Программа ГОСа 2008 биофизика, медфизика

«Согласно утвержденному порядку экзаменационный билет состоит из 3-х заданий, два из которых соответствуют разделам программы по общей и теоретической физике. Третье задание имеет вид теоретического вопроса по специальности. Для студентов 5 курса, обучающихся по программе специалиста третий вопрос соответствует программе по специальности, по которой проводится обучение.

Формулировка вопросов билета должна соответствовать программе, но может не повторять дословно ее разделы.»

Утверждено решением Ученого Совета физического факультета МГУ 31.03.2005 г.

Декан физического факультета МГУ профессор В.И.Трухин

Программа Государственного экзамена по биохимической физике

Специальность 014200 – Биохимическая физика

Часть 1. Общая физика и теоретическая физика.

Механика

Кинематика материальной точки
Динамика материальной точки. Законы Ньютона.
Динамика системы материальных точек. Законы сохранения.
Движение в центрально-симметричном поле. Законы Кеплера.
Функция Лагранжа и уравнения Лагранжа системы материальных точек. Интегралы движения.
Динамика абсолютно твердого тела. Тензор инерции.Уравнения Эйлера.
Движение относительно неинерциальных систем отсчета.
Вариационный принцип Гамильтона.
Колебания систем с одной и многими степенями свободы. Свободные и вынужденные колебания.
Канонические уравнения Гамильтона. Скобки Пуассона.
Уравнения Гамильтона - Якоби.
Деформации и напряжения в твердых телах. Модули Юнга, сдвига. Коэффициент Пуассона.
Механика жидкостей и газов. Течение идеальной жидкости. Уравнение Эйлера.
Течение вязкой жидкости. Уравнение Навье - Стокса. Число Рейнольдса.
Волны в сплошной среде. Характеристики акустических волн.

Литература

Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М., Высшая школа, 1986.
Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков. М., Изд-во МГУ, 1978.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. М., Наука, 1988.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М., Наука, 1988.
Петкевич В.В. Теоретическая механика. М., Наука, 1981.

Молекулярная физика и статистическая механика

Термодинамический подход к описанию молекулярных явлений. Температура.
Первое начало термодинамики. Циклические процессы
Второе начало термодинамики.
Энтропия термодинамической системы. Термодинамические потенциалы.
Взаимодействие молекул. Идеальный газ. Основные газовые законы.
Распределение молекул газа по скоростям. Идеальный газ во внешнем потенциальном поле.
Канонические распределения.
Идеальные бозе- и ферми - газы. Равновесное излучение.
Теплоемкость твердых тел. Модели Дебая и Эйнштейна.
Теория флуктуаций. Броуновское движение.
Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Жидкости. Поверхностные явления.
Твердые тела. Кристаллы. Симметрия кристаллов.
Фазовые переходы первого и второго рода. Условия устойчивости и равновесия.
Явления переноса.
Кинетическое уравнение Больцмана. Понятие об Н-теореме.
Плазменное состояние вещества. Уравнение Власова. Понятие о самосогласованном поле.

Литература

Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М., Наука, 1976.
Сивухин Д.В. Общий курс физики. т.2. М., Наука, 1990.
Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М., Высшая школа, 1987.
Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория равновесных систем. М., Изд-во МГУ, 1991.
Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория неравновесных систем. М., Изд-во МГУ, 1987.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика, ч.1. М., Наука, 1976.

Электродинамика и оптика

Электростатическое поле. Закон Кулона. Теорема Гаусса. Мультипольное разложение потенциала.
Статическое магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Электромагнитная индукция.
Уравнение Максвелла в вакууме. Скалярный и векторный потенциалы. Калибровочная инвариантность.
Энергия электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга.
Излучение электромагнитных волн в электрическом дипольном приближении. Радиационное трение.
Уравнения Максвелла в среде. Материальные уравнения. Комплексная диэлектрическая проницаемость и показатель преломления, их пространственная и временная дисперсия.
Диэлектрики, магнетики, проводники, сверхпроводники и их электромагнитные свойства.
Квазистационарное приближение. Скин-эффект.
Основы специальной теории относительности. Преобразования Лоренца.
Эффект Черенкова. Циклотронное и синхротронное излучение. Рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах. Лазеры на свободных электронах.
Интерференция света. Временная и пространственная когерентность. Интерферометры.
Дифракция света. Приближения Френеля и Фраунгофера. Спектральные приборы.
Излучение света атомами и молекулами. Ширина линии излучения. Спонтанные и вынужденные переходы. Лазеры.
Дисперсия и поглощение света. Отражение и преломление на границах двух сред. Рассеяние света. Формула Рэлея.
Взаимодействие света и вещества. Законы фотоэффекта. Закон Стефана-Больцмана.
Нелинейные оптические явления. Генерация гармоник, самофокусировка света.

Литература

Александров А.Ф., Рухадзе А.А. Основы электродинамики плазмы. Изд.2. М.: Высшая школа, 1988.
Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. М., Изд-во МГУ, 1998.
Денисов В.И. Введение в электродинамику материальных сред. М., Изд-во МГУ, 1989.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М., Наука, 1973.
Ландсберг Г.С. Оптика. М., 1976.
Тамм И.Е. Основы теории электричества. М., Наука, 1976.

Белов М.М., Румянцев В.В., Топтыгин И.Н. Классическая электродинамика. М., Наука, 1985.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М., Наука, 1982.
Угаров В.А. Специальная теория относительности. М., Наука, 1969.

Атомная физика и квантовая механика

Экспериментальные факты, лежащие в основе квантовой теории. Волновые и корпускулярные свойства материи.
Атом водорода по Бору.
Основные постулаты квантовой механики. Чистые и смешанные состояния квантовомеханической системы. Волновая функция, матрица плотности.
Принцип неопределенности.
Описание эволюции квантовомеханических систем. Уравнения Гейзенберга и Шредингера. Стационарные состояния.
Линейный квантовый гармонический осциллятор. Энергии и волновые функции стационарных состояний.
Прохождение частиц через потенциальный барьер. Туннельный эффект.
Движение частиц в периодическом потенциале.
Угловой момент. Сложение моментов.
Движение в центральном поле. Атом водорода: волновые функции и уровни энергии.
Стационарная теория возмущений в отсутствие и при наличии вырождения. Эффекты Зеемана и Штарка.
Уравнение Дирака. Квазирелятивистское приближение. Спин-орбитальное взаимодействие. Тонкая структура спектра атома водорода.
Системы тождественных частиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули.
Многоэлектронный атом. Приближение самосогласованного поля. Электронная конфигурация. Терм. Тонкая структура терма. Приближение LS и jj-связей. Правила Хунда.
Нестационарная теория возмущений. Золотое правило Ферми.
Вторичное квантование свободного электромагнитного поля. Взаимодействие атома с квантованным полем излучения.
Теория упругого рассеяния. Борновское приближение. Парциальное разложение амплитуды рассеяния.
Основы физики молекул. Адиабатическое приближение. Термы двухатомной молекулы. Типы химической связи.

Литература

.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. М., Физматгиз, 1974.
.Давыдов А.С. Квантовая механика. М., Физматгиз, 1973.
Соколов А.А., Тернов И.М., Жуковский В.Ч. Квантовая механика. М., Наука, 1979.
Соколов А.А., Тернов И.М. Квантовая механика и атомная физика. М., Просвещение, 1970.
Елютин П.В., Кривченков В.Д. Квантовая механика. М., Наука, 1976.
Шпольский Э.В. Атомная физика, т.1,2. М., Наука, 1974.
Сивухин Д.В. Курс общей физики, т.5, часть 1. М., Наука, 1988.

Физика атомного ядра и частиц

Основные характеристики атомных ядер. Квантовые характеристики ядерных состояний.
Радиоактивность.
Деление и синтез ядер. Ядерная энергия. Реакторы.
Модели атомных ядер.
Гамма-излучение ядер. Эффект Мессбауэра.
Механизмы ядерных реакций.
Ядерные силы и их свойства.
Частицы и взаимодействия. Взаимодействие как обмен квантами калибровочного поля (калибровочными бозонами). Фундаментальные частицы - лептоны и кварки. Античастицы.
Электромагнитное взаимодействие.
Сильное взаимодействие. Кварковая структура адронов. Цветовой заряд кварков. Глюоны.
Слабое взаимодействие и процессы, им обусловленные. Слабые распады кварков и лептонов. Нейтрино.
Симметрии и законы сохранения. Объединение взаимодействий.
Нуклеосинтез во Вселенной. Ядерные реакции в звездах. Космические лучи и их основные характеристики.
Взаимодействие частиц и излучений с веществом.
Принципы и методы ускорения заряженных частиц.
Методы детектирования частиц.

Литература.

Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика, т.1,2. М., Энергоатомиздат, 1993.
Субатомная физика. Вопросы, задачи, факты.(учебное пособие под ред. Ишханова Б.С.). М., Изд-во МГУ, 1994.
Капитонов И.М. Введение в физику ядра и частиц. М., Изд-во МГУ, 2000.
Ракобольская И.В. Ядерная физика. М., Изд-во МГУ, 1981.
Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. М., Мир, 1979.

Часть 2. Биохимическая физика

Неопределенность, энтропия и информация, теорема Шеннона. Упорядоченность биологических структур.
Физическая размерность, химический состав, пространственно-временная структура биологических систем. Физико-химические предпосылки происхождения жизни на Земле. Принципы биологической эволюции.
Клеточная теория. Животная и растительная клетки, строение и функции органелл.
Митоз.
Мейоз.
Спермато- и оогенез. Оплодотворение. Дробление. Бластуляция. Гаструляция. Зародышевые листки. Органогенез.
Клеточные механизмы развития, детерминация и дифференцировка.
Апоптоз.
Строение и жизненные циклы вирусов.
Строение и жизненные циклы бактерий.
Структура, физико-химические свойства и функции мембран.
Хромосомы, гены, аллели. Наследование признаков. Кроссинговер. Генотип и фенотип. Мутации.
Нервная и гормональная регуляция физиологических функций. Структурно-функциональный и молекулярно-генетические подходы в изучении физиологических регуляций.
Состав и функции крови. Кроветворение и его регуляция. Заболевания крови.
Строение нервной клетки. Нервный импульс. Синаптическая передача. Понятия о центральной и вегетативной нервных системах.
Молекулярные основы биологической подвижности.
Строение сердечной мышцы. Малый и большой круги кровообращения. Нервная регуляция и автоматизм работы серца. ЭКГ.
Структура, функции и биосинтез пептидов и белков. Прионы.
Структура, функции и биосинтез углеводов. Этиология сахарного диабета.
Структура, функции и биосинтез липидов. Адипоциты.
Структура, функции и биосинтез нуклеиновых кислот. ПЦР. Рибозимы.
Субстратное фосфорилирование в гликолизе и в цикле Кребса.
Структура и функции митохондрий.
Фотосинтез у бактерий, низших и высших растений.
Механизмы действия биологически активных соединений. Снотворные, аналгетики, наркотики, сердечные гликозиды. Сульфаниламиды. Антибиотики. Противоопухолевая химиотерапия. Химиотерапия протозойных инфекций.
Структура и свойства воды.
Термотропные и лиотропные мезофазы. Фазовые диаграммы. Флексоэлектрический эффект.
Калориметрические методы в исследованиях биологических объектов и систем.
Формальная кинетика химических реакций. Зависимость скорости реакции от температуры. Теории скоростей реакций.
Механизмы и кинетика ферментативных реакций. Применение диаграмм и графов в ферментативной кинетике.
Растворы неэлектролитов. Коллигативные свойства растворов.
Растворы электролитов. Электрохимические методы исследования.
Коллоидные системы и их устойчивость.
Границы разделов фаз. Двойной электрический слой. Монослои и мультислойные структуры Лэнгмюра-Блоджет.
Основы метода ЭПР. Тонкая и сверхтонкая структура спектров ЭПР.
Свободные радикалы и парамагнитные металлокомплексы в биологических системах. Спиновые метки и ловушки.
Основы метода ЯМР. Спектры ЯМР высокого разрешения. Химический сдвиг и спин-спиновое взаимодействие.
Структурные методы анализа биологически важных веществ (рентгеноструктурный анализ, нейтронография, эффект Мессбауэра; дифракция на спиральных структурах Кохрана, Крика и Виндта; дифракция под малыми углами, светорассеяние, ИК-спектроскопия).
Природа химической связи. Метод молекулярных орбит. Электронные характеристики молекул.
Флуоресценция и фосфоресценция в биологии. Люминесценция биологически важных соединений. Миграция энергии в биологических системах.
Конформационные переходы в биополимерах.
Активные среды. Реакция Белоусова-Жаботинского. Интерфазный осциллятор Буравцева. Колебательные и автоволновые процессы в биологических системах.
Диссипативные структуры и самоорганизация.
Эколого-ценотические стратегии. Динамика экосистем.
Преобразователи сигналов. Аналоговые и цифровые методы измерения и обработки сигналов.

ЛИТЕРАТУРА

Альбертс Б., Брей Д., Льюс Дж., Рэфф М. Молекулярная биология клетки. В 5 т. М., Мир, 1986.
Березин И.В., Клесов А.А. Практический курс химической и ферментативной кинетики. М., МГУ, 1976.
Блюменфельд Л.А.. Проблемы биологической физики. М., Наука, 1977.
Волькенштейн М.В. Биофизика. М., Наука, 1988.
Горшков В.И., Кузнецов И.А. Физическая химия, МГУ, М., 1986.
Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. В 3-х т. М., Мир, 1990.
Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия. В 3-х томах. М., Мир, 1985.
Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. М., Мир, 2000.
Кукушкин А.К., Тихонов А.Н.. Лекции по биофизике фотосинтеза растений. М., МГУ, 1988.
Льюин Б. Гены. М., Мир, 1987.
Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б. Современные проблемы нелинейной динамики. М., Эдиториал УРСС, 2000.
Марри Р., Греннер Д., Мейес П.. Биохимия человека. В 2-х томах. М., Мир, 1993.
Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическое моделирование в биофизике. М., Наука, 1975.
Рубин А.Б. Биофизика. В 2-х т. М., Высшая школа, 1987.
Твердислов В.А., Тихонов А.Н., Яковенко Л.В. Физические механизмы функционирования биологических мембран. М., МГУ, 1987.
Тульский С.В. Радиолектроника в биофизике. М., МГУ, 1988.
Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта. В 3-х т. М., Мир, 1996.
Щукина Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия, Изд. Московского университета, М., 1993.

Программа Государственного экзамена по биохимической физике

Специальность 014000 – Медицинская физика

Часть 2. Медицинская физика

1. Физико-химические предпосылки происхождения жизни на Земле..

2. Митоз.

3. Структура, физико-химические свойства и функции мембран.

4. Хромосомы, гены, аллели.

5. Наследование признаков. Кроссинговер.

6. Состав и функции крови. Кроветворение и его регуляция. Заболевания крови.

7. Строение нервной клетки. Синаптическая передача.

8. Молекулярные основы биологической подвижности.

9. Структура и функции митохондрий.

10. Формальная кинетика химических реакций. Теории скоростей реакций.

11. Формальная кинетика химических реакций. Зависимость скорости реакции от температуры.

12. Флуоресценция и фосфоресценция в биологии. Люминесценция биологически важных соединений.

13. Конформационные переходы в биополимерах.

14. Диссипативные структуры и самоорганизация.

15. Преобразователи сигналов. Аналоговые и цифровые методы измерения и обработки сигналов.

16. Генетика человека. Методы изучения. Характер и наследование признаков. Кариотип. Геном человека.

17. Медицинская генетика. Наследственные болезни.

18. Опорно-двигательный аппарат. Функциональная анатомия мышц. Методы исследований.

19. Структурно (морфо)-функциональная характеристика отделов центральной и периферической нервных систем; методы исследования строения и функций.

20. Структурно-анатомо-функциональная характеристика желудочно-кишечного тракта.

21. Физиология сердечно-сосудистой системы.

22. Физиология кровеносных сосудов.

23. Гормональная регуляция физиологических функций.

24. Частная физиология нервной системы.

25. Физиология почек.

26. Физиология пищеварения.

27. Основные функции печени.

28. Органы зрения. Трихроматическая теория цветового зрения. Частотно-контрастная характеристика. Оптические модели глаза.

29. Кинетика биологических процессов. Типы динамического поведения биологических систем. Колебания и автоволновые процессы в биологических системах. Консервативные и диссипативные колебательные системы и их фазовые портреты. Метод фазовой плоскости. Понятие устойчивости по Ляпунову. Классификация особых точек. Кинетика ферментативных процессов.

30. Физика биологических мембран; транспорт веществ; ионный транспорт; биоэлектрические потенциалы и токи.

31. Физика биополимеров; типы взаимодействий в макромолекулах; пространственная организация биополимеров; ионный транспорт; электронные свойства биополимеров.

32. Автоволновые процессы. Нейродинамика.

33. Открытые неравновесные термодинамические системы в химии и биологии. Активные среды. Реакция Белоусова-Жаботинского.

34. Белки: классификация, структура, физико-химические свойства и биологические функции.

35. Структурная организация и свойства ферментов. Использование ферментов в медицине.

36. Биохимические функции витаминов, их метаболически активные формы, роль в регуляции обмена веществ. Медицинское применение.

37. Строение и уровни организации нуклеиновых кислот. Роль ДНК в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации.

38. Общие принципы организации клеточного метаболизма. Две фазы метаболизма: катаболизм, анаболизм и принципы их регуляции.

39. Биоэнергетика клетки. АТФ как важнейший аккумулятор и источник энергии. Механизм окисления субстратов ферментами митохондрий.

40. Основные пути метаболизма глюкозы и их биомедицинское значение. Характеристика гликолиза, пируватдегидрогеназного комплекса и цикла трикарбоновых кислот.

41. Биологический код и его свойства. Кодон – антикодоновое взаимодействие. Характеристика основных этапов передачи генетической информации. Механизмы и биологическое значение репликации, транскрипции и трансляции.

42. Клетка как основной элемент живого. Основные процессы, протекающие в клетке. Морфология клетки: цитоплазматический матрикс, мембрана, ядро, рибосомы, плазмиды, митохондрии, пластиды, система эндомембран и другие клеточные органеллы; клеточные контакты. Структура функций и структура связей в клетке, функции клеточных элементов.

43. Межклеточная химическая сигнализация. Сигнализация с участием рецепторов клеточной поверхности и вторичных посредников.

44. Клеточные механизмы развития. Дробление и образование бластулы. Гаструляция, нейруляция и образование сомитов. Детерминация и дифференцировка. Пространственные структуры. Позиционная информация и развитие конечностей. Индукционные взаимодействия при развитии эпителиев. Мигрирующие клетки.

45. Иммунная система. Клеточные основы иммунитета. Функциональные свойства антител. Тонкая структура антител. Разнообразие антител. Система комплемента.

46. Нервная система. Потенциал-зависимые ионные каналы и потенциал действия. Синаптическая передача. Развитие нервно-мышечных соединений.

47. Методы инструментальной диагностики органов зрения.

48. Лазерная медицина:

- физические основы лазеров, типы лазеров, применяемых в медицине, биофизические эффекты лазерного излучения;
- особенности взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями;
- лазерная хирургия, лазерно-стимулированные фотодинамические процессы и их использование в медицине. Фотодинамическая терапия. Применение низкоинтенсивного лазерного излучения.

49. Томография на основе ядерного магнитного резонанса. Физические основы ЯМР. Принципы реконструктивной ЯМР-томографии.

50. Физические основы ультразвуковой интроскопии и томографии.