Интернет-ресурс

Литература

Раздел 6. Прикладные аспекты биологии

Раздел 5. Передача информации в биологических системах. Координация и регуляция

Раздел 4. Транспортные процессы в биологических системах

Раздел 3. Метаболические процессы в биологических системах

Раздел 2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации биологических систем

Раздел 1. Введение. Биологические системы

Содержание курса

Пояснительная записка

Нанотехнология представляет собой бурно развивающееся междисциплинарное научно-техническое направление, базирующееся на передовых достижениях физики, химии, биологии, материаловедения, микроэлектроники.

Дисциплина “Биология” включена в федеральный компонент цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин основной образовательной программы.

Роль курса “Биология” заключается в ознакомлении студентов с основными проблемами и отраслями современной биологии, изучении принципов организации, свойств, функций и структур живой природы как моделей для различных технических устройств и систем.

В ходе изучения дисциплины ставятся следующие задачи:

– введение базовых биологических понятий для создания представлений об уровнях организации живой материи, многообразии живых организмов, принципах их строения, функционирования, воспроизводства, развития, эволюции;

– раскрытие основных биологических принципов: системной организации, универсального эволюционизма, организменного и популяционного гомеостаза;

– формирование представления о молекулярных механизмах физиологических процессов, о принципах регуляции обмена веществ, сравнительно-физиологических аспектах становления функций, о принципах восприятия, передачи и переработки информации в организме; о биологическом узнавании, матричных макромолекулярных синтезах, термодинамических особенностях живых систем и биоэнергетике.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и Учебным планом.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

– знать уровни организации биологических систем, их атомно-молекулярную структуру, сущность обмена веществ и превращения энергии, механизмы гомеостаза, транспортных процессов и передачи сигналов, принципы регуляции и координации функций систем организма, прикладные аспекты биологии;

– уметь применять полученные знания о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п., использовать знания при доказательстве единства живой природы, диалектического характера биологических явлений, всеобщей связи организмов в природе;

– иметь навыки работы с биологическим микроскопом и другим оборудованием;

– овладеть следующими ключевыми компетентностями: пониманием роли биологии в создании естественнонаучной картины мира и её вклада в решение важнейших проблем современности; знанием биологических законов развития природы и общества.

Стержневые мировоззренческие идеи курса

Биология как одна из ведущих наук о природе является основой для формирования научно-материалистического мировоззрения студентов. Живая и неживая природа имеет единую материальную основу – химические элементы. Взаимодействие их при определенных условиях привело к появлению особой формы существования белковых тел – жизни и биологической эволюции. Между живой и неживой природой существует постоянная взаимосвязь в виде обмена веществ и энергии. Все живые организмы представляют единство передающейся по наследству генетической программы и среды, которая определяет реализацию этой программы в виде перечня внешних и внутренних признаков организма.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т.п. Исследование морфо-функциональных особенностей живых организмов даёт новые идеи для технического конструирования.

Приоритетные формы, методы, технологии обучения

При изучении курса биологии применяются различные виды учебных занятий: лекции, практические занятия, самостоятельная работа, индивидуальные занятия, консультации, контрольные работы.

В самостоятельную работу студента входит анализ современной научной литературы по изучаемым темам курса, проведение экскурсий (медико-генетическая консультация областной клинической больницы г. Курска и т. п.).

Темы для самостоятельной работы определены тематическим планом изучения дисциплины на основе доступности источников информации, сложности для понимания. Часть самостоятельной работы осуществляется под контролем преподавателя в аудитории.

Итоговыми формами контроля знаний, умений и навыков по дисциплине являются экзамен (5 семестр). Экзамен проводится в устной форме по билетам, которые включают два теоретических вопроса.

При оценке знаний студентов необходимо учитывать правильность и осознанность изложения содержания, полноту раскрытия понятий, точность употребления научных терминов, степень сформированности интеллектуальных знаний, умений и навыков, самостоятельность ответа, речевую грамотность и логическую последовательность ответа.

Оценка знаний студентов производится по следующим критериям:

– оценка “отлично” выставляется, если полно раскрыто содержание материала в объеме программы, четко и правильно даны определения и раскрыто содержание понятий, верно использованы научные термины, для доказательства излагаемого использованы различные умения, выводы из наблюдений и опытов, самостоятельно и правильно проведен подбор необходимого оборудования, наглядных пособий и объектов, ответ самостоятельный, использованы ранее приобретенные знания;

– оценка “хорошо” выставляется, если раскрыто основное содержание материала, в основном даны правильно определения понятий и использованы научные термины, ответ самостоятельный, определения понятий неполные, допущены незначительные нарушения последовательности изложения, небольшие неточности при использовании научных терминов или в выводах и обобщениях;

– оценка “удовлетворительно” выставляется, если усвоено основное содержание учебного материала, но изложено фрагментарно, не всегда последовательно, определения понятий недостаточно четкие, не использованы в качестве доказательства выводы и обобщения из наблюдений и опытов или допущены ошибки при их изложении, допущены ошибки и неточности в использовании научной терминологии, определении понятий;

– оценка “неудовлетворительно” выставляется, если основное содержание учебного материала не раскрыто, не даны ответы на вспомогательные вопросы преподавателя, допущены грубые ошибки в определении понятий, при использовании терминологии.

Биологические системы. Особенности их строения и функционирования в сравнении с неживыми системами. Стратегия жизни. Общие черты эволюции жизни. Уровни организации биологических систем: молекулярно-генетический, клеточный, органный, организменный, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный.

Элементный состав живой материи. Биомолекулы: структура и свойства белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот. Самоорганизация пространственной структуры биополимеров.

Нуклеиновые кислоты как носитель генетической информации. Генный уровень организации материала наследственности и изменчивости.

Структурно-функциональная организация клетки. Типичные компоненты эукариотической клетки: оболочка, ядро, цитоплазма, их биологическая роль. Биологические мембраны: молекулярная структура и функции. Модели построения биологических мембран. Динамика мембран. Модельные липидные мембраны.

Ткани как клеточные ассоциации. Межклеточные контакты в тканях.

Основные принципы биоэнергетики. Ферменты как биологические катализаторы. Механизмы действия ферментов. Регуляция ферментативной активности. Применение ферментов в биотехнологии.

Поток энергии в биологических системах. Преобразование энергии в клетках: гликолиз, окисление жирных кислот, цикл трикарбоновых кислот, перенос электронов и окислительное фосфорилирование. Биоэнергетическая эффективность окисления углеводов и жирных кислот.

Фоторецепция. Фоторецепторные белки. Фотосинтез. Световая стадия. Фотосинтетическое фосфорилирование.

Метаболические процессы на уровне организмов. Биологическое значение дыхания. Происхождение типов обмена.

Транспортные процессы на клеточном уровне. Проницаемость мембран. Поры, каналы, переносчики. Транспортные АТФ-азы. Перенос веществ через биологические мембраны: пассивный и активный транспорт веществ. Электрогенные ионные насосы.

Транспортные процессы на уровне организмов. Транспорт у растений. Транспортные процессы в животных организмах. Общие особенности циркуляторной системы.

Системы управления в биологии. Рецепция в биологических системах. Клеточная поверхность: рецепторы, рециклирование мембран и передача сигналов. Хемосенсорика. Модель работы хемосенсоров. Эффекторы.

Общие принципы регуляции в живой системе. Природа нервного импульса. Синапс как структура, обеспечивающая передачу нервных импульсов. Организация нервной системы животных и человека. Память. Механизмы надежности нервной системы. Искусственные нейроны и нейронные сети.

Рецепторы как специализированные образования, их классификация, свойства. Рецепция в организме. Сенсорные системы как модели датчиков и систем обнаружения в технике. Персептроны.

Системы ориентации у животных. Механо-химические процессы на разных уровнях организации биосистем. Биомеханика. Различные способы локомоции у животных. Нейронная организация локомоции.

Биотехнология, ее основные направления: генная инженерия, клеточная инженерия, генетическая инженерия. Клонирование. Бионика: история развития, основные направления работ. Моделирование живых организмов.

Нанотехнология в биологии и медицине.

Философские, социальные и этические проблемы биологии.

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение
дисциплины

Основная литература

1. Биологическая химия / Под ред. Н. И. Ковалевского. – М.: Академия, 2005. – 255 с.

2. Биология: Учебник для вузов / Под ред. Н. В. Чебышева. – М.: ВУНМЦ, 2001. – 592 с.

3. Биология. В 2 кн: Учебник / В. Н. Ярыгин, В. И. Васильева, И. Н. Волков, В. В. Синельщикова; Под ред. В. Н. Ярыгина. – 7-е изд. – М.: Высш. шк., 2005.

4. Биофизика. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. – 288 с.

5. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: в 3-х т. Под ред. Р. Сопера. – М.: Мир, 1996.

6. Коничев А. С., Севастьянова Г. А. Молекулярная биология. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 400 с.

7. Кузнецов С. Л. и др. Атлас по гистологии, цитологии и эмбриологии: Учеб. пос. – М.: Мед. информ. агентство, 2002. – 374 с.

8. Кузнецов С. Л., Пугачев М. К. Лекции по гистологии, цитологии и эмбриологии: Учеб. пос. – М.: Мед. информ. агентство, 2004. – 432 с.

9. Пехов А. П. Биология с основами экологии: Учебник для вузов: Рек. МО РФ. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб: «Лань», 2004. – 671 с.

10. Ченцов Ю. С. Введение в клеточную биологию: Учебник. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 494 с.

11. Щелкунов С. М. Генетическая инженерия: Учеб. пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2004. – 496 с.

Дополнительная литература

1. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. – М.: Мир, 1994.

2. Артюхов В. Г. и др. Биофизика. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1994. – 336 с.

3. Артюхов В. Г., Наквасина М. А. Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агнетами: Учебное пособие. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2000. – 296 с.

4. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции: Пер. с англ. – М.: Мир, 1997. – 624 с.

5. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2002.

6. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. – М.: Мир, 1983.

7. Клаг У., Каммингс М. Основы генетики. – М.: Техносфера, 2007. – 896 с.

8. Льюин Б. Гены. – М.: Мир, 1987.

9. Основы физиологии человека: В 3-х т. / Под ред. Б. И. Ткаченко. – СПб, 1994.

10. Патрушев Л. И. Экспрессия генов. – М.: Наука, 2000.

11. Рис Э., Стернберг М. Введение в молекулярную биологию: От клеток к атомам: Пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – 142 с.

12. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. – М.: Мир, 1998.

1. https:// cellbio utmb.edu – сайт университета Юта (США) по клеточной биологии, гистологии, анатомии и физиологии.

2. https:// www.nature.ru – сайт МГУ по всем разделам биологии.

3. https:// www.issep.rssi.ru – сайт Соросовского образовательного журнала.

4. https://www.biodan.narod.ru/index.htm – информация по биологическим дисциплинам.