生物物理学(1)
生物物理学课后习题及答案详解-袁观宇编著
第一章1为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对量？实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的？答：因为蛋白质中氮的含量一般比较恒定，平均为16%。
这是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏定氮测定蛋白质含量的计算基础。
蛋白质的含量计算为：每克样品中含氮克数×6.25×100即为100克样品中蛋白质含量（g%）。
（P1）2.蛋白质有哪些重要的生物学功能？蛋白质元素组成有何特点？答：蛋白质是生命活动的物质基础，是细胞和生物体的重要组成部分。
构成新陈代谢的所有化学反应，几乎都在蛋白质酶的催化下进行的，生命的运动以及生命活动所需物质的运输等都需要蛋白质来完成。
蛋白质一般含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，有些蛋白质还含有微量的磷、铁、铜、碘、锌和钼等元素。
氮的含量一般比较恒定，平均为16%。
这是蛋白质元素组成的一个特点。
（P1）3.组成蛋白质的氨基酸有多少种？如何分类？答：组成蛋白质的氨基酸有20种。
根据R的结构不同，氨基酸可分为四类，即脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环族氨基酸、杂环亚氨基酸。
根据侧链R的极性不同分为非极性和极性氨基酸，极性氨基酸又可分为极性不带电荷氨基酸、极性带负电荷氨基酸、极性带正电荷氨基酸。
（P5）4.举例说明蛋白质的四级结构。
答：蛋白质的四级结构含有两条或更多的肽链，这些肽链都成折叠的α-螺旋。
它们相互挤在一起，并以弱键互相连接，形成一定的构象。
四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基。
亚基通常由一条多肽链组成，有时含有两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活性。
以血红蛋白为例：P11-12。
5、举例说明蛋白质的变构效应。
蛋白质的变构效应：当某种小分子物质特异地与某种蛋白质结合后，能够引起该蛋白质的构象发生微妙而有规律的变化，从而使其活性发生变化，P13。
血红蛋白（Hb）就是一种最早发现的具有别构效应的蛋白质，它的功能是运输氧和二氧化碳，运输氧的作用是通过它对O2的结合与脱结合来实现。
生物物理化学
生物物理化学生物物理学(biological physics)是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，研究生物的物理特性，是生命科学的重要分支学科和领域之一。
生物物理涵盖各级生物组织，从分子尺度到整个生物体和生态系统。
它的研究范围有时会与生理学、生物化学、纳米技术、生物工程、农业物理学、细胞生物学和系统生物学有显著的重叠。
生物物理学被认为是生物学和物理学之间的桥梁。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
发展简史17世纪a.考伯提到发光生物萤火虫。
年l.伽伐尼研究了肌肉的静电性质。
年t.扬利用光的波动学说、色觉理论研究了眼的几何光学性质及心脏的液体动力学作用。
h.von亥姆霍兹将能量守恒定律应用于生物系统，指出物质世界包含生命在内都可以归咎于运动。
他研究了肌肉膨胀时热量的产生和神经脉冲的传导速度e.h.杜布瓦-雷蒙德第一个生产出来电流表并用来研究肌肉神经，年辨认出了活动期电位及动作电位。
年w.c.伦琴发现了 x射线后，几乎立即应用到医学实践。
年k.皮尔逊在他写下的《科学的文法》一书中首次提及：“做为物理定律的如上所述事例去研究生物现象的生物物理和生物物理学……”，并列出了当时研究的血液流体动力学、神经传导的电现象、表面张力和膜电位、闪烁与生物功能、以及机械症候群、弹性、粘度、硬度与生物结构的关系等问题。
年a.v.希尔把电技术应用于神经生物学，并显示了神经纤维传递信息的特征是一连串匀速的电脉冲，脉冲是由膜内外电位差引起的。
19世纪显微镜的应用领域引致细胞学说的创办。
以后从直观显微镜发展出来紫外、暗视野、荧光等多种特定用途的显微镜。
电子显微镜的发展则提供更多了生物超微结构的更多信息。
研究内容20世纪20年代已经开始陆续辨认出生物分子具备铁电、压电、半导体、液晶态等性质，生命体系在相同层次上的电磁特性，以及生物界普遍存在的射频通讯方式。
但许多物理特性在生命活动过程中的意义和促进作用，则离没搞清楚。
生物物理学导论-01
②膜与细胞生物物理
• 细胞是最基本的生命单位，细胞中的膜系统是 其中普遍存在的结构，把分子生物物理的研究 成果应用于细胞与膜的结构及其功能研究，推 动生命现象深入到分子水平，是当前主要方向 之一。其内容包括膜的分子动力学，如膜脂运 动、构象，特别是脂多型性的生物学意义的研 究；膜蛋白运动与构象的研究；膜脂与膜蛋白 相互作用的研究；细胞识别作用机制与信息跨 膜转导关系的研究；通道蛋白构象及其离子通 透机制的研究；
Байду номын сангаас
• 经过40年的发展，这一状况已经有很大 改变。从最近l0年来国际纯料与应用生物 物理学联合会(IUPAB)召开的（三年一次） 的大会内容，以及美国、日本等每年都 召开的年会内容分析，生物物理学已经 逐渐形成了它自己的基本内容和研究途 径。
当前 生物物理学的主要发展方向
• • • • 1)分子生物物理 2)膜与细胞生物物理 3)感官与神经生物物理 4)生物物理新技术
生物物理学是一门交叉学科
• 生物物理学是一门交叉学科，它的发展将同时 促进物理学和生物学本身的进一步深化。 • 现有的物理理论与技术还不足以说明与了解生 命现象的全部复杂性。生命现象的深入研究， 向物理学提出了诸如进化、分化、发育、调控、 思维活动、信息处理等高层次的问题，以及为 解决上述问题急需发展的新技术，这也为物理 学的今后发展显示了广阔的前景。
⑥光生物物理
• 光生物物理作为光生物学的一个重要组 成部分，应着重研究其物理机制，包括 光合作用原初过程的研究，茵紫质的质 子泵机制的研究，视紫质光原初过程及 其与菌紫质的比较研究，自由基与单线 态氧在光生物学作用中的意义的研究， 激光生物物理的研究，以及根据光合作 用原理应用于新能源的研究等。
⑦环境辐射的生物物理
生物物理知识点总结
生物物理知识点总结一、生物分子的结构与功能1. 蛋白质结构与功能在生物物理学中，蛋白质是研究的重点之一。
蛋白质在生物体内扮演着重要的角色，包括酶的催化作用、细胞信号传导、结构支持等。
通过X射线晶体学、核磁共振等技术，科学家可以解析蛋白质的三维结构，从而揭示其功能原理。
2. DNA和RNA的结构和功能DNA和RNA是生物体内负责储存和传递遗传信息的核酸分子。
它们的结构特点及功能机理对于生物体的生长、发育和遗传变异至关重要。
生物物理学家通过研究DNA和RNA的空间结构、分子间相互作用等信息，揭示了它们在DNA复制、转录和翻译过程中的作用机制。
3. 脂质的结构与生物功能脂质是构成生物膜的重要组成成分，它在细胞膜的形成、细胞信号传导等生物过程中发挥着重要作用。
生物物理学家研究了脂质分子的结构与性质，深入揭示了脂质在细胞膜形成和功能调控中的重要作用。
二、生物膜的物理性质1. 细胞膜的结构和功能细胞膜是生物体内细胞的保护膜，同时也是细胞与外界环境之间传递物质的界面。
生物物理学研究了细胞膜的结构特点、物理性质和功能机理，从而揭示了细胞膜在物质交换、细胞信号传导等方面的作用原理。
2. 膜蛋白的结构和功能膜蛋白是生物膜上的重要蛋白质成分，它在细胞内外物质传递、细胞信号传导等生物过程中发挥着重要作用。
生物物理学家研究了膜蛋白的结构特点、与脂质分子的相互作用等信息，揭示了膜蛋白在细胞膜功能中的重要作用。
3. 离子通道的结构和功能离子通道是细胞膜上的一类膜蛋白，它在细胞内外离子传递过程中发挥着重要作用。
生物物理学家研究了离子通道的结构特点、离子选择性和通道开关机制等信息，深入揭示了离子通道在细胞内外物质传递中的重要作用。
三、生物能量转换和传递过程1. ATP合成机制ATP是生物体内细胞内能量储存和转移的重要分子，它在细胞内能量转化过程中发挥着重要作用。
生物物理学研究了ATP合成酶的结构与机制，揭示了ATP合成机制中化学能量与机械能的转换原理。
2021生物物理学-生物物理学(精选试题)
生物物理学-生物物理学1、什么是生物物理学？2、生物物理学包含的分支学科（主要内容）有哪些？3、什么是生物物理技术？4、什么叫电磁波？5、什么叫波谱学（spectroscopy）和波谱技术？6、波谱学的物理基础是什么？7、波谱是如何产生的？8、波谱有哪些参数反映物质信息？9、波谱仪有哪些主要部件？10、简单分子的能级是如何构成的？11、紫外－可见吸收光谱是怎样形成的？12、紫外－可见吸收分光仪的基本构成是怎样的？13、紫外－可见吸收光谱术有什么基本应用？（只须回答四点即可）14、荧光是怎样产生的？15、荧光光谱的特点是什么？16、荧光光谱术的具体技术有哪些？17、荧光光谱术的基本应用有哪些？18、荧光光谱术和紫外－可见吸收光谱术有哪些异同？19、什么是红外吸收光谱？20、拉曼光谱是怎样形成的？21、红外与拉曼光谱的特点是什么？22、红外吸收光谱仪的构成是什么？23、红外吸收光谱术的特点是什么？24、红外与拉曼光谱术的基本应用有哪些？25、什么叫核磁共振？26、为什么同一种原子核共振吸收峰的频率并不相同？27、什么叫化学位移？28、什么叫谱线分裂？其产生原因是什么？29、什么是电子自旋共振技术？30、电子自旋共振和核磁共振的异同是什么？31、电子自旋共振波谱的特点是什么？32、电子自旋共振波谱的应用有哪些？33、组成细胞的小分子物质有哪些？有何作用？34、试述蛋白质的四级结构。
35、核酸分为哪两类？有何区别？36、试述DNA双螺旋结构的特点？有何功能？37、比较三种RNA的区别。
38、为什么说支原体是最小最简单的细胞？39、试比较原核细胞的异同，你能得出什么结论？40、细胞膜的主要成分是什么？有何功能？41、细胞膜的主要特征有哪些？有何生物学意义？42、试述被动运输的几种运输方式。
43、以Na+-K+泵为例，说明物质的主动运输过程。
44、膜受体的生物学特征是什么？有何意义？45、试述膜受体的类型及传导途径。
生物物理学
生物物理学生物物理学是一门研究生命现象和生命体系中的物理规律的学科，它是生物学和物理学的交叉学科之一。
生物物理学将物理学的理论和方法应用于生命科学领域，以解释和解析生命现象的产生、发展和功能机制。
本文将从生物物理学的起源和发展、研究方法和技术以及典型研究领域等方面进行阐述。
一、生物物理学的起源和发展生物物理学的概念最早出现于19世纪，当时科学家们开始将物理学方法应用于解释生物学现象。
生物物理学的发展受到生物学和物理学两个学科的推动。
随着物理学的进一步发展，生物物理学在20世纪取得了突飞猛进的进展。
生物物理学的起源可以追溯到晶体学的研究。
晶体学研究表明，生物分子的结构与其功能密切相关。
这一发现为生物物理学奠定了基础。
此后，X射线衍射、核磁共振等现代技术的发展，使科学家们能够更深入地研究生物体内分子的结构和功能。
二、生物物理学的研究方法和技术生物物理学依赖于物理学的理论和实验方法，同时也引入了生物学的一些概念和实验技术。
其中，以下是生物物理学中常用的研究方法和技术：1. 光学方法：包括荧光显微术、共聚焦显微术等，用于观察生物分子的动态过程和互作关系。
2. 数学建模：通过建立数学模型，可以预测和解释生物体系的行为和属性，例如，神经网络模型和传导模型等。
3. 分子生物物理学：用于研究生物大分子的结构、功能和相互作用，包括核磁共振、X射线晶体学等。
4. 生物力学：研究生物体系中的运动和力学性质，如细胞的机械特性和蛋白质的力学稳定性等。
5. 生物电学：研究生物体系中的电信号传导和生物电特性，如神经传导和心脏电生理学等。
三、生物物理学的研究领域生物物理学的研究领域非常广泛，涉及生命体系的各个层次和方面。
以下是生物物理学的几个典型研究领域：1. 生物分子结构和功能：研究生物分子的结构、功能和相互作用，揭示生物体系的基本规律。
2. 细胞力学：研究细胞的机械性质和力学行为，包括细胞的形变和移动等。
3. 生物电学：研究生物体系的电信号传导和生物电现象，揭示神经和心脏等生物体系的电生理学特性。
生物物理学试题及答案
生物物理学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 生物物理学是研究什么的学科？A. 生物的物理性质B. 生物的化学性质C. 生物的形态结构D. 生物的遗传信息答案：A2. 细胞膜的流动性主要是由哪种分子结构决定的？A. 脂质双层B. 蛋白质分子C. 多糖链D. 核酸分子答案：A3. 以下哪种技术常用于研究蛋白质结构？A. 核磁共振B. 电子显微镜C. 质谱分析D. 色谱分离答案：A4. 光合作用中，光能转化为化学能的过程主要发生在哪个部位？A. 叶绿体B. 线粒体C. 细胞核D. 细胞质答案：A5. 以下哪种现象不属于生物物理学研究范畴？A. 细胞膜的电位变化B. 肌肉收缩的力学机制C. 基因的复制过程D. 植物的光周期现象答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 生物物理学的研究方法包括以下哪些？A. 光谱学B. 热力学C. 量子力学D. 统计力学答案：A, B, D2. 以下哪些因素会影响细胞膜的通透性？A. 膜脂的流动性B. 膜蛋白的种类C. 细胞外的离子浓度D. 细胞内的pH值答案：A, B, C3. 以下哪些技术可以用于研究生物大分子的三维结构？A. X射线晶体学B. 电子显微镜C. 核磁共振D. 质谱分析答案：A, B, C4. 以下哪些现象属于生物物理学研究的内容？A. 细胞信号传导B. 酶的催化机制C. 基因表达调控D. 细胞周期控制答案：A, B, D5. 以下哪些因素会影响蛋白质的稳定性？A. 温度B. pH值C. 离子强度D. 蛋白质的氨基酸序列答案：A, B, C, D三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述生物物理学在医学领域的应用。
2. 描述一下光合作用中光能是如何被植物利用的。
3. 解释一下什么是生物膜的流动性，以及它对细胞功能的重要性。
4. 阐述一下生物物理学如何帮助我们理解细胞信号传导的过程。
四、计算题（每题10分，共20分）1. 如果一个细胞膜的电位差为70mV，通过一个离子通道的离子流为1.2×10^-9 A，计算该离子通道的电导率。
生物物理学 第1章
氨基酸结构通式
天然氨基酸均为L-氨基酸
除甘氨酸外，所有天然氨 基酸都具有旋光性。
氨基酸在水溶液及结晶状 态时都以兼性离子 氨基酸所带有的正、负电 荷数目恰好相同，此时溶 液的pH称为该氨基酸的等 电点，以pI表示。
氨基酸的分类
根据R的结构不同：脂肪族氨基酸、芳香 族氨基酸、杂环族氨基酸、杂环亚氨基 酸 根据侧链R的极性：非极性和极性氨基酸。 非极性氨基酸有Gly、Ala、Val、Leu、 Ile、Met、Phe、Try、Pro等， 极性氨基酸: Ser、Thr、Cys、Tyr、 Gln、Asn、His、Lys、Arg等。
国际纯粹与应用生物物理学联合会（简称IUPAB） 我国已于1982年参加了这个组织。从国际生物物理学 会成立到现在，虽然只有30多年的历史， 生物物理学作为一门独立学科的发展是十分迅速的。 美、英、俄、日等许多国家在高等学校中设有生物物 理专业， 有的设在物理系内，有的设在生物系内，也有的设在 工程技术类的院校。目前发达国家均投入很大的力量 致力于这门学科的研究工作。
蛋白质结构
蛋白质的空间构象-一级结构
蛋白质是由各种氨基酸通过 肽键--CO--NH-(peptidebond)连接而成的多 肽链， 组成蛋白质分子的各多肽链 常以二硫键相互连接，形成 特定的结构。 蛋白质分子中的肽链的数目、 多肽链之间连接方式和部位、 二硫键的数目和位置及氨基 酸的数目、种类和顺序，称 为蛋白质的一级结构 (primary structure)。
N.威纳关于生物控制论的论点；前者用热力学和量子力 学理论解释生命的本质引进了“负熵”概念，试图从一 些新的途径来说明有机体的物质结构、生命活动的维持 和延续、生物的遗传与变异等问题（见耗散结构和生物 有序）。后者认为生物的控制过程，包含着信息的接收、 变换、贮存和处理。 他们论述了生命物质同样是物质世界的一个组成部分， 既有它的特殊运动规律，也应该遵循物质运动的共同的 一般规律。这就沟通了生物学和物理学两个领域。现已 在生物的各个层次，以量子力学和统计力学的概念和方 法进行微观和宏观的系统分析。
生物物理学考试试题
生物物理学考试试题一、选择题（每题 3 分，共 30 分）1、以下哪种分子不是生物体内的信息分子？（）A DNAB 蛋白质C 葡萄糖D 激素2、细胞膜的主要成分是（）A 脂质和蛋白质B 糖类和蛋白质C 脂质和核酸D 蛋白质和核酸3、以下哪种力不是维持蛋白质三级结构的主要作用力？（）A 氢键B 疏水作用C 范德华力D 肽键4、酶的催化作用具有高效性，是因为（）A 降低了反应的活化能B 提高了反应物的浓度C 升高了反应的温度D 改变了反应的平衡常数5、光合作用中，光反应的场所是（）A 叶绿体基质B 类囊体膜C 线粒体内膜D 细胞质基质6、以下哪种技术常用于研究生物大分子的结构？（）A 荧光显微镜技术B 电子显微镜技术C 流式细胞术D 细胞培养技术7、 DNA 双螺旋结构的稳定因素不包括（）A 碱基堆积力B 氢键C 离子键D 二硫键8、细胞内物质运输的方式不包括（）A 简单扩散B 协助扩散C 主动运输D 外排作用9、以下哪种生物大分子具有储存遗传信息的功能？（）A 蛋白质B 脂质C RNAD 多糖10、肌肉收缩的基本单位是（）A 肌纤维B 肌原纤维C 肌小节D 肌动蛋白二、填空题（每题 2 分，共 20 分）1、生物体内的能量转换主要通过_____作用和_____作用实现。
2、蛋白质的一级结构是指_____。
3、核酸分为_____和_____两大类。
4、细胞呼吸分为_____呼吸、＿____呼吸和_____呼吸三种类型。
5、神经冲动的传导是通过_____的形成和传播来实现的。
6、生物膜的流动镶嵌模型认为，膜的基本支架是_____，蛋白质分子以不同的方式镶嵌在其中。
7、细胞凋亡是一种_____的细胞死亡方式。
8、遗传密码具有_____、＿____和_____的特点。
9、生物体内的信号转导途径主要包括_____转导途径和_____转导途径。
10、真核细胞的分裂方式包括_____分裂、＿____分裂和_____分裂。
生物物理学
生物物理学一生物物理学的定义生物物理学（Biological Physics）是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。
生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
关于生物物理学属于生物学的分支还是物理学的分支，一些生物学家认为他们研究生命现象时只是引入了物理学的理论和方法，属于生物学的一个分支。
但有些物理学家认为，研究生命的物质运动，只是物理学研究对象由非生命物质扩展到生命物质。
应该属于物理学的分支。
不同研究领域的学者处于不同的角度，也就有了不同的定义二生物物理学的研究内容和现状(一) 生物物理学的研究内容生物物理学研究的内容十分广泛，涉及的问题则几乎包括生物学的所有基本问题。
由于生物物理学是一门正在成长着的边缘学科，其具体内容和发展方向也在不断变化和完善，它和一些关系特别密切的学科（生化、生理等）的界限也不是很明确。
现阶段，生物物理的研究领域主要有以下几个方面：1 分子生物物理。
分子生物物理是本学科中最基本、最重要的一个分支。
它运用物理学的基本理论与技术研究生物大分子、小分子及分子聚集体的结构、动力学，相互作用和其生物学性质在功能过程中的变化，目的在于从分子水平阐述生命的基本过程，进而通过修饰、重建和改造生物分子，为实践服务。
生物大分子及其复合物的空间结构与功能的关系是分子生物物理的核心问题。
自从50年代X射线衍射晶体分析法应用于核酸与蛋白质获得成功，奠定了分子生物学发展的基础，至今已有40余年历史。
在这段时期中，有关结构的研究大体上经历了3个主要阶段：①晶体结构的研究；②溶液中生物分子构象的研究；③分子动力学的研究。
分子构象随时间变化的动力学，分子问的特异相互作用，生物水的确切作用等是分子生物物理今后的重要课题。
生物物理学重点总结考试复习资料
第一章生物大分子：蛋白质、核酸、多糖和脂质。
生物大分子特定的生物学功能取决于其特定的空间构象。
蛋白质的意义：是生命活动的物质基础，是细胞和生物体的主要组成成分。
蛋白质的化学组成：构成元素：碳C，氢H，氧O，氮N，硫S等。
N的含量一般较恒定：平均为16%，每克样品中含氮克数×6.25×100即为100克样品中蛋白质含量等电点：将氨基酸水溶液的酸碱度加以适当调节，使羧基与氨基的电离程度相等，即氨基酸所带正、负电荷数目正好相等，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点，用pI表示。
中性溶剂中，羟基的电离程度略大于氨基，溶液呈微弱酸性蛋白质：在水溶液中形成的颗粒具有胶体溶液的特征(布朗运动、丁道尔现象、不能透过半透膜、吸附能力等)。
按形状分类：球状蛋白质、纤维蛋白质按化学结构分：简单蛋白质、结合蛋白质根据溶解度分类：可溶蛋白质、醇溶性蛋白质、不溶性蛋白质蛋白质的一级结构：由共价键结合在一起的氨基酸残基的排列序列。
一级结构是蛋白质功能的基础蛋白质的二级结构：指多肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复的主体。
α-螺旋、β-片层、无规卷曲、回折。
作用力：以肽链内或各肽间的氢键。
α螺旋：肽链骨架形成每周3.6个氨基酸的右手螺旋上升0.54nm，每个残基旋转100度。
蛋白质的三级结构：是线状、螺旋片状结构的进一步卷曲和折叠，形成球形或椭圆形的结构，它是蛋白质分子在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。
α螺旋、β折叠、β卷曲及无规卷曲等二级结构的多肽链在三维空间的排列方式。
作用力：疏水作用（主要）、氢键、离子键、偶极与偶极间的相互作用、二硫键。
若蛋白质分子仅有一条多肽链组成，三级结构就是它的最高结构层次。
蛋白质的四级结构：具有三级结构的蛋白质亚单位通过非共价键缔合的结果。
亚基之间(维持蛋白质四级结构)的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。
氨基酸链接的基本方式：肽键—CO—NH—结构域：是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次蛋白质特定的构象和功能是由其一级结构所决定的。
生物物理学
生命科学学院学科简介二级学科中文名称：生物物理学英文名称：Biophysics一、学科概况生物物理学是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。
目前本学科方向有副教授2人。
近年来在Annu. Rev. Phys. Chem.、P.N.A.S.、Bioinformatics、Biophys. J. 、J. Phys. Chem.、J. Mole. Biol.等国际知名期刊上发表研究论文多篇。
近三年本学科获得国家自然科学基金、中科院专项基金、北京分子科学国家实验室开放基金、教育部留学回国人员启动基金等科研课题8项，研究经费100多万元。
本学科拥基础生物物理研究实验设备，包括：蛋白质计算服务器、高速冷冻离心机、PCR仪、电泳系统、凝胶成像系统、紫外分光光度计、酶标仪、液相色谱等仪器。
二、学科内涵与特色生物物理学是应用物理学的概念、原理和方法研究生物各层次上的结构与功能的关系、生命活动的物理化学过程，以及和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
本学科主要研究方向为：结构生物物理、计算生物物理、神经生物物理、分子生物物理、生物成像物理技术等。
学科带头人：陈德亮副教授。
主要课题方向：应用结构生物物理技术，主要是X射线晶体衍射、顺磁共振、时间分辨光谱学等手段，研究若干视黄醛膜蛋白的结构与功能；并针对膜蛋白折叠稳定性、自发组装、蛋白生物传感器设计等科学问题开展工作。
近3年获得科研项目6项（其中国家自然科学基金面上项目2项）。
发表科研论文3篇，其中SCI论文1篇。
学科带头人：张竹青副教授。
主要课题方向：基于物理与化学原理，应用理论和计算机模拟方法研究蛋白质折叠，错误折叠与聚集的机制；蛋白质与核酸、蛋白－蛋白质及蛋白－小分子的相互作用，及结合过程中所引起的构象变化研究。
近3年获得科研项目2项。
在国际学术期刊发表论文4篇。
生物物理学 (学科代码：071011)
BM05101 生物医学信号处理（4） MA05344 生物统计讲座（3） BI06100 撰写科学基金申请书（1）
BI56204 细胞与分子神经生物学文献阅读与 分析（2） BI16204 神经科学文献综述（2）
BI16206 神经病学文献阅读与分析（2） 备注：带★号课程为博士生资格考试科目。
BI55201★计算机在生物学中的应用★（2） BI56201 神经心理学（3） BI16201 神经药理学与毒理学（3）
BI55202 学习和记忆神经生物学（2） BI55204 神经生理学实验方法（2） BI55701 计算机在生物学中的应用实验 （1.5） BI15204 脑功能成像实验与技术（1.5） BI45203 生物化学与分子生物学实验原理 (I)（3） BM05110 生物医学工程若干前沿（3）
二、研究方向 1．系统生物物理学、2．环境生物物理学、3．认知生物物理学
和神经心理学、4．ห้องสมุดไป่ตู้胞与分子生物物理学、5．生物物理学技术和方 法
三、学制及学分 按照研究生院有关规定。
四、课程设置 英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。 学科基础课和专业课如下所列。
基础课： BI05101 细胞分子生物学（4） BI15201★神经生物学原理★（4） BI56202 视觉神经科学（3） 专业课： BI54201 认知神经科学（2） BI55203 听觉神经科学（2） BI55205 实用生物医学论文写作（2）
生物物理学 （学科代码：071011）
一、培养目标 本学科培养德、智、体全面发展，具有坚实系统的生物物理学理
论基础与实践技能，了解并掌握生物物理学发展的前沿和动态，能熟 练使用计算机，掌握一门外 国语，在本学科及相关学科领域独立开 展科学研究工作，作出创造性的科研成果，并能够适应我国经济、科 技、教育发展的需要，成为二十一世纪从事生物学有关领 域的研究 和教学的高层次人才。
生物物理学和生命科学
生物物理学和生命科学生物物理学与生命科学生物物理学是一门研究生物学现象和过程中所涉及的物理原理和方法的学科，通过对生物体内的物质和能量的测量和分析，揭示了大量关于生命的奥秘。
生命科学是一门研究生物学的各个方面的学科，探索生物的起源、发展、结构和功能等。
本文将探讨生物物理学和生命科学的关系，并阐述它们在科学研究、医学和生物技术等领域的重要性。
一、生物物理学与生命科学的交叉领域生物物理学和生命科学在许多方面存在密切的联系和交叉。
生物物理学提供了一种将物理学方法应用于生物学问题的途径，为生命科学的研究提供了重要的工具和理论基础。
生命科学则为生物物理学提供了广泛的应用领域和实际问题，推动了生物物理学的发展。
两者之间的交叉研究使得科学家们能够更加深入地理解生命的本质和生物现象的机制。
二、生物物理学在科学研究中的应用生物物理学为科学研究提供了许多重要的工具和方法。
例如，在细胞生物学研究中，生物物理学通过光学显微技术和分子生物学方法，揭示了细胞内部的结构和功能。
在遗传学领域，生物物理学通过核磁共振、X射线衍射等技术，研究了DNA的结构和遗传信息的传递。
此外，生物物理学还在生物医学、生物能源等领域发挥着重要作用，为科学家们提供了研究和解决实际问题的手段。
三、生命科学在医学中的应用生命科学的不断发展为医学研究和临床实践提供了许多新的方法和技术。
例如，通过对生物分子的研究，生命科学帮助医学科学家们开发了许多新药物，用于预防和治疗各种疾病。
同时，生命科学还推动了基因检测和基因治疗等前沿技术的发展，为人类提供了更准确和个性化的医疗服务。
生物医学工程学则是生命科学与工程学的交叉领域，通过研究和开发医疗设备和技术，为医学领域的进步做出了重要贡献。
四、生物物理学和生命科学在生物技术中的应用生物技术是利用生物学知识和技术手段进行实践操作的学科。
生物物理学和生命科学在生物技术领域的应用十分广泛。
例如，通过对DNA的研究和理解，科学家们能够进行基因工程，并开发出了转基因技术，用于改良农作物和生物制药。
生物物理学
四 荧光生色团的结构特点
2 蛋白质和核酸中的荧光生色团
Tryptophan (W, Trp)
Tyrosine (Y, Tyr)
Phenylalanine (F, Phe)
F=Ia
32
荧光强度与浓度的关系
（二）荧光分光光度术中的参量
3 荧光偏振( fluorescence polarization)
自然光
部分偏振光
偏振光
I//-I
P=
I//-I
A=
I//+I
I//+2I
荧光偏振度Fluorescence polarization --p 荧光各向异性Fluorescence anisotropy -A
参考资料
1.赵南明，周海梦，生物物理学，北京：高等教育出版 社，海德堡： 施普林格出版社，2000
2.林克椿，生物物理技术波谱技术及其在生物学中的应用，北京： 高等教育出版社，1989 3.林克椿，吴本玠，医学生物物理学，北京医科大学。北京大学医 学出版社，2004 4.李楠，王凤翔，周春喜，荧光探针应用技术，北京：军事医学科 学出版社，1998 5.Pattabhi Vasantha, Gautham N. Biophysics, Pangbourne: Alpha Science, c2002.
激发波长 nm 345 370
275 490 381
发射波长nm
490 565 305 530 403
5羟色胺，中性或弱酸 性 5羟色胺，盐酸
295
295
《生物物理学》复习重点
《生物物理学》复习重点【名词解释】1.熔球中间态（molten globule state）在一定的条件下，许多蛋白质处于既不是完全地折叠也不是完全地去折叠状态，它们的这种状态被称为熔球中间态（molten globule state）。
2.细胞的自稳作用①指各个细胞本身具有调节细胞内环境的能力和作用，以有利于实施其生理功能和对应细胞外环境的变化。
它主要包括细胞体积、膜电位和细胞内成分的调节；②是各种输运机制以及与输运机制相连的细胞浆内的各种反应的整合，因此比个别的输运机制要复杂得多。
3.驰豫过程（荧光的产生）吸收光能后分子处于激发态。
处于激发态的分子可以通过多种途径，将多余的能量释放，使分子又回到稳定的基态，这些释放多余能量的过程就是驰豫过程。
内转换：当两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时，如第一激发单重态的较高能级与第二激发态单重态的某一较低能级位能相同会发生电子由高电子能级以无辐射跃迁的方式跃迁至低能级上，称为内转换，转换速度10-13～10-11 s（快）。
系间跨越：指激发单重态与三重态之间的无辐射跃迁，原因：激发态电子自旋反转，造成多重复改变，可能单重态（S1）低振动能级与三重态T1的较高振动能量有重叠。
外转换（猝灭）：激发分子与溶剂分子或其它溶液分子相互作用，发生能量转移，使荧光或磷光强度减弱甚至消失现象称为猝灭。
→产生荧光、磷光：荧光：处于电子激发态的分子回到基态时发射的光称为荧光。
磷光：某种物质被某种波长的光照射以后能在较长的时间内发生波长比荧光波长更长的光，则称这种光为磷光。
4.非辐射共振能量转移（non-radiative resonance energy transfer）两个分子具有相同的激发能量变化（或受体比供体激发能级稍低），达到一定的距离时，通过两个分子在空间产生的电磁相互作用，供体分子可以将其激发能转移给受体分子，回到基态；接受能量的受体分子则被激发，即形成非辐射共振能量转移。
生物物理学导论
1.1 生物物理学的形成与发展
首先，我们从讨论物理科学 与生物学之间的关系来明确生物 物理学的概念。
（1） 物理学的发展
物理学从哥白尼及加利路以来就逐渐明确它 的特点而成为一门精确的科学。它的威力就在于 它的精确性。物理学是进行精确定量测定，简炼 地概括性地给出事物的相互关系的学科。 早先人们努力致力于措述性科学(局限于叙 述现象和事实)，后来才发展成更精确的科学，当 称量刻度进入化学实验室时就结束了它的描述科 学阶段。
(4) 生物物理学的目标
生物物理学作为研究生物学的手段，不仅是描述 生命系统活动过程的物理化学基础，同时也从物 理学的概念来讨论生物体。 生物物理学将从为什么与怎样对生命系统来概括 出发，然后通过从分子水平直到更完整体系的水 平上，对这些体系中所发生的相互作用和过程的 观察来讨论怎样将物理学的理论与概念应用于这 些概括的系统中。最后，这些概括性再次从理论 生物角度进行讨论，希望能找到这样的概括在生 物学基本规律中的意义究竟是什么。
在细胞最外层的膜叫细胞质膜(或简称质膜)。 它形成一个具有选择性的屏障而保持了细胞的 化学完整性。后面我们将讨论正是由于膜上的 主动与被动传输过程，它的选择性不仅表现在 什么分子能进入或离开细胞，同时也表现在分 子进出细胞的速度上。 虽然也还有其他的方式物质能进入细胞，某些 游离细胞．例如阿米巴可以通过胞饮及吞噬这 两种方式把物质吞进细胞内。
第二章 生物的单位
2.1 细胞的含义
（1）细胞作为生物的基本单位
物理学家和化学究研究物质总是简单化和统一化 到量子力学范畴，认为物质的基本单元是原子。 人们要问这种原子的单位是否也存在于生物学中 呢？ 许多生物学课本中提出活细胞就是这种原子的单 位。 自从1665年Robert Hooke在木栓组织上发现“小 格子”以来，就建立了细胞概念，从此公认生命 具有一种细胞的结构。
生物物理学：6.1第六章感官和神经生物物理学(1)
• 脑主要包括大脑、间脑、小脑、中脑、脑桥 及延髓等六个部分。
原始分区 再分区
主要部位
功能
前脑
端脑
嗅脑 rhinencephalon
嗅觉中枢
forebrain （大脑）
状激活系统
n
原始神经管 神经管
脊髓 spinal cord
低位中枢，基本反射活动
神经嵴
外周神经节
神经通路或换元
．脑的表面结构
．大脑皮层功能分区
．大脑深部结构
2.神经元的类型和胶质
神经元:胶质细胞=1:10
• 胶质细胞是广泛分布于中枢和周围神经系统中 的支持细胞。中枢神经系统中的胶质细胞包括 少突胶质细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞。
• 少突胶质细胞的主要功能是在中枢神经系统中包绕 轴突、形成绝缘的髓鞘结构、协助神经电信号的跳 跃式高效传递，维持和保护神经元的正常功能。
• 小胶质细胞(microglia)是神经胶质细胞的一种，相当 于脑和脊髓中的巨噬细胞，是中枢神经系统(CNS)中 的第一道也是最主要的一道免疫防线。小胶质细胞 大约占大脑中的神经胶质细胞的20%。
pituitary
松果体 pineal body
内分泌腺，褪黑素
中脑 midbrain 中脑
中脑
视觉中枢，网状激活系统， 内脏调节
菱脑
后脑（小脑） 小脑
调节躯体运动、随意运动
hindbrain
cerebellum 脑桥 pons
网状激活系统，内脏控制
髓脑
延髓
基本生命中枢，感觉核，网
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生物物理学(1)
3.1.6 中心导体模型
ro
ro
ro
rm
rm
rm
rm
Cm
Cm
Cm
Cm
ri
ri
ri
长柱形细胞，如神经轴突和肌纤维细胞，其长度远大于细胞 直径，可用电缆模型描述，用电缆方程表示。
生物物理学(1)
3.1.7 生物组织的介电性质
电介质在电场中的一个重要特征是介质的极化现象。 生物组织中含有大量带电荷的离子及各种极性分子，外电场会导
影响磁场作用的生物因素有：生物材料、生物体的磁性、组成、部位、 种属、机能状态及敏感性等。
根据磁场的强度，将磁场的生物效应分为：强磁场效应，地磁场效应 和极弱磁场效应；
>10-2T的属于强磁场； <10-7T的属于极弱磁场或近零磁场；
生物物理学(1)
3.6.2 磁场对生物体内水的作用
经磁场处理的水称为磁水。 外加磁场对水作用，可使水的比重、沸点、表面张力等特性发生变化。 磁场能使水聚体的偶极矩取向发生变化，改变原子核外电子的激发程
电渗：细胞悬液中带有正电荷的分散介质则向电场负极方向移动，称 为电渗。
细胞电泳率：细胞在单位电场强度、单位时间内移动的距离。
生物物理学(1)
3.2.2 电热作用
l 当电流通过人体时，电流经过的路径如图：
生物物理学(1)
3.2.3 电化作用
l 将不易起化学反应的直流电极直接作用于机体时，电极附近将发 生电化反应。
细胞内
细胞外
K+
Na+
Cl-
K+ Na+ Cl-
人红细胞 136 13
83
5 164 154
胃肠平滑肌细胞 162 22
40
5.9 137 134
蛙骨骼及细胞 155 12
4
4 145 120
枪乌贼轴突 369 44
39
13 498 520
生物物理学(1)
可兴奋细胞静息电位V的 Goldman-Hodgkin-Kalz方程：
如 (1) 高压静电场对离体培养肿瘤细胞及小鼠S-180细胞生长有 抑制作用 l (2) 静电场能促进萝卜对矿质元素的吸收 l （3）电晕电场对大田作物和蔬菜生长有较大影响。 l （4）静电场对人体生理有明显影响。
生物物理学(1)
3.5 生物磁现象
l 3.5.1 生物材料的磁性 l 3.5.2 人体磁场
致这些荷电离子和极性分子的某种运动，表现出生物组织的极化 现象。 介电常数 ：表征介质的极化程度； 生物组织的介电常数和外场频率相关；
பைடு நூலகம்生物物理学(1)
3.2 电力电化作用
l 3.2.1 细胞电泳 l 3.2.2 电热作用 l 3.2.3 电化作用
生物物理学(1)
3.2.1 细胞电泳
细胞电泳：当细胞膜外表面呈现负电荷特性时，在外直流电场的作用 下，细胞连同其界面吸附层一起向电场正极方向运动，称为细胞电泳。
度，实现共振。
生物物理学(1)
3.6.3 磁场对组织细胞的作用
磁场对生物组织细胞的影响是多种多样的。 在较高感生电势作用下，细胞可能被击穿，或被感生电流烧坏，或被
磁矩扭曲，甚至引起细胞死亡； 另一方面，磁场作用亦可促进组织细胞带电微粒的运动，调整生物分
子的液晶结构，改变胞膜的通透性，促进代谢过程，加强组织细胞的 生长；
生物物理学(1)
3.1.4 细胞的电参量
膜是由脂类物质构成的，脂类物质在电学上近乎绝缘，但蛋 白质组分特性、构象及膜上位置变化，造成膜两侧某种特定导电 状态。
膜两侧的糖和蛋白质也往往有许多带电的离子基团，并且与细部内 液和外液中的各种离子相互作用，形成一定厚度的电荷层，相当于 一个电容器。
生物物理学(1)
生物物理学(1)
3.7.5 产生磁致生物效应的条件
生物的磁场阈值 作用时间 场型和频率
生物物理学(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/26
生物物理学(1)
（1）水分子具有很强的偶极性；
（2）能与其它水分子，离子或生物大分子的极性基团之间形成氢 键；
生物物理学(1)
3.1.3 细胞电活动基础
生物电现象是生物界一种极普通的生理现象。细胞膜电位瞬 时改变可导致组织兴奋。细胞电位是解释各种生物电、生物磁现象和 效应的基础。
1、细胞静息电位
静息电位：指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。 静息电位表现为膜内带负电而膜外带正电的状态，称为极化状态。
（1）组成蛋白质的20种氨基酸中有13种在水中能离解产生离子基 团或表现电偶极子特性；
（2）DNA大分子中的碱基和磷酸酯也存在离子基团和偶极子； （3）生物水本身就有强烈的电偶极作用； （4）生物体本身还存在Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+、Cl-等无机
离子；
生物物理学(1)
3.1.1 蛋白质的偶极矩
a 实验观测结果；b 对照组平均发育期
曲线表明：果蝇最初几代的发育期比未处理的对照组的平均发育期有成 倍的增长，而在以后的各代中，处理组的发育期逐渐缩短。
生物物理学(1)
3.7.2 磁致生长（死亡）效应
磁场对生物生长、发育、衰老和死亡等生命过程均能产生影响； 例如 ：
1）海胆卵置于10-14T的超导体强磁场中处理2小时，其早期分裂显著 延迟； 2）强度高于1.4T的恒定均匀磁场能抑制细菌的生长； 3）小白鼠在约10-7T的磁场中养一年后，寿命缩短6个月，并丧失生育力；
细胞处于静止电位时称为极化，极化量减小时成为去极化；
生物物理学(1)
动作电位一般分为四个时相：
l （1）去极化（2）反极化（3）复极化（4）超极化
细胞动作电位的产生，取 决细胞膜两侧的电压和膜对 于特定离子，尤其是钠、钾 离子随时间变化的通透性。 当动作电位发生时，细胞对 于钠、 钾离子通透性显著 增加。
膜同时兼有电阻和电容的复合特性，在直流或极低频率下，细胞膜阻 抗较内外液电阻高得多，电流几乎不能进入胞内空间；而高频电流时， 膜阻抗相对很低，细胞内外空间电流的分布简单地取决于内外液电阻 间的相对大小。
生物物理学(1)
3.1.5 生物电阻抗
在低频电流下，生物结构具有复杂的电阻性质。有的是普通的欧姆电 阻，在一定范围内，其电压、电流呈线性关系；有的呈非线性，其中 还有对称性和非对称性。
在组成蛋白质的13种极性氨基酸中，根据其在水中的状态，分为酸性、 碱性、中性； （1）酸性或碱性氨基酸侧链在不解离的状态下也存在极性基团而表现极性； （2）由氨基酸聚合成多肽链是靠肽键联结的，由于原子中心不重合而使肽 键呈现极性，
生物物理学(1)
3.1.2 生物水的电特性
在生物体中，水不仅提供细胞的生活环境，还在相当程度 上决定着生物大分子的构象和功能，影响生命活动中物质输运、 能量转换和信息传递过程。
生物物理学(1)
3.3.2 脉冲刺激与生物效应
细胞或机体内外环境的任何变化，可能引起它们的反应，从而 构成刺激。 刺激因素有： 物理的（力、热、声、光、电、辐射）， 化学的（酸、碱、盐、离子）； 生物的（色素分布、血流量、含水量、激素）；
生物物理学(1)
用尖脉冲刺激肌肉，刺激响应与脉冲 频率有关：
对生物大分子的广泛研究得知，大多数生物大分子是各相异性反磁性， 少数为顺磁性，极少数呈铁磁性；
生物物理学(1)
3.5.2 人体磁场
正常人体组织是非磁性的，磁化率小，没有剩余的磁矩。 人体磁性的来源: （1）生物电流产生的磁场； （2）由生物磁性材料产生的感应磁场； （3）侵入人体内的强磁性物质产生的剩余磁场
生物物理学(1)
3.6 磁场对生物水和细胞的作用
l 3.6.1 磁场与生物体相互作用因子 l 3.6.2 磁场对生物体内水的作用 l 3.6.3 磁场对组织细胞的作用
生物物理学(1)
3.6.1 磁场与生物体相互作用因子
磁场作用于生物体产生的效应取决于磁场和生物体的某些相互作用因 子。
对生物效应有影响的磁场因子有:磁场类型、磁场梯度、磁场的方向、 作用的部位与范围、作用时间等；
生物物理学(1)
3.5.1 生物材料的磁性
狭义生物磁学:指研究不同层次生物材料所产生的磁场；
广义生物磁学：除狭义生物磁学内容外，还包括磁生物学，即研究外 界磁场对生物机体在不同层次的作用所产生的生物效应及其相应的作 用机理；
物质的磁性可以通过在外加磁场作用下的磁化过程来认识，也可以通 过测量磁性的仪器来探测。
各种细胞的静息电位数值不同； 如：哺乳动物的神经细胞的静息电位为-70mV；
骨骼肌细胞为-90mV； 人的红细胞为-10mV；
生物物理学(1)
在细胞内液和外液中，有Na+、K+、Cl-、Ca+等各种离子和 一些带电荷的蛋白质分子，一般细胞内液和外液中各自正负 电荷是相等的，但同一离子在细胞内外液中浓度却相差很大。
l SMC具有明显镇痛作用，能有效治疗肋间神经痛等； l SMC能改善血循环和营养吸收能力，治疗血循环紊乱和营养失衡。
生物物理学(1)
3.3.4 电致生长与修复
l 用小的直流电治疗创伤和溃疡，能加速伤口的愈合和修复； l 直流电还可抑制细菌生长；
生物物理学(1)
3.4 静电生物效应
l 静电生物效应是静电场与生物相互作用，引起刺激或抑制生物生 长发育或致死效应。
生物物理学(1)
2020/11/26
生物物理学(1)
第3章 生物电磁学
l 3.1 生物电特性 l 3.2 电力电化作用 l 3.3 电刺激与组织兴奋性 l 3.4 静电生物效应 l 3.5 生物磁现象 l 3.6 磁场对生物水和细胞的作用 l 3.7 磁场生物效应概述