生物物理学概论

课程编码：B0612012Y 英文名称：An Introduction to Biophysics 课时：36 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：孙飞等

本课程针对生物物理专业的本科学生系统地介绍生物物理学科的基本概念、研究对象、研究内容和研究手段，包括分子生物物理、膜生物物理、细胞生物物理和理论生物物理等重要学科领域，并重点讲解目前在生命科学研究中广泛使用的各种生物物理技术。通过本课程的讲授将使得学生对生物物理学科有较为全面的了解，为将来研究生阶段深入学习和应用各项技术打下较好的基础。

大学物理、大学数学、大学化学、普通生物学

主要内容
第一部分：生物物理学导论 （12学时）

1. 生物物理学的内涵和外延 （2 学时）
1.1 生物物理学的发展历史
1.2 生物物理学的研究对象和研究内容（结构、运动和能量）
1.3 生物物理学的研究手段
1.4 生物物理学的分支

2. 分子生物物理 （4 学时）
2.1 生物大分子的基本物性
2.1.1 生物系统的多级有序结构
2.1.2 生物分子的种类和结构
2.1.3 生物大分子间的相互作用和自组装（类型和强度）
2.1.4 生物大分子运动的热力学性质（焓、熵、自由能、结合/解离常数）
2.2 蛋白质与核酸的物理性质
2.2.1 蛋白质结构、折叠、动态（蛋白质异构）和基本物理性质（分子量、等电点, 光吸收谱）
2.2.2 核酸的结构和基本物理性质

3. 膜生物物理 （2 学时）
3.1 生物膜的组成和结构
3.2 生物膜的基本物理性质（表面张力、流动性、相变）
3.3 生物大分子与生物膜的相互作用（膜蛋白、膜定位蛋白，膜变形蛋白）
3.4 生物膜的动态变化（变形、融合、分裂）

4. 细胞生物物理 （2 学时）
4.1 细胞的超微结构(细胞膜、细胞质、细胞器的形态与结构、细胞骨架、细胞核)
4.2 细胞膜的等渗平衡和渗透压
4.3细胞膜的电化学平衡和膜电位
4.4 细胞膜的Donnan平衡和半透性
4.5 细胞膜的两侧的物质交换、能量转换和信息传递
4.5.1 离子/分子通道
4.5.2 离子/分子输运（主动输运和被动输运）
4.5.3 离子/分子泵
4.5.4 电化学能与化学键能的转换——ATP合酶
4.5.5 蛋白质异构介导的信号转导
4.6 细胞内的物质运输

5. 生物体的物理学效应（2学时）
5.1 生物体（细胞）的力响应
5.2 生物体（细胞）的辐射效应
5.3 生物体（细胞）的电磁响应和效应
5.4 生物体（细胞）的光响应

第二部分：生物物理技术 （20学时）

6.热力学技术 (4 学时)
6.1 透析和超滤技术
6.2分析型超速离心技术
6.3 液相色谱技术
6.4 电泳技术（SDS-PAGE，Native-PAGE，等电聚焦电泳、双向电泳、毛细管电泳）
6.5等温量热技术和差分扫描量热技术

7. 散射和衍射技术 (4 学时)
7.1散射理论和溶液散射
7.2 动态/静态光散射技术
7.3 表面等离子基元共振（SPR）技术（FortBio）
7.4 X射线小角散射技术和中子小角散射技术
7.5 生物大分子晶体的X射线/电子/中子衍射技术

8.光谱技术（4 学时）
8.1 生物分子的能级结构、吸收和发射
8.2 红外吸收和拉曼谱技术
8.3 紫外和可见光吸收谱技术
8.4 生物分子的旋光活性和圆二色谱技术
8.5 生物分子的荧光特性和荧光谱技术（FRET、FLIM、FRAP）
8.6原子吸收光谱和X射线荧光技术用于分析生物样本的元素种类

9.磁共振技术（2 学时）
9.1 核磁共振技术
9.2 电子顺磁共振技术

10.成像技术（4学时）
10.1 透镜成像的几何和物理原理
10.2 光学成像技术
10.3 荧光成像技术
10.4 超分辨率荧光成像技术
10.5 透射电子显微成像技术
10.6 扫描电子显微成像技术
10.7 原子力扫描成像技术

11.单分子技术（2学时）
11.1单分子荧光共振技术
11.2单分子力谱
11.3光镊技术
11.4磁镊技术

第二部分：总结与讨论 （4学时）

13. 讨论课（2学时）
14. 考试（2学时）



 

教材
1. Quantitative Understanding of Biosystems: An Introduction to Biophysics. Thomas M. Nordlund. Copyrighted Material.ISBN-13: 978-1420089721 ISBN-10: 1420089722
2. Biophysical Techniques (1st ed.). Iain D. Campbell (2012). Oxford University Press. ISBN-13: 978-0199642144.

参考用书
Ayache, J., &Beaunier, L. (2010). Sample Preparation Handbook for Transmission Electron Microscopy: Methodology (2010th ed.).
Frank, J. (2006). Three-Dimensional Electron Microscopy of Macromolecular Assemblies: Visualization of Biological Molecules in Their Native State (2nd ed.).
Goldman, R. D., Swedlow, R. J., & Spector, L. D. (2010). Live Cell Imaging (2nd ed.).
Kubitscheck, U. (2013). Fluorescence Microscopy: From Principles to Biological Applications (1st ed.).
Mondal, P. P., &Diaspro, A. (2013). Fundamentals of Fluorescence Microscopy: Exploring Life with Light.
Murphy, D. B., & Davidson, M. W. (2012). Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging (2nd ed.).
Pawley, J. (2006). Handbook of Biological Confocal Microscopy (3rd ed.).
Reimer, L., & Kohl, H. (2008). Transmission Electron Microscopy: Physics of Image Formation (Springer Series in Optical Sciences) (5th ed.).
Sheppard, C., &Shotton, D. (1997). Confocal Laser Scanning Microscopy (Royal Microscopical Society Microscopy Handbooks).
Spence, J. C. (2013). High-Resolution Electron Microscopy (4th ed.).
Tanke, H. J., & Herman, B. (1997). Fluorescence Microscopy(Royal Microscopical Society Microscopy Handbooks).
Viswanathan, P. (2011). Electron Microscopy.
Williams, B. D., & Carter, B. C. (2009). Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science(4 Vol set).
BIPPHYSICS: A Physiological Approach.Patrick F. Dillon. Copyrighted Material.”ISBN-13: 978-0521172165 ISBN-10: 0521172160”
Biophysics DeMYSTiFieD. Daniel Goldfarb.Copyrighted Material. ”ISBN-13: 978-0071633642 ISBN-10: 0071633642”
Biophysical Techniques. Iain D. Campbell. Copyrighted Material. ”ISBN-13: 978-0199642144 ISBN-10: 0199642141”
细胞的物理生物学(Physical Biology of The Cell). [美]R. 菲利普斯，J. 康德夫，J.塞里奥特 著；涂展春，王伯林 等译；舒咬根 校. 科学出版社.ISNB 978-7-03-033516-6

授课人：孙飞 研究员（中国科学院生物物理研究所）
助教：姜合理 博士 （中国科学院生物物理研究所）

教学方式：95% 课堂授课+ 5%研讨
考核方式：开卷考试（60%）+文献报告（20%）+课后作业（20%）