В настоящее время существует множество экспериментальных методов исследования биологических систем. В основу каждой методики входит целый ряд физических явлений, определяющих область применения метода и ограничения при его использовании. В лекционном курсе излагаются физические основы наиболее широко применяемых экспериментальных методов современной биофизики, таких как: рентгеноструктурный анализ, атомно-силовая микроскопия, электронная микроскопия, флуоресцентная микроскопия, масс-спектрометрия, а также многих других методов.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Вступление.
Цитируемость методических работ Цели курса Дополнительность методов исследования Неполная классификация Календарь методов на "Биомолекуле" Рентгеноструктурный анализ Нейтронография Электронная микроскопия Секвенирование нового поколения Induced pluripotent stem cells Текущие проблемы метода Optogenetics Genome Editing with Engineered Nucleases Цинковые пальцы + нуклеаза CRISPR-Cas9 Какие подходы наиболее активно совершенствуются сегодня

Лекция 2. Рентгеноструктурный анализ.
Рентгеноструктурный анализ Структура ДНК Первая структура белка Упаковка белков в кристаллах обладает определенной симметрией Требования к процедуре кристаллизации Основные концепции кристаллизации Факторы, влияющие на растворимость белка Кристаллизация мембранных белков Фазовая диаграмма моноолеина Примеры белков Сбор данных Картина дифракции от белкового кристалла Расчет электронной плотности в элементарной ячейке кристалла

Лекция 3. Кристалл и рентгеновское излучение.
Повторение High-End: рацемическая кристаллография белков Сбор данных Открытие одной щели: вид картины дифракции Разрешение Оптика с точки зрения Фурье-подхода Случай, когда объект- точка Взаимодействие кристалла с рентгеновским излучением Томсоновское рассеяние События на уровне кристалла Элементарная ячейка кристалла Полная амплитуда рассеяния всего кристалла Конструктивная интерференция Картина дифракции от белкового кристалла Расчет электронной плотности в элементарной ячейке кристалла Методы решения фазовой проблемы Молекулярное замещение

Лекция 4. Решение фазовой проблемы.
Перечень методов решения фазовой проблемы Однократное и многократное изоморфное замещение Однократная и многократная аномальная дисперсия Идея подхода Задача фолдинга белков Общая философия устройства Числа, характеризующие результат Атомная модель Пример структуры ДНК-белковый комплекс Механизм взаимодействия белка с основанием Femtosecond X-ray protein nanocrystallography Устройство Первые структуры Самое дорогое вещество на Земле

Лекция 5. Нейтронография.
Повторение Резюме Трехмерная структура Нейтронография Возможность определения положения атомов водорода в структуре помогает исследовать разные вещи Сечение когерентного и некогерентного рассеяния Преимущества дейтерия над водородом Усовершенствования за последние годы Работа с нейтронографией Пример карты плотностей Пример с вирусной протеазой "Проблемный" гистидин Взаимодействия в протеазе Модель протеазы

Лекция 6. Просвечивающая электронная микроскопия. Часть 1.
"Нанобиоинженерия" Просвечивающая электронная микроскопия Типы электронной микроскопии Оптическая система электронного микроскопа Источники электронов Магнитные линзы Аберрация Сферическая аберрация Методы борьбы с аберрациями Взаимодействие быстрых электронов с атомами Особенности взаимодействия электронов с образцом Методы увеличения контраста в ПЭМ Фазовое контрастирование Принцип Фурье-оптики Фазовая углеродная пластинка Фазовое контрастирование в ЭМ Анализ отдельных изображений Сортировка по ориентациям и построение 3d-модели Классические методы увеличения контраста Single molecule Electron Microscopy Фурье-образ в наше время

Лекция 7. Просвечивающая электронная микроскопия. Часть 2.
Повторение Прогресс Дефокусировка Классические методы контрастирования Single molecule electron microscopy Сортировка по ориентациям и построение 3D модели Эволюция разрешения метода MicroED Electron Tomogaphy Трехмерная структура Контакты между нейронами Резюме Сканирующий режим Auger Electron Изображения Откуда контрасты? Метод моделирования Изображения живых клеток Внутренние структуры клеток

Лекция 8. Масс-спектрометрия.
Разбор вопросов Повторение Местонахождение детектора Pressure limiting aperture Масс-спектрометрия Блок-схема Типичный масс-спектр Разрешение Изотопное распределение Применение Типы ионизации Импульсная  Ионизация электрораспылением Электроспрей Десорбционно-электроспрейная ионизация Типы масс-анализаторов Время-пролетный анализ Квадрупольный анализатор Ионные ловушки Ионно-циклотронный резонанс Базовый сигнал Пример Комплекс подходов Тандемная масс-спектрометрия

Лекция 9. Таргетный анализ протеома.
Масс-спектрометрия Пример Динамика свернутых и развернутых белков Тандемная масс-спектрометрия Методы фрагментирования ионов белковых молекул Идея тандема Пептид при обработке пепсином Таргетный анализ протеома Как предсказать то, на что настраивать аппаратуру? Масс-цитометрия

Лекция 10. Флуоресцентная микроскопия. Часть 1.
Флуоресцентная микроскопия Флуоресценция и хемилюминесценция Плюсы флуоресцентных методов Флуоресценция как физическое явление Спектры поглощения и эмиссии Базовые характеристики флуоресценции Эмиссионный спектр и окружение Устройство флуоресцентного микроскопа Инвертированный микроскоп Широкопольная флуоресценция Микроскопия световых листов

Лекция 11. Флуоресцентная микроскопия. Часть 2.
План лекции Повторение Видеоверсия эксперимента, конфокальный микроскоп Способ обработки TIRF microscope - регистрация флуоресценции Особенности флюорофоров SNAP and CLIP-tags Параметры флюорофоров Stability Синтетические флюорофоры GFP Зонды Спектры из примера с медузами Разнообразие флуоресцентных белков FRAP, FLIM, FRET FRAP LCP FLIM Применение FRET Как это устроено? Регистрация сигналов Фототушение акцептора

Лекция 12. Флуоресцентная микроскопия. Часть 3.
Повторение FRAP FLIM FRET Popular FRET pair Примеры работ When FRET and bioengineering are combined FRET-based force sensor Повторение Режимы возбуждения флуоресценции Мультифотонная микроскопия Устранение конфокальной апертуры Конфокальный vs двухфотонный микроскоп SHIM Принцип работы Глубина проникновения поля

Лекция 13. Микроскопия суперразрешения.
Микроскопия суперразрешения Дифракционный барьер STED Как это выглядит Формула Резюме Устройство Примеры PALM и STORM Идея Подробности Причины "мигания" флуоресцентных молекул Фотохромный эффект Изображения Пример с ДНК Идеальный STORM Резюме SIM Микроскопия световых листов MINFLUX Идея Технология Эксперимент Пример

Лекция 14. Оптическая микроскопия. Работа в проходящем свете.