生物物理學(xué)-林東海-第一章緒論

1、生物物理學(xué)主講教師: 林東海教授E-mail：dhlin2007Tel: 2186078廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院廈門大學(xué)高場核磁共振研究中心第一章 緒論1.1 生物物理學(xué)的定義1.2 生物物理學(xué)的主要分支1.3 課程安排1.1 生物物理學(xué)的定義 生物物理學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)的概念、理論和方法研究生命現(xiàn)象中的物理過程和物理規(guī)律的一門科學(xué)，它是物理學(xué)和生物學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的一門邊緣學(xué)科。 （生物物理學(xué)，趙南明，周海夢，高等教育出版社，2000年）生物物理學(xué)是運(yùn)用物理學(xué)的理論、方法和技術(shù)研究生命物質(zhì)的物理性質(zhì)、生命活動的物理規(guī)律以及物理因素對生物系統(tǒng)的作用機(jī)制的學(xué)科。 （生物物理學(xué) ，袁觀宇，科學(xué)出版社，2005

2、年）1.2 生物物理學(xué)的主要分支1. 分子生物物理 （Molecular Biophysics)2. 膜生物物理 （Membrane Biophysics)3. 神經(jīng)生物物理（Neural Biophysics)4. 光生物物理 （ Photobiophysics ）5. 輻射生物物理 (Radiation Biophysics)6. 生物控制論與生物信息論 (Biocybernetics & Bioinformation Theroy)7. 生物力學(xué)與生物流變學(xué) (Biomechanics & Biorheology )8. 理論生物物理（Theoretical Biophysics)9.

3、生物物理技術(shù)（Biophysical Technology)九個(gè)主要分支分支1：分子生物物理（Molecular Biophysics)生物物理學(xué)科中最基本、最重要的一個(gè)分支 運(yùn)用物理學(xué)理論和技術(shù)研究生物大分子的構(gòu)象及其動力學(xué)過程，生物分子之間的相互作用以及與此相關(guān)的功能過程，如分子識別、蛋白質(zhì)折疊、免疫機(jī)制、酶的作用機(jī)理等，并為蛋白質(zhì)工程、酶工程等提供依據(jù)。分支2 ：膜生物物理（Membrane Biophysics) 將分子生物物理的研究成果應(yīng)用于細(xì)胞與細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及功能研究，推動生命現(xiàn)象深入到分子水平，是生物物理學(xué)主要方向之一。分支3：神經(jīng)生物物理（Neural Biophysics)主

4、要研究： 神經(jīng)遞質(zhì)、受體與離子通道、感覺信息加工的神經(jīng)生物學(xué)；腦的高級功能、行為及神經(jīng)機(jī)制，神經(jīng)系統(tǒng)的計(jì)算理論與模型，神經(jīng)信號的物理測量，腦活動的物理測量技術(shù)；生物控制論與生物信息論。分支4： 光生物物理 （ Photobiophysics ）主要研究可見光和紫外線生物學(xué)作用的光物理機(jī)制，包括：光合作用的原初過程，菌紫質(zhì)的質(zhì)子泵機(jī)制，視紫質(zhì)光原初過程及其與茵紫質(zhì)的比較研究光動力學(xué)作用生物發(fā)光以及激光生物物理研究等。分支5：輻射生物物理 (Radiation Biophysics) 研究電離輻射及各種非電離輻射對生物體系作用的原初過程以及對生物大分子和細(xì)胞的作用機(jī)理。在輻射作用機(jī)制中，自由基的產(chǎn)

5、生及其作用很重要，自由基作用還涉及正常生理和病理過程，因此形成了自由基生物醫(yī)學(xué)學(xué)科。分支6： 生物控制論與生物信息論 (Biocybernetics & Bioinformation Theroy) 綜合生物學(xué)知識與實(shí)驗(yàn)結(jié)果抽提出有關(guān)信息加工處理，闡述調(diào)控原理，構(gòu)建模型，包括：對感覺信息的處理機(jī)制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和腦的活動在語言、思維、運(yùn)動控制、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性控制的研究，各種無損成像術(shù)對腦智能活動的研究，免疫調(diào)控機(jī)制與模擬，信息分子的識別機(jī)制，基因信息表達(dá)與調(diào)控機(jī)制及其模擬，大型生物系統(tǒng)的模型建立與系統(tǒng)辨識，非線性理論在信息科學(xué)中的應(yīng)用，等等。分支7：生物力學(xué)與生物流變學(xué) (Biomechanics

6、& Biorheology ) 生物力學(xué)在生理學(xué)、解剖學(xué)等基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)代力學(xué)理論和方法對生物體結(jié)構(gòu)、功能、受力、運(yùn)動給出量值關(guān)系的規(guī)律表述，為臨床醫(yī)學(xué)及生物醫(yī)學(xué)工程服務(wù)。包括: 生物流體力學(xué)(呼吸力學(xué)、肺循環(huán)力學(xué)、細(xì)胞分裂與膜形成的力學(xué)及植物的生理流動等)、生物固體力學(xué)(骨力學(xué)、軟組織生物力學(xué)、關(guān)節(jié)力學(xué)、運(yùn)動生物力學(xué)、血管力學(xué)、創(chuàng)傷力學(xué)等)和其他生物力學(xué)問題(如昆蟲與鳥類飛行、鞭毛蟲的運(yùn)動，聽覺與視覺系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)等)。 生物流變學(xué)著重研究機(jī)體及其組成的流變性以及生命過程的各種流變現(xiàn)象。包括: 血液流變、血管與器官流變、血栓形成血小板與內(nèi)皮細(xì)胞、管壁和微循環(huán)的生物流變、細(xì)胞生物流變、分子生物

7、流變、肌肉細(xì)胞流變、植物生物流變、生物相容性與生物材料，等等。以血液流變學(xué)研究最為活躍。分支8：理論生物物理（Theoretical Biophysics)主要內(nèi)容包括： 生物信息數(shù)據(jù)庫的建立; 序列比對和數(shù)據(jù)搜索；生物大分子結(jié)構(gòu)和功能研究的數(shù)理方法；蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測；蛋白質(zhì)分子動力學(xué)，等等。分支9：生物物理技術(shù)（Biophysical Technology)生物物理學(xué)各研究領(lǐng)域所應(yīng)用的物理技術(shù)，包括： X射線衍射晶體分析、同步輻射、多維NMR（核磁共振）、時(shí)間分辨的波譜技術(shù)和光譜技術(shù)、新型顯微技術(shù)、成像技術(shù)、測定弱磁信號和微量成份的無損檢測技術(shù)，STM（掃描隧道顯微鏡）在生物分子形態(tài)結(jié)構(gòu)研究中

8、的成像技術(shù)， 等等。1.3 課程安排第一章 緒論 第2周 1學(xué)時(shí) 第二章 分子生物物理 第2-4周 3學(xué)時(shí)第三章 膜生物物理 第5-6周 2學(xué)時(shí)第四章 理論生物物理 第7-10周 4學(xué)時(shí)第五章 生物物理技術(shù) 第11-15周 5學(xué)時(shí)期末考試 第16周 課程成績計(jì)算方法：最終成績 = 60%期末閉卷考試成績 + 30% 平時(shí)作業(yè)平均成績+ 10% 出勤率主要參考書目生物物理學(xué)，主編： 趙南明， 周海夢，高等教育出版社，2000年。生物物理學(xué)， 主編：袁觀宇，科學(xué)出版社，2005年。生物物理學(xué)， 主編：展永，科學(xué)出版社，2011年。生物物理學(xué)，主編：丘冠英, 彭銀祥，武漢大學(xué)出版社，2000年。Biophysics , Roland Glaser , Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K，2012.Introduction to Protein Structure , Branden, J. Tooze, Garland Publis