生物物理學(xué) 課程大綱 2010

1、1生物物理學(xué)課程編碼：3043009511課程名稱：生物物理學(xué)總學(xué)分：2總學(xué)時(shí)：32課程英文名稱：Biophysics先修課程：物理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)適用專業(yè)：生命科學(xué)領(lǐng)域的所有專業(yè)一、課程性質(zhì)、地位和任務(wù)生命活動(dòng)的所有規(guī)律都遵守物理學(xué)和化學(xué)的基本規(guī)律，是物理與化學(xué)規(guī)律在生命系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)。生物物理學(xué)與生物化學(xué)是孿生姊妹，它們分別從物理和化學(xué)角度認(rèn)識(shí)與闡明生命活動(dòng)的規(guī)律。生命體系其實(shí)是物質(zhì)轉(zhuǎn)換、能量轉(zhuǎn)換與信息流動(dòng)的有機(jī)體系，物質(zhì)轉(zhuǎn)換主

2、要由生物化學(xué)研究，而能量轉(zhuǎn)換與信息流動(dòng)則是生物物理學(xué)的研究范疇?，F(xiàn)代生命科學(xué)已經(jīng)從宏觀研究轉(zhuǎn)入分子特別是原子水平的研究，從靜態(tài)的解剖式研究轉(zhuǎn)入動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)無(wú)損傷研究，在這些認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)換中必需依靠生物物理學(xué)理論與技術(shù)方法才能實(shí)現(xiàn)。因此，生物物理學(xué)與生物化學(xué)一樣是生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一。為了給生命科學(xué)學(xué)習(xí)的大學(xué)生與研究生塑造科學(xué)完整的生命科學(xué)知識(shí)體系，應(yīng)該像生物化學(xué)等生命科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科一樣進(jìn)行生物物理學(xué)講授。正因?yàn)樯镂锢韺W(xué)是從物理學(xué)角度認(rèn)識(shí)與闡明

3、生命活動(dòng)規(guī)律，所以生物物理學(xué)應(yīng)該結(jié)合物理學(xué)、化學(xué)和生物化學(xué)來(lái)學(xué)習(xí)。在掌握了物理學(xué)、化學(xué)與生物化學(xué)基本專業(yè)知識(shí)后，可以更好更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)生物物理學(xué)。在生物物理學(xué)講授中，將從能量與信息的角度闡明生命體系的科學(xué)性。以生命體系中能量轉(zhuǎn)換是物質(zhì)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，物質(zhì)轉(zhuǎn)換是能量轉(zhuǎn)換的特例；生命體系中的信息流動(dòng)決定著生命活動(dòng)的方向性、有序性與準(zhǔn)確性為主線貫穿始終。二、課程基本要求生物物理學(xué)內(nèi)容廣、研究精深，且不斷與其它生命學(xué)科互相促進(jìn)而飛速發(fā)展。比較重要的有

4、研究蛋白質(zhì)和DNA結(jié)構(gòu)與功能的分子生物物理學(xué)，有研究二維空間（生物膜）生命活動(dòng)規(guī)律的膜生物物理學(xué)，有研究光能量轉(zhuǎn)換的光合作用和光與生命活動(dòng)相互作用的光生物物理學(xué)，有研究生命活動(dòng)中信息傳遞與控制的神經(jīng)生物物理學(xué)，有研究環(huán)境物理因子對(duì)生命活動(dòng)影響規(guī)律的環(huán)境生物物理學(xué)，還有從相關(guān)物理性質(zhì)角度研究生命活動(dòng)的生物力學(xué)、生物能學(xué)、生物流變學(xué)、生物電學(xué)等。生物物理學(xué)的重要特色還包括各種現(xiàn)代物理學(xué)技術(shù)方法在研究生命活動(dòng)中的應(yīng)用，如X射線晶體衍射、核磁共

5、振、電子顯微鏡等結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，振動(dòng)光譜如紅外、拉曼光譜等，電子光譜如圓二色、熒光與吸收光譜等。分子生物物理學(xué)與膜生物物理學(xué)是生物物理學(xué)比較重要的基礎(chǔ)，涉及到生命體系分子水平一維、二維與三維空間的物理學(xué)規(guī)律，應(yīng)該重點(diǎn)講授，重點(diǎn)掌握，使得學(xué)生能夠運(yùn)用這些生物物理學(xué)基本專業(yè)知識(shí)分析相關(guān)生命問(wèn)題。光合作用與光生物物理學(xué)涉及到農(nóng)作物的二個(gè)基本過(guò)程，一是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物可利用能源，二是控制農(nóng)作物發(fā)育的光敏色素與藍(lán)光受體，所以農(nóng)學(xué)和林學(xué)專業(yè)的學(xué)生需

6、要重點(diǎn)學(xué)習(xí)與掌握。神經(jīng)生物物理學(xué)主要涉及動(dòng)物神經(jīng)活動(dòng)的物理學(xué)規(guī)律，論述動(dòng)物活動(dòng)信息傳導(dǎo)與控制規(guī)律，所以畜牧業(yè)專業(yè)的學(xué)生需要認(rèn)真學(xué)習(xí)、認(rèn)真領(lǐng)悟?，F(xiàn)代生物物理學(xué)技術(shù)方法是我們認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)規(guī)律的有33.亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)2.4蛋白質(zhì)的折疊（理解）2.4.1蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的決定因素2.4.2分子動(dòng)力學(xué)：球蛋白分子運(yùn)動(dòng)的研究方法2.4.3蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)1.經(jīng)典熱力學(xué)假說(shuō)2.熔球中間態(tài)模型2.4.4蛋白質(zhì)定點(diǎn)突變對(duì)折疊的影響2.5大分子中的平衡配體

7、反應(yīng)（理解）（1學(xué)時(shí)）2.5.1單分子可逆反應(yīng)1.單分子可逆反應(yīng)的定義2.結(jié)合常數(shù)和解離常數(shù)2.5.2微觀平衡常數(shù)和宏觀平衡常數(shù)2.5.3平衡反應(yīng)的基本類型1.一個(gè)分子結(jié)合一個(gè)配體2.一個(gè)分子結(jié)合多個(gè)配體2.5.4協(xié)同結(jié)合與協(xié)同相互作用1.協(xié)同作用的Hill曲線2.協(xié)同作用的模型2.5.5大分子平衡配體反應(yīng)的偶聯(lián)自由能1.平衡配體反應(yīng)的偶聯(lián)自由能的定義2.偶聯(lián)自由能對(duì)平衡配體反應(yīng)性質(zhì)的判斷第三章膜與細(xì)胞生物物理學(xué)（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)：從細(xì)

8、胞膜的二維空間性對(duì)生物活動(dòng)規(guī)劃的角度，講解細(xì)胞膜在生命活動(dòng)中的功能，使學(xué)生對(duì)細(xì)胞靜態(tài)與動(dòng)態(tài)活動(dòng)關(guān)系有深刻理解。重點(diǎn)、難點(diǎn)：細(xì)胞膜的分子模型??流動(dòng)鑲嵌模型的特點(diǎn)，膜脂質(zhì)分子和膜蛋白的運(yùn)動(dòng)特性，跨細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸。易化擴(kuò)散，次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸，生物膜上的信息傳遞：細(xì)胞識(shí)別，激素作用。3.1生物膜的組成及其性質(zhì)（了解）3.1.1膜脂3.1.2膜蛋白3.1.3膜糖類3.2生物膜的分子結(jié)構(gòu)和功能（掌握）（1學(xué)時(shí)）3.2.1生物膜的結(jié)構(gòu)模型3.2.2生