и ограничений в использовании методов качественного, количественного и структурного анализа различных биологических объектов, которые могут являться биоорганическими и бионеорганическими соединениями, клеточными и субклеточными структурами. В результате освоения материала курса студенты должны научиться адекватно выбирать необходимые физикохимические методы для решения конкретных задач. Задача курса: представить сведения о современных физико-химических методах качественного, количественного и структурного анализа и их технической реализации для решения возникающих в биофизических исследованиях. Задачей изучения дисциплины является формирование следующих компетенций: – способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук (ОК-1); – способностью порождать новые идеи (креативность) (ОК-5); – способностью свободно владеть фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своей магистерской программой) (ПК-1); – способностью использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-2); – способностью самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в области физики (в соответствии с профилем магистерской программы) и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-3); – способностью и готовностью применять на практике навыки составления и оформления научно-технической документации, научных отчетов, обзоров, докладов и статей (в соответствии с профилем магистерской программы) (ПК-4); – способностью свободно владеть разделами физики, необходимыми для решения научно-инновационных задач (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-6); – способностью свободно владеть профессиональными знаниями для анализа и синтеза физической информации (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-7); – способностью организовать и планировать физические исследования (ПК-9). 1 Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия: Всего зачетных единиц (часов) Семестр 10 4 (144) 1,56 (56) 4 (144) 1,56 (56) лекции 0,78 (28) 0,78 (28) практические занятия (ПЗ) 0,78 (28) 0,78 (28) Самостоятельная работа: 1,44 (52) 1,44 (52) Вид промежуточного контроля (зачет, экзамен) Экзамен 1 (36) Экзамен 1 (36) 2 Содержание дисциплины 2.1 Разделы дисциплины № п/п Модули и разделы дисциплины 1 Модуль 1. Введение. Современная аналитическая химия и методология биофизических исследований. 2 Модуль 2. Получение и анализ высокоочищенных биомолекул. 3 Модуль 3. Спектроскопические и связанные с ними методы анали-за биологических соединений и структур. Модуль 4. Микроскопия высокого разрешения 4 5 6 Модуль 5. Основные биофизические и физико-химические методы оценки состояния окружающей среды и состояния человека. Модуль 6. Физические основы современных методов анализа последовательности нуклеиновых и белковых молекул. 7 Модуль 7. Нейросети и их применение в биофизических исследованиях. 8 Модуль 8. Обработка экспериментальных данных и их представление. 3.3 Практические занятия № п/п 1 № раздела дисциплины Модуль 1. Введение. Современная аналитическая химия и методология биофизических исследований. Наименование практических занятий, объем в часах Раздел 1.2. Основные физико-химические методы, используемые в биофизических исследованиях. (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) 2 Модуль 2. Получение и Раздел 2.3. Хроматографические методы разделения и анализ анализа биологических веществ. высокоочищенных биомолекул. (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) 3 Модуль 3. Спектроскопические и связанные с ними методы анали-за биологических соединений и структур. Раздел 3.2. Спектрофлюоресцентные методы анализа Раздел 3.3. Собственная флюоресценция белков в исследовании их функционирования (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) 4 Модуль 4. Микроскопия Раздел 4.1. Основные методы электронной микроскопии высокого разрешения (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) 5 Модуль 5. Основные биофизические и физико-химические методы оценки состояния окружающей среды и состояния человека. Модуль 6. Физические основы современных методов анализа последовательности нуклеиновых и белковых молекул. Модуль 7. Нейросети и их применение в биофизических исследованиях. Модуль 8. Обработка экспериментальных данных и их представление. 6 7 8 Раздел 5.1. Основные физико-химические методы оценки состояния человека. (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) Раздел 6.1. Современные методы анализа последовательности нуклеиновых и белковых молекул. (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) Раздел 7.1. Применение нейросетей в биофизических исследованиях. (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) Раздел 8.1. Обработка экспериментальных данных и их представление. (аудиторные часы – 0,097 (3,5ч)) Методические замечания к проведению семинарских занятий Семинарские занятия направлены на расширение и углубление понимания теоретических знаний и их практическое применение по курсу «Физикохимические методы анализа в биофизике». Особое внимание обращается на развитие у студентов умений и навыков самостоятельного и критического мышления, дискурсивных практик. Важными задачами семинарского занятия являются: - развитие способности к анализу и синтезу и формирование навыков контекстной обработки информации; - проблематизация и актуализация изучаемого материала, а также умение обобщать на основе законспектированных научных текстов. К интерактивным формам и приемам работы на семинаре можно отнести творческие минидискуссии, активный обмен мнениями по поставленным вопросам, обсуждение выступлений студентов, подготовку и демонстрацию презентаций с последующим их коллективным обсуждением. Участие в работе семинарского занятия позволяет обсудить в группе обозначенные заранее вопросы или самим участникам поставить перед аудиторией возникающие вопросы на обсуждение, оценить уровень и качество усвоения пройденной темы. 3 Учебно-методические материалы по дисциплине Основная литература: 1. И.Н.Сердюк, Н.Заккаи, Дж.Заккаи. Методы в молекулярной биофизике. Структура. Функция. Динамика: учебное пособие : [в 2 томах] / И. Сердюк, Н. Заккаи, Д. Заккаи ; науч. ред. И. Сердюк. - Москва : Книжный дом "Университет", Том 1. - 2009. - 567 с. (12 экз.) 2. И.Н.Сердюк, Н.Заккаи, Дж.Заккаи. Методы в молекулярной биофизике. Структура. Функция. Динамика: учебное пособие : [в 2 томах] / И. Сердюк, Н. Заккаи, Д. Заккаи ; науч. ред. И. Сердюк. - Москва : Книжный дом "Университет", Том 2. - 2010. - 733 с. (11 экз.) 3. Отто, М. Современные методы аналитической химии: перевод с немецкого / М. Отто. - 3-е изд. - Москва : Техносфера, 2008. - 543 с. (14 экз.) 4. Квантовая радиофизика: магнитный резонанс и его приложения: учебное пособие для студентов вузов по направлению "Прикладные математика и физика", а также по направлениям "Физика" и "Радиофизика" / Санкт-Петербургский университет [СПбГУ] ; ред. В. И. Чижик. - Изд. 2-е, перераб... - СПб. : Изд-во С-Пб ун-та, 2009. - 699 с. (20 экз.) Дополнительная литература: 1. М.Отто. Современные методы аналитической химии. 2-е исправленное издание. Техносфера, Москва, 2006, 544с. 2. Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина. Биологическая химия. «Высшая школа», Москва, 2000, 479с. 3. А.С.Спирин. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка. «Высшая школа», Москва, 1986, 303с. 5. П.М.Бородин и др. Квантовая радиофизика: магнитный резонанс и его приложения. Изд-во С.Петербургского университета, Санкт-Петербург, 2009, 700с. 6. Применение методов Фурье-оптики. Под ред. Г.Старка. Радио и связь, Москва, 1988, 536с. 7. К.Данцер, Э.Тан, Д.Мольх. Аналитика. Систематический обзор. Химия, Москва, 1981, 280с. Электронные, информационные ресурсы: 1. Лаваньини , И. Количественные методы в масс-спектрометрии [Электронный ресурс] / И. Лаваньини , Ф. Маньо, Р. Сералья, Т. Тральди. - Электрон. текстовые дан. (PDF, 3,99 Мб). - М.: Техносфера, 2008. - 174 с. Режим доступа: http://lib2.sfu-kras.ru/elib/u51/i-436837.pdf 2. Bionanotechnology: Global Prospects. Editor: D. E. Reisner, CRC Press, 2009, 345 pp. Режим доступа: http://lib2.sfu-kras.ru/elib/b28/0234104.pdf 3. Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / Н. А. Войнов [и др.] ; Сиб. федерал. ун-т. Версия 1.0. - Электронные данные (PDF ; 10 976 Кб). - Красноярск : ИПК СФУ, 2009. - 418 on-line. - (Современные проблемы и методы биотехнологии : УМКД № 1323-2008 / рук. творч. коллектива Т.Г. Волова) (Электронная библиотека СФУ. Учебно-методические комплексы дисциплин). Режим доступа: http://files.lib.sfukras.ru/ebibl/umkd/1323/u_manual.pdf