Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы
Электронное издание
Красноярск СФУ 2011
УДК 543.4(07) С568 Составитель: В.В. Межевикин С568
Современные методы физико-химического анализа: учебнометодическое пособие для самостоятельной работы [Электронный ресурс] / сост. В.В. Межевикин. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. – Систем. требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана. Основной целью учебно-методического пособия является помощь магистрантам в самостоятельном освоении курса «Современные методы физикохимического анализа», позволяющая им понять основные вопросы и содержание этого направления, ориентироваться в проблемах курса. Предназначено для очного обучения магистров, в том числе с применением дистанционных образовательных технологий, по магистерским программам 010700.68.06-«Биофизика» и 010700.68.25 «Окружающая среда и человек: основы контроля и надзора».
УДК 543.4(07) © Сибирский федеральный университет, 2011 Учебное издание Подготовлено к публикации редакционно-издательским отделом БИК СФУ Подписано в свет 14.09.2011 г. Заказ 9075. Тиражируется на машиночитаемых носителях. Редакционно-издательский отдел Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79 Тел/факс (391)206-21-49. E-mail
[email protected] http://rio.sfu-kras.ru
2
Общие сведения Цель преподавания дисциплины Сформировать у студентов понимание 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 физико-химические методы для решения конкретных задач. 1. Структура самостоятельной работы Учебной программой дисциплины «Современные методы физикохимического анализа» предусмотрено 49 часов на самостоятельное изучение материала. Данный вид работы является обязательным для выполнения. При самостоятельном выполнении различных видов заданий студент учится самостоятельно находить и изучать новый материал, работать с периодической научной литературой, правильно писать рефераты на заданные темы, выполнять необходимые вычисления. Самостоятельная работа по курсу «Современные методы физикохимического анализа» включает: - самостоятельное изучение теоретического материала с использованием рекомендуемой литературы и самостоятельно найденной литературы и электронной информации; - решение задач по заданным темам; - выполнение заданий. - освоение доступных приборов, предназначенных для выполнения физико-химических анализов. Объем дисциплины и виды учебной работы приведены в табл. 1.
3
Таблица 1
Всего часов
Вид учебной работы
Семестр 11
Общая трудоемкость дисциплины
77
77
Аудиторные занятия:
28
28
Самостоятельная работа:
49
49
Вид промежуточного контроля (зачет, экзамен)
зачет
зачет
Виды самостоятельной работы выбраны в соответствии с целями и задачами изучения дисциплины «Современные методы физико-химического анализа», количество часов определено трудоемкостью конкретного вида самостоятельной работы.
4
2. Методика реализации по изучению теоретического курса
самостоятельной
работы
Самостоятельное изучение теоретического материала планируется по соответствующим модулям курса. Самостоятельная работа по курсу «Современные методы физикохимического анализа» включает самостоятельное изучение теоретического материала. Самостоятельное изучение теоретического материала планируется по всем разделам курса. Содержание и рекомендуемая литература на освоение теоретического материала указаны в таблице 2. Если при прочтении теоретического материала возникают вопросы, студент может проконсультироваться у преподавателя по электронной почте или на периодических очных консультациях. При самостоятельном изучении теоретического курса студентам необходимо: - изучить темы теоретического курса в соответствие учебной программой дисциплины; - подготовить устные ответы на контрольные вопросы по заданной теме теме. Таблица 2
«Самостоятельное изучение теоретического материала» № Название раздела п/п дисциплины по программе
Самостоятельное изучение теоретического материала по темам (часы)
1 2 3 1 Модуль 1. Введе- Раздел 1.2. Основные физико-химические методы, используемые ние. Современ- в биофизических исследованиях (4) ная аналитическая химия и методология биофизических исследований 2 Модуль 2. Получение и анализ высокоочищенных биомолекул
Раздел 2.3. Хроматографические методы разделения и анализа биологических веществ. Раздел 2.4. Электрофоретические методы разделения и анализа биологических веществ. (4)
5
3
Модуль 3. Спектроскопические и связанные с ними методы анализа биологических соединений и структур
4
Модуль 4. Мик- Раздел 4.2. Флюоресцентные методы спектроскопии сверхвысороскопия высо- кого разрешения. кого разрешения Раздел 4.3. Сканирующая микроскопия сверхвысокого разрешения. (6)
5
Модуль 5. Основные биофизические и физикохимические методы оценки состояния окружающей среды и состояния человека.
Основные биофизические и физико-химические методы оценки состояния окружающей среды и состояния человека: биофизические методы экспресс-анализа, Высокочувствительные массспектрометрические методы анализа. Пути повышения чувствительности физико-химических методов анализа (6)
6
Модуль 6. Физические основы современных методов анализа последовательности нуклеиновых и белковых молекул Модуль 7. Нейросети и их притменение в биофизических исследо-ваниях Модуль 8. Обработка экспериментальных данных и их представление
Физические основы современных методов анализа последовательности нуклеиновых и белковых молекул. Метод Максама-Гилберта определения последовательности нуклеотидов.Метод Эдмана определенияпервичной структуры полипептидов. Масс-спектрометрические методы определения первичной структуры полипептидов и нуклеиновых кислот. (6)
7
8
Раздел 3.3. Собственная флюоресценция белков в исследовании их функционирования. Раздел 3.6. Гамма-резонансная спектроскопия в исследовании бел-ков Раздел 3.9. Определение пространственной структуры белков с помощью ЯМР-спектроскопии. Раздел 3.10. ЯМР-спектроскопические методы исследования белок-белкового взаимодействия. Раздел 3.11. Фемтосекундные лазеры в исследовании механизмов фо-тосинтеза. (10)
Основные нейросетевые алгоритмы и программные продукты. Использование нейросетевых алгоритмов для нахождения сложных нелинейных связей между различными параметрами. . (4) Представление результатов экспериментальных исследований. Статистические методы обработки экспериментальных данных. Нейросетевые методы обработки экспериментальных данных. Обработка экспериментальных данных в биохимических исследованиях. Программные продукты для обработки экспериментальных данных. (9)
6
Самостоятельная работа должна способствовать развитию таких необходимых навыков, как решение поставленной перед студентом задачи, сбор и аналитический анализ литературных данных, умение сделать обоснованные выводы.
3. Другие виды самостоятельной работы К другим видам самостоятельной работы студентов относится, в частности, работа над отчетом-рефератом по результатам проведенного анализа литературы на заданную тему. Отчет должен состоять из следующих разделов: 1. Титульный лист. 2. Краткий обзор теоретического материала, завершающийся постановкой цели и задач аналитического исследования. 3. Изложение результатов аналитического исследования и их обсуждение. 4. Основные выводы. Для оформления отчета следует использовать стандарт СФУ СТО 4.2-072010 «Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности».
7
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.
Перечень контрольных вопросов Охарактеризовать особенности аналитической химиии биологических объектов. Основные методы разрушения биологических организмов и тканей. Методы одноактового перераспределения молекул и частиц из однородной смеси Современные хроматографические методы разделения и анализа биологических веществ. Современные электрофоретические методы разделения и анализа биологических веществ. Основные методы спектрометрии. УФ-видимая спектрометрия. Устройство спектрофотометра. Спектрофлюоресцентные методы анализа Собственная флюоресценция белков в исследовании их функционирования. Современная инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния. Фурье спектрометрия. Определение пространственной структуры белков с помощью рентгеноструктурного анализа. Гамма-резонансная спектроскопия в исследовании белков. Современная ЭПР-спектроскопия и ее использование в биофизических исследованиях. Ядерный магнитный резонанс и ЯМР-спектроскопия биологических объектов. Определение пространственной структуры белков с помощью ЯМРспектрометрии. ЯМР-спектроскопические методы исследования белок-белкового взаимодействия. Фемтосекундные лазеры в исследовании механизмов фотосинтеза. Масс-спектрометрия: идентификация молекулы по ее осколкам. Физико-химические основы современных методов анализа последовательности нуклеиновых и белковых молекул. Методы направленного мутагенеза. Современные методы установления структуры генома. Нейросетевые методы обработки информации в биофизических исследованиях. Узкие места в современных молекулярно-биологических и биотехнологических исследованиях. Основные методы обработки и представления экспериментальных данных. Итоговым контролем по данной дисциплине является зачет. 8
1. 2. 3. 4.
Библиографический список Основная литература: И.Н.Сердюк, Н.Заккаи, Дж.Заккаи. Методы в молекулярной биофизике: структура, функция, динамика. Т.2. КДУ, Москва, 2010, 736с. П.М.Бородин и др. Квантовая радиофизика: магнитный резонанс и его приложения. Изд-во С.Петербургского университета, Санкт-Петербург, 2009, 700с. К.Данцер, Э.Тан, Д.Мольх. Аналитика. Систематический обзор. Химия, Москва, 1981, 280с. М.Отто. Современные методы аналитической химии. 2-е исправленное издание. Техносфера, Москва, 2006, 544с. 5. Применение методов Фурье-оптики. Под ред. Г.Старка. Радио и связь, Москва, 1988, 536с.
9
Оглавление 3
Общие сведения 1. Структура самостоятельной работы 2. Методика реализации самостоятельной по изучению теоретического курса 3. Другие виды самостоятельной работы
3 работы 5 7
Перечень контрольных вопросов
8
Библиографический список
9
10