3.3. Основы молекулярной биофизики

Cтатистический характер пространственной организации биополимеров, объемные взаимодействия, конформационные состояния, переходы «клубок-глобула», гибкость биополимеров. Различные типы взаимодействий; электростатические силы притяжения и отталкивания, сила и энергия взаимодействия; взаимодействия Ван-дер-Ваальса: ориентационные, индукционные и дисперсионные. Природа водородной связи, структура и свойства воды. Гидрофобные взаимодействия и их роль в формировании структуры белков. Структура, свойства и функции белков, первичная, вторичная, третичная структура белка, надмолекулярные структуры, пептидная связь. Элементы молекулярной динамики белков. Взаимодействие лигандов с макромолекулами, модель Хилла кооперативного связывания на примере гемосодержащих белков, электронно-конформационные взаимодействия на примере оксигенации гемоглобина.

3.4. Элементы физической химии

Элементы теории Дебая-Хюккеля о равновесных свойствах электролитов, понятия ионной атмосфера, ионной силы раствора; распределение потенциалов в системе «центральный ион – ионная атмосфера», параметр Дебая-Хюккеля, радиус экранирования заряда; взаимодействие между макромолекулами в растворе электролита. Двойной электрический слой на границе раздела фаз, слой Гельмгольца, диффузный слой; теория Гуи-Чепмена распределения потенциала заряженной поверхности в электролите, определение поверхностной плотности заряда. Электрокинетические явления: потенциал оседания, электрофорез, потенциал течения, электроосмос; сопряженные явления на примере определения электрофоретической подвижности частиц, уравнение Смолуховского.

3.5. Структурные основы функционирования мембран

Cтроение, свойства и функции биологических мембран, насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды, периферические и интегральные белки; липидный бислой, фазовые состояния и фазовые переходы в липидном бислое, жидкокристаллическое и твердокристаллическое состояния, физические свойства мембраны как фазы, микрокалориметрический метод оценки параметров фазового перехода: теплоемкости, температуры перехода и размера кооперативной единицы; латеральная диффузия и «флип-флоп» перескоки в биомембранах.

3.6. Основы биофизики мембранных процессов

3.6.1. Транспорт веществ через биологические мембраны.

Виды пассивного транспорта (простая диффузия, облегченная диффузия) и активного транспорта. Избирательная проницаемость биомембран, проницаемость различных частиц через биологические мембраны, коэффициент распределения вещества между водной фазой и липидным бислоем. Основные этапы работы транспортных АТФ-аз: Ca²⁺-АТФ-азы и Na⁺/K⁺-АТФ-азы. Основные количественные соотношения пассивной диффузии веществ через биологические мембраны.

3.6.2. Механизмы электрогенеза в клетках.

Ионные равновесия: потенциал Нернста и потенциал Доннана, - механизмы формирования. Электродиффузионная теория транспорта ионов через мембраны; уравнение электродиффузии Нернста-Планка; решение дифференциального уравнения Нернста-Планка - уравнение Гольдмана для потока ионов через мембрану. Механизмы формирования потенциала покоя клетки, вывод стационарного уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца, учет влияния активного транспорта ионов Na+ и K+. Формирование потенциала действия. Понятия порога возбуждения, деполяризации, гиперполяризации, реполяризации, рефрактерности, удельной емкости мембраны. Работа потенциалозависимых ионных каналов. Метод фиксации трансмебранного потенциала. Математическая модель кинетики ионных токов Ходжкина-Хаксли. Распространение потенциала действия по нервным волокнам (миелинезированным и немиелинезированным), по неоднородным и ветвящимся волокнам (условия блокирования импульса, понятие фактора безопасности); вывод телеграфного уравнения, понятие константы длины нервного волокна.