Реферат: Специальные дисциплины кафедры молекулярной биофизики




СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ КАФЕДРЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОФИЗИКИ



Предмет




Прогр

сем.

лек

эк

зач

ДНМ.05 Компьютерные технологии




510406.18,19

5/9

32




4

ДНМ.07 Методы исследования макромолекул




510406/18

5/9,10

80

6




ДНМ.07 Лазерная корреляционная спектроскопия




510406/19

5/9,10

80

6




б) дисциплины специализаций (для направления только СДМ)













^ СДМ.03 Молекулярная биофизика, часть 2




406/18,19

5/9

32

5




СДМ.04 Квантовая химия




406/18,19

5/9

32




4

СДМ.05 Конформация полимеров в растворе




510406/18

5/9

32




2

СДМ.05Дифракционные эксперименты на жидкостях




510406/19

5,9

32




2

СДМ.06 Молекулярная биология




406/18,19

5/9,10

64

4

5

СДМ.07 Радиобиология




510406/18

5/10

32

3




СДМ.08Методы математического эксперимента




406/18,19

5/10

32




4

СДМ.08 Радиоспектроскопия




406/19

6/11

32




2

СДМ.09 Взаимодействие макромолекул с лигандами




510406/18

6/11,12

64

3

2

СДМ.10 Теория полиэлектролитов




510406/18

6/11

32

3




СДМ.11 Электрооптика растворов




406/18,19

6/12

32

5




в) дисциплины по выбору



















^ СД.В.01 Введение в молекулярную биофизику







3/6

36




4

СД.В.01 Введение в общую биологию

доц. Халоимов А.И.




3/7

36

5




СД.В.01 Молекулярная спектроскопия

доц. Кочнев И.Н.




3/7

36




4

СД.В.02 Молекулярная оптика







4/7

72

5




СД.В.03 Биоорганическая химия







4/7

36




4

СД.В.03 Электрокинетика дисперсных систем







4/7

36

5




СД.В.04 Биохимия







4/8

28

5




СД.В.04 Статистика макромолекул







4/8

28




2

СД.В.05 Молекулярная биофизика







4/8

28

5




СД.В.05 Физика конденсированного состояния







4/8

28




1

ЕН.В.00 Современные проблемы биофизики







4/8

28




4

СДМ.В. 06 Спектроскопия оптического смешения




5104066/19

6/11

32




1

СДМ.В.08 Техника спектроскопии

доц. Кочнев И.Н.

510406/19

5/10

32




1

СДМ.В.03Методы молекулярной динамики




510406/18

6/12

32




2

СДМ.В.03 Дополнительные главы молекулярной спектроскопии

доц. Кочнев И.Н.

406/18,19

5/10

32




2

СДМ.В.10 Теория колебаний молекул

доц. Кочнев И.Н.

510406/19

6/11

32




1

СДМ.В.05 Фотобиология




406/18,19

5/10

32




2

СДМ.В.09 Квантовая химия, ч.2




406/18,19

5/10

72

5




г) факультативные дисциплины



















^ ФТД. М.01 Введение в нелинейную динамику

доц. Кочнев И.Н.

510406/18

6/12

32




1

ФТД. М.03 Спектроскопия биополимеров




510406/18

6/11

32




2

ФТД.04 Введение в биофизику







1/1

36




4

ФТД.05 Основы молекулярной биологии и генетики




1/2

36




4



^ ДНМ.05 Компьютерные технологии
Проф. Воронцов-Вельяминов П. Н.


1.Введение. 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.

2. Мат. эксперимент динамического и стохастического типа (молекулярная динамика и Монте-Карло). Метод МК для расчета интегралов. Оценка погрешности выборочного среднего. Метод существенной выборки.

3. Основы термодинамики. Термодинамические величины: объем, давление, температура.Уравнение состояния. Внутренняя энергия, работа, тепло. Первое начало термодинамики. Второе начало. Энтропия. Равенство ( неравенство ) Клаузиуса. Термодинамические потенциалы, характеристические переменные. Термодинамические равенства и неравенства.

4. Основы равновесной статистической механики . Микро- и

макро-состояния. Ансамбли (микроканонический, канонический, большой канонический). Энергетический спектр и плотность состояний макросистемы. Статистическая энтропия. Тепловое равновесие и температура, материальное равновесие и хим. потенциал. Каноническое и другие распределения. Статсуммы. Переход к классическим статинтегралам. Связь с термодинамикой.

5. Проблема вычисления конфигурационных средних в классической стат. механике и метод Монте-Карло. Реализация существенной выборки с помощью аппарата марковских цепей. Переходные вероятности.

6. Метод Монте-Карло в статистической механике, методические вопросы: малое число частиц и моделирование микросистем (периодические граничные условия). Проблема учета дальних взаимодействий. Начальная релаксация и усреднение. Свободные параметры цепи и их оптимальный выбор. Статистическая и систематическая погрешности.

7. Величины, вычисляемые методом МК (канонический и другие ансамбли): внутренняя энергия ,уравнение состояния, термические коэффициенты (теплоемкость ,сжимаемость). Бинарная функция распределения.

8. Моделирование молекул с внутренними степенями свободы. Метод МД для цепных молекул с жесткими связями(метод уравнений Лагранжа 1-го рода). Полимеры в растворе и метод Броуновской динамики. Микродинамика белков.

9. Метод МД с постоянной температурой и постоянными Т и Р

(метод Нозе - Хувера).

10. Метод МК - молекулярного поля для полиэлектролита.

11. Гиббсовский ансамбль для моделирования фазовых равновесий газ - жидкость.

12. Моделирование ограниченных систем: кластеры, тонкие слои, микрофазы в порах. Граничные условия.

Литература

1. К Биндер Методы Монте-Карло в статистической физике, Мир, М.,1982.

2. Д.В.Хеерман Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике, Наука, М.,1990.

3. Х. Гулд, Я. Тобочник Компьютерное моделирование в физике, ч.1,ч.2, Мир, М.,1990.

4. Физика простых жидкостей, ч.2,гл.14, М.,1971.

5. Н.П. Бусленко, Д.Н.Голенко, И.М.Соболь, В.Г.Срагович, Ю.А.Шрейдер Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло), М.,1962.

6. И.С.Фишер Статистическая теория жидкостей, М.,1961.

7. M.P. Allen, D.I. Tildesley Сomputer Simulation of Liquids. Clarendon Press. Oxford. 1987.



ДНМ.07 Методы исследования макромолекул

Доц. Касьяненко Н. А.


Биологические и синтетические полимеры. Основные конфоромационные параметры макромолекул. Модельные представления. 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. Абсолютные и относительные методы. Обзор. Анализ концевых групп. Химические методы. Эбулиоскопия и криоскопия. Изопиестический метод. Осмометрия Теоретические основы метода. Способы

Измерения осмотического давления: статический, динамический и метод нулевой скорости. Определение молекулярной массы и второго вириального коэффициента.


Метод рассеяния света. Интенсивность света, рассеянного жидкостями и растворами. Термодинамическая теория рассеяния света жидкостями и растворами макромолекул. Молекулярная теория рассеяния света растворами макромолекул. Угловое распределение интенсивности света, рассеянного растворами изотропных или анизотропных частиц, размеры которых малы в сравнении с длиной волны падающего света. Теория рассеяния света растворами больших частиц. Зависимость асимметрии рассеяния от формы рассеивающих частиц. 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. Степень деполяризации. Зависимость степени деполяризации рассеянного света от состояния поляризации падающей световой волны. Степень деполяризации света, рассеянного изотропными и анизотропными частицами, размеры которых малы и сравнимы с длиной волны света. Определение оптической анизотропии изучаемых частиц по степени деполяризации света, рассеянного их растворами. Экспериментальные методы определения деполяризации рассеянного света.

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 макромиолекул. Анизотропные частицы. Влияние полидисперсности. Методы анализа многокомпонентных систем.

Вискозиметрия. Вязкость растворов полимеров. Внутреннее трение в жидкостях и растворах. Характеристическая вязкость растворов жестких сферических и эллипсоидальных частиц. Вязкость растворов цепных молекул. Уравнение Марка-Куна-Хаувинка. Слабое и сильное гидродинамическое взаимодействие в системе. Учет частичной проницаемости гауссового клубка в теориях характеристической вязкости Дебая - Бюхе, Кирквуда и Райзмана, Зимма.

Вязкость растворов негауссовых клубков. Теория Флори. Зависимость параметра Флори от качества растворителя. Теории вязкости для жесткоцепных полимеров. Теория Хирста. Теория Птицына. Объемные эффекты гибких и жесткоцепных полимеров Теория Штокмайера-Фиксмана. Работы Шарпа и Блумфельда.

Концентрационная зависимость приведенной вязкости. Зависимость вязкости растворов жестких асимметричных частиц и цепных макромолекул от напряжения сдвига.

Вязкость растворов полиэлектролитов. Особенности гидродинамического поведения молекулы ДНК как жесткого полимера с высокой плотностью заряда. Зависимость характеристической вязкости нативной и денатурированной ДНК от состава растворителя. Возможности метода для определения конформационных параметров макромолекул. Сравнение эксперимиента с существующими теориями.Учет объемных эффектов в теориях вязкости. Новые подходы к решению вопроса. Низкоградиентные вискозиметры.


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.

Динамическое двойное лучепреломление в растворах деформируемых частиц. Зависимость угла ориентации гибких и жестких частиц от вязкости растворителя. Определение кинетической жесткости деформируемых частиц.

Гидродинамическое и оптическое поведение цепных молекул в ламинарном потоке. Теории динамического двойного лучепреломления растворов макромолекул. Гидродинамические модели. Оптическая модель макромолекулы Куна и Грюна. Теория "эффекта формы" в растворах макромолекул. Зависимость "эффекта формы" от параметров макромолекул и свойств среды. Двойное лучепреломление растворов макромолекул в области малых и больших сдвиговых напряжений. Концентрационная зависимость динамического двойного лучепреломления, обусловленного собственной оптической анизотропией и анизотропией формы.

Возможности метода в определении конформационных параметров синтетических и биологических полимеров. Работы по определению термодинамической жесткости ДНК в растворах разной ионной силы.


Двойное лучепреломление в электрических и магнитных полях.


Поступательная диффузия макромолекул в растворе.

Уравнения Фика. Связь между коэффициентом

диффузии и коэффициентом поступательного трения. Коэффициент трения жестких частиц. 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.

ЛИТЕРАТУРА

М.В.Волькенштейн Конфигурационная статистика полимерных цепей, Изд-во АН СССР, Москва-Ленинград,1959,гл.1,4,6,7.

М.В. Волькенштейн, Молекулярная оптика, Гос. Издательство технико-теоретич. литературы Москва-Ленинград,1951

В.Н. Цветков ,В.Е.Эскин, С.Я.Френкель Статистика

макромолекул в растворе М.,Наука,1964

В.Е. Эскин Рассеяние света растворами полимеров, М., Наука, 1973

Кантор Ч. Шиммел П. Биофизическая химия В 3-х томах, М., Мир 1985

М.В.Волькенштейн Молекулярная биофизика Изд-во Наука, Москва,1975

М.В.Волькенштейн Биофизика Наука, 1981.

Ч.Тенфорд, Физическая химия полимеров М., Химия, 1965.

Экспериментальные методы химической кинетики, /Под ред. Эмануэля Н.М. и Кузьмина М.Г., М., МГУ,,1985

А. Керрингтон, Э. Мак-Лечлан, Магнитный резонанс и его применение в химии М., Мир, 1970,

Л.А. Остерман Хроматография белков и нуклеиновых кислот, М., Наука, 1985,

Современные методы исследования полимеров,/Под ред. Слонимского Г.Л. М., Химия, 1982

Д. Фрайфелдер Физическая биохимия М., Мир, 1980

Berne B. J., Pecora R. 1976, Dynamic Light Scattering, New York, Wiley

Тэнфорд Ч. Физическая химия полимеров М., Химия, 1965

Bloomfield V., Crothers D., Tinoco I., Jr., 1974, Physical Chemistry of Nucleic Acids, Harper &Row, New York.



^ ОБЗОРЫ И ОРИГИНАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Магонов С.Н. Высокомолекулярные соединения сер.Б,1996,т.38, №1, с.143

Clemmer C.R., Beebe T.P. ,1991, Graphite: A mimic for DNA and other biomolecules in scanning tunneling microscopes studies, Science v.251,p.640-642

Hansma H.G, Laney D.E., Bezanilla M.,Sinsheimer R.L., Hansma P.K.1995, Application for Atomic Force Microscope of DNA Biophys.J., v.68, p.1672-1677.

Berne B.JJ., Pecora R., Dynamic Light Scattering, 1975, N.Y., Wiley

А.Д. Лебедев, Ю.Н.Левчук., А.В.Ломакин, В.А.Носкин Лазерная корреляционная спектроскопия в биологии, Киев, Науковаа думка, 1987.256 с.

A.Z. Akcasu Polymer,1981,v.22,N 9, p.1169-1176

Hofrichter J., Eaton W.A. 1976, Linear Dichroism of biological chromophores, Ann.Rev.Biophys.Bioengin. v.5,p.511

Belford G.C., Belford R.C. Weber G., 1972, Dynamics of Fluorescence polarization in macromolecules, Proc.Natl.Acad. Sci.USA,v.69, p.1392

Chuang T.J., Eisenthal K.B., 1972, Theory of fluorescence depolarization by anisotropic rotational diffusion, J.Chem.Phys.,v.57, p.5094

Schellman J.A.,1975, Circular Dichroism and Optical Rotation,Chem.Rev., v.75,p.323

Sykes B.D., Scott M.D., 1972, Nuclear Magnetic Resonance swtudies of the dynamic aspects of molecular structure and interaction in biological systems, Ann.Rev. Biophys.Bioengin., v.1,p.27

Shulmann H.B., Eisenberg P., Kincaid B.M., 1978, X-ray absorption spectroscopy of biological molecules, Ann.Rev.Biophys.Bioeng., v.7,p.559







^ ДНМ.07 Лазерная корреляционная спектроскопия

Доц. Рождественская Н. Б.


1. Фундаментальные принципы лазеров.

Основные элементы лазера. Пороговое условие. Оптические резонаторы. Активные резонаторы и моды лазера. Насыщение усиления и конкуренция мод. Выходная мощность и оптимальная связь на выходе лазера. Гауссовы пучки.

2. Лазеры как источник света для спектроскопии.

Лазеры с фиксированной частотой и перестраиваемые лазеры. Спектр частот многомодовых лазеров. Селекция мод в лазерах. Экспериментальная реализация одномодового режима работы лазеров. Стабилизация длины волны. Стабилизация интенсивности. Абсолютное измерение частоты лазерого излучения. Ширины линий излучения одномодовых лазеров.

3. Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния.

Вынужденное комбинационное рассеяние. Спектроскопия когеррентного антистоксова комбинационного рассеяния света (КАРС).

4 Лазерная спектроскопия Рэлеевского рассеяния света.

Спектроскопия высокого разрешения. Интерферометр Фабри-Перо. Спектр рассеянного света в жидкостях. Моды движения в разлияные временные интервалы. Деполяризованное рассеяние света. Исследование спектров Мандельштама-Бриллюэна конденсированных сред. Исследование спектров рассеянного молекулами света в зависимости от их строения и характера межмолекулярного взаимодействия в неупорядоченных средах (жидкости, растворы, жилкие кристаллы).

5. Лазерная спектроскопия в биологии.

Определение конформаций белков по спектрам комбинационного рассеяния (КР) и резонансного комбинационного рассеяния (РКР). РКР спектры природных хромофоров, связанных с белками. Резонансные метки в спектроскопии КР. Спектроскопия КР нуклеиновых кислот и комплексов нуклеиновых кислот с белками. Спектроскопия КР липидов и мембран.

6. Лазерная спектроскопия в медицине.

Использование лазерной спектроскопии для анализа состава воздуха. Применение лазернях пучков при лечении онкологических заболеваний. Фотохимическая терапия. Лазерная нефелометрия.

Литература:

1. В.Демтредер.”Лазерная спектроскопия”, Наука, Изд.Физ.Мат.Лит. ,Москва, 1985.

2. Л.П.Казиенко.”Молекулярная спектроскопия жидкостей”,Изд.БГУ, Минск, 1978.

3. ПюКэри.”Применение спектроскопии КР и РКР в биологии “,Мир, Москва, 1985.



СДМ.03 Молекулярная биофизика, часть 2

Проф. Бирштейн Т. М.


Основы методов изучения структуры биологических

макромолекул и их моделей.

1. Рентгенография белков. Метод настопного замещения.

Основные результаты. Попытки классификации топологии

глобулярных белков.

2. Диффузное рассеяние света и рентгеновских лучей. Рассеяние

в области малых и больших углов. Рассеяние нейтронов на

меченых (дейтерированных) макромолекулах. Возможности и

перспективы метода.

3. УФ-спектроскопия полипептидов, белков и нуклеиновых

кислот, как метод исследования конформаций. Гипохромизм

ДНК.

4. ИК-спектроскопия полипептидов и белков как метод

исследования конформаций.

5. Оптическая акивность и круговой дихроизм. Спектры

кругового дихроизма и дисперсия оптической активности

полипептидов, белков и нуклеиновых кислот. Использование

метода для исследования нуклеопротеидных комплексов.

6. Основы метода потенциометрического титрования.

Потенциометрическое титрование полиэлектролитов.

Потенциометрическое титрование и конформационный переход.

7. Метод ЯМР в применении к биологическим молекулам.

Получение данных о структуре и подвижности из методов ЯМР.

8. Калориметрия биологических макромолекул.

9. Изучение подвижности в биологических макромолекулах и их

моделях. Метод дейтерообмена в глобулярных белках. Метод

деполяризации люминесценции.

Функционирование белков.

1. Основные функции белков и основы классификации.

2. Стационарное состояние открытой системы. Роль катализатора в системе.

3. Основы кинетики ферментативных реакций. Фермент- субстратный комплекс. Теория Михаэлиса.

4. Ингибирование и активация ферментов. Обратная связь в биологических процессах. Аллостерические эффекты.

5. Кооперативность ферментативного катализа. Кооперативность связывания кислорода гемоглобином. Роль четвертичной

структуры белков в кооперативности катализа.

Конформационные перестройки белков.

6. Структура белков и физика ферментативной активности.

Рентгенографические данные о структуре фермент-субстратных

комплексов. Проблемы моделирования ферментов.

Проблемы биосинтеза. Особенности нуклеинового кода.

Нуклеопротеидные комплексы.

Л и т е р а т у р а

1. М.В.Волькенштейн Биофизика, М. Наука, 1981.

2. М.В.Волькенштейн Молекулярная биофизика, т.1 М.,Наука,

1975.

3. Т.М.Бирштейн, О.Б.Птицын, Конформации макромолекул

М.,Наука,1964.

4. Ч.Тенфорд, Физическая химия полимеров М., Химия, 1965.

5. С.Е.Бреслер Молекулярная биология М.,Наука, 1973.

6. Л.А.Блюменфельд Проблемы биологической физики М. Наука,

1977.


СДМ.04 Квантовая химия

Доц. Пенкина Н. Н.


I. Приближенные методы квантовой механики в теории атомов и молекул

Стационарная теория возмущений для связанных состояний. Постановка задачи. Первая и вторая поправки к невозмущенной энергии системы. Первая поправка к невозмущенной волновой функции.

Вариационный принцип квантовой механики. Вариационный метод для связанных состояний. Прямой вариационный метод. Линейная зависимость пробной волновой функции от вариационных параметров. Секулярное уравнение.

Задача многих тел в квантовой механике. Свойства симметрии волновой функции системы тождественных частиц. Принцип Паули. Одноэлектронное приближение. Детерминант Слэтера.

Метод самосогласованного поля Хартри-Фока.

Основное состояние атома гелия. Система из двух электронов. Матрицы Паули. Синглет и триплет. Энергия атома гелия в первом порядке теории возмущений. Вариационный метод Хиллерааса для основного состояния атома гелия.

Квантовомеханическое описание молекул. Полный гамильтониан молекулы. Адиабатическое приближение. Адиабатическая потенциальная кривая.


II. Теория валентности: метод валентных связей (ВС)

Молекула водорода. Метод Гайтлера-Лондона. Кулоновский и обменный интегралы. Природа ковалентной связи.

Периодическая система элементов Менделеева с точки зрения метода ВС. Спин и валентность.

Направленные валентности. - и -связи. Кратные связи. Приближение полного спаривания.

Гибридизация. sp3-, sp2- и sp-гибридизация в атоме углерода. Валентное состояние.

Метод наложения валентных схем. Бензол. Структуры Кекуле и структуры Дьюара. Делокализация связей.



III. Теория валентности: метод молекулярных орбиталей (МО)

Молекулярный ион водорода. Приближение МО ЛКАО.

Классификация молекулярных орбиталей. Квантовые числа МО в двухатомных го-моядерных молекулах. Связывающие и разрыхляющие МО. Корреляционная диаграмма для двухатомных гомоядерных молекул.

Электронные конфигурации двухатомных молекул.

Электронные термы двухатомных молекул.

Электронные термы, соответствующие электронным конфигурациям основных состояний двухатомных гомоядерных молекул ( от Z=1 до Z=10 ).

Молекулы с сопряженными связями. -электронное приближение. Приближение Хюккеля. Примеры: бутадиен, бензол.

Индексы электронной структуры. Заряды на атомах, порядки связей, связанная и свободная валентность. Молекулярные диаграммы.

Индексы реакционной способности. Предсказание хода химической реакции.

Сравнение методов МО и ВС. Различные типы связей.


Литература.


1. Веселов М.Г. Элементарная квантовая теория атомов и молекул. Физматгиз, 1962.

2. Коулсон Ч. Валентность. М., Мир, 1965.

3. Мак-Вини Р., Сатклиф Б. Квантовая механика молекул. М., Мир, 1972.

4. Марел Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Химическая связь. М., Мир, 1980.

5. Абаренков И.В., Братцев В.Ф., Тулуб А.В. Начала квантовой химии. М., Высшая школа, 1989.

6. Цюлике Л. Квантовая химия. Том 1. Основы и общие методы. М., Мир, 1976.

7. Степанов Н.Ф., Пупышев В.И. Квантовая механика молекул и квантовая химия. Изд-во МГУ, 1991.


СДМ.05 Конформация полимеров в растворе

Доц. Касьяненко Н. А.



Структурная организация макромолекул. Понятие первичной, вторичной, третичной, четвертичной структуры макромолекул. Классификация полимеров. Линейные и разветвленные макромолекулы. Дендримеры.Сетчатые структуры. Гомополимеры и сополимеры. Статистические и блок-сополимеры. Надмолекулярные структуры. Полиэлектролиты. Поликатионы и полианионы. Полиамфолиты. Дифильные полимеры. Биологические макромолекулы и уровни их структурной организации.

^ Понятие о конформации полимерной цепи. Задача о средних значениях. Статистический подход к описанию конформации макромолекул. Конформационные параметры вторичной структуры макромолекул. Вторичная структура биополимеров. Природные и синтетические биополимеры и их структурное разнообразие.

^ Линейные макромолекулы в идеальном растворе. 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. Персистентная цепь. 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.

^ Химическая термодинамика и биологические системы. История вопроса. Некоторые проблемы термодинамики биологических процессов. Определения и понятия, используемые в термодинамике растворов. Параметры состояния. Функции состояния. Экстенсивные и интенсивные величины. Законы термодинамики. Основное соотношение термодинамики. Парциальные мольные величины. Химический потенциал. Термодинамика открытых систем. Системы вблизи равновесия. Устойчивость стационарных состояний. Термодинамика систем вдали от равновесия.

^ Растворы. Общие представления о растворах. Способы представления состава растворов. Процесс растворения и термодинамические функции. Растворимость и ее зависимость от различных параметров. Идеальные и реальные растворы. Разбавленные растворы. Законы Рауля и Вант-Гоффа для идеальных растворов. Активность растворителя. Коэффициент активности. Уравнение осмотического давления. Вириальные коэффициенты. - температура. Межмолекулярные взаимодействия в разбавленных растворах.

^ Растворы макромолекул. Понятие о качестве растворителя. Плохой, хороший и идеальный растворитель. Набухание макромолекул в хороших растворителях. Коэффициент линейного набухания (h и r). Ближние и дальние взаимодействия в полимерной цепи. Основные молекулярные параметры полимеров и их зависимость от качества растворителя. Экспериментальные данные. Модели полимерных цепей, используемые для описания поведения макромолекул в хороших растворителях.

^ Конформация макромолекул в хороших растворителях. Теория Флори. Модель псевдо-решетки Флори-Хаггинса. Энтропия смешения низкомолекулярных веществ. Энтропия смешения макромолекул с растворителем. Теплота и свободная энергия смешения. Вычисление исключенного объема макромолекулы. Уравнение осмотического давления для концентрированных и разбавленных растворов полимеров. Объемные эффекты в индивидуальной макромолекуле. Исключенный объем сегмента. Влияние ближних и дальних взаимодействий в макромолекуле на ее размеры. Коэффициент линейного набухания и его связь с термодинамическими функциями и конформационными параметрами макромолекулы.

^ Основные подходы к решению задачи объемных эффектов в полимерных системах. Параметр исключенного объема Z и его связь с коэффициентом линейного набухания, вторым вириальным коэффициентом, термодинамической жесткостью макромолекул. Использование метода самосогласованного поля. Теория Флори и ее усовершенствование. Применение теории возмущений для описания полимерных клубков с объемными взаимодействиями. Флуктуационная теория и метод скейлинга.

^ Объемные эффекты в растворах полимеров, обладающих большой термодинамической жесткостью. Сравнительный анализ возможности различных теоретических подходов при рассмотрении поведения макромолекул различной жесткости вблизи и вдали от -точки.

^ Растворы полиэлектролитов. Ионное равновесие в растворах. Понятие ионной силы раствора. Теория Дебая-Хюккеля. 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 (экспериментальные данные). Полиэлектролитное набухание и равновесная жесткость гибких и жестких полиионов. Слабо- и сильнозаряженные макромолекулы. Молекула ДНК как жесткий сильно заряженный полиион. Влияние природы и валентности противоионов на конформацию биополимеров в растворе. Сравнительный анализ поведения синтетических и биологических полимеров при изменении рН и ионной силы раствора. Влияние рН на конформацию биологических макромолекул в растворе. Поведение макромолекул при изменении состава растворителя.

^ Теоретические представления о поведении линейных полиионов в растворах. Основная задача теории полиэлектролитов и пути ее решения для жестких сильно заряженных полиионов. Решение уравнения Пуассона-Больцмана. Теория Дебая-Хюккеля и ее использование при решении основной задачи теории полиэлектролитов. Теория конденсации Маннинга и ее развитие. Современное состояние теории полиэлектролитов.

^ Полиэлектролитное набухание гибких и жестких макромолекул. Теории Флори, Качальского, Птицына, Александровича. Влияние ионной силы раствора на равновесную жесткость полиионов. Экспериментальные данные. Теория Одайка–Школьника-Фиксмана (OSF-теория). Использование флуктуационной теории для решения задач, связанных с поведением полиионов. Соотношение полиэлектролитного набухания и объемных эффектов, обусловленных качеством растворителя, в растворах полиэлектролитов.

^ Макромолекулы в термодинамически плохом растворителе. Конформационный переход клубок-глобула в растворах синтетических и биологических полимеров. Конденсация ДНК. Некоторые вопросы термодинамики надмолекулярных структур. Эксперимент и теория.


ЛИТЕРАТУРА:


МОНОГРАФИИ:

Flory P. Principles of Polymer Chemistry. Ithaca: Cornell University Press, 1953 Переиздано в 1971 г

П.Флори Статистическая механика цепных молекул Изд-во Мир, Москва 1971. Перевод книги: Paul J. Flory, Statistical Mechanics of Chain Molecules, John Wiley & Sons, 1969

В.Н. Цветков, В.Е.Эскин, С.Я.Френкель Статистика макромолекул в растворе М.,Наука,1964.

Де Жен Идеи скейлинга в физике полимеров М., Мир , 1982 Перевод книги: Pierre-Gilles de Genne, Scaling Consept in Polymer Physics, Cornell Universoty Press, Ithaca and London,1979.

И.Р. Пригожин Молекулярная теория растворов М., Металлургия, 1990, перевод книги: I. Prigogine, The Molecular Theory of Solutions, North-Holland Publishing Company, Amsterdam, Interscience Publishers, Inc., New York,1957.

Т.М. Бирштейн,. О.Б. Птицын, Конформации макромолекул, М., Наука, 1964.

А.А.Тагер Физико-химия полимеров Изд-во Химия ,Москва, 1978.

D.Eisenberg, D. Crothers - Physical Chemistry With Application to the Life Sciences , The Benjamin/Cumming Publishing Company, Inc.,1979

Yamakawa H. Modern Theory of Polymer Solutions. N.Y.-Harperand Row 1971

Тюдзе Р., Каваи Т. Физическая химия полимеров - М., Химия, 1977

Гроссберг А.Ю., Хохлов А.Р. Статистическая физика макромолекул М., Наука, 1989

Ч.Тенфорд, Физическая химия полимеров М., Химия, 1965.

Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот Москва. Мир. 1987.

Кантор Ч. Шиммел П. Биофизическая химия в 3-х томах М., Мир 1984

М.В.Волькенштейн Биофизика Изд-во Наука, Москва,198

Ж.Фичини, Н. Ламброзо-Бадер, Ж.-К. Депезе Основы физической химии, М., Мир, 1972

Касьяненко Н.А. Влиянние рН раствора на структуру и свойства молекулы ДНК. Методическое пособие. СПбГУ,1998.

Морошкина Е.Б., Касьяненко Н.А., Взаимодействие макромолекул с лигандами. Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета. СПбГУ, 1998

М. Дой, С. Эдвардс Динамическая теория полимеров М., Мир, 1998 Перевод книги: M. Doi, S.F. Edwards, The Theory of Polymer Dynamics, Clarendon Press, Oxford,1986.

Физическая химия. В 2 кн. .Под ред К.С. Краснова, М., Выс.школа,1995

Моравец Г. Макромолекулы в растворе М., Мир, 1967


^ ОБЗОРЫ И ОРИГИНАЛЬНЫЕ РАБОТЫ:

Manning G. The Molecular Theory of Polymer Solutions with Application to the Electrostatic Properties of Polynucleotides,/ Quart. Rev. Biophys. 1978, 11, p.179

Alexandrowicz Z., Effect of Excluded Volume on Polyelectrolytes in Salt Solutions /J. Chem. Phys.,v.11, p.4377,1967.

Skolnik J., Fixman M., Macromolecules, 1977, v.10, N5, p. 944.

Fixman M., The Poisson-Boltzmann Equation and its Application to the Polyelectrolytes/ J. Chem. Phys., v.70, p.4995, 1979.

Th. Odijk: J.Polym. Sci., Polymer Phys. Ed. v.15 ,No3 (1977)477

Th. Odijk:Macromolecules,12 (1979)688

Франк-Каменецкий М.Д., Успехи физических наук, 1987, т.151, №4, с.59577

Le Bret M., J. Chem. Phys., 1982, v.76, N12, p.62




СДМ.05Дифракционные эксперименты на жидкостях

Доц. Рождественская Н. Б.


1. Макроскопическое и микроскопическое описание жидкостей. Трехмерная диаграмма фазовых состояний. Уравнение состояния. Равновесные теории жидкого состояния. Методы изучения жидкого состояния.

2. Атомная динамика и коррелятивные функции. Функция распределения. Коррелятивная функция. Радиальная функция распределения. Функция полной корреляции. Интеграл сжимаемости. Функция прямой корреляции. Функция корреляции Ван-Хова. Флуктуационно-диссипационная теорема. Закон рассеяния. Диаграмма энергия-импульс в актах рассеяния Х-лучей, рентгена, электронов, нейтронов, и видимого эл.-магн. излучения. Дифракционные эксперименты на жидкостях.

3. Простейшие динамические модели жидкостей. Диффузия и движение одиночных частиц. Теория беспорядочных шагов Эйнштейна, диффузия скачком. Свободная диффузия . Решение уравнения диффузии. Экспериментальное определение коеффициента диффузии методом гетеродинирования и ЯМР.

4. Кооперативные моды движения жидкостей при низких частотах. Континуальная модель. Распространение поперечных мод. Экспериментальное изучение распространения поперечных волн в жидкосях по спектрвм деполяризованного рассеяния света. Распространение продольных мод. С
еще рефераты
Еще работы по разное