Biophysics 150 2013

Красным цветом выделены вопросы, которых не буде в билетах!!!
Питання з курсу “Біофізика” для VI курсу
І. Термодинаміка біологічних процесів.
1. Термодинаміка рівноважних станів.
І закон термодинаміки, можливості застосування щодо характеристики стану біологічних об`єктів.
Калориметрія, використання її для характеристики термодинамічних параметрів біосистем.
Головні шляхи надходження енергії до живих систем із довколишнього середовища.
Головні обмеження, що накладаються на І закон термодинаміки у випадку прикладання його до біологічних систем.
ІІ закон класичної термодинаміки. Поняття ентропії.
Принцип Карно. Поняття коефіцієнту корисної дії.
Оборотні та необоротні процеси. Використання термодинамічної функції ентропія як міри розсіювання енергії.
Залежність термодинамічної вирогідності та ентропії. Стан термодинамічної рівноваги з позиції термодинамічної вирогідності.
Зв`язок теорії інформації з ентропією. Пропорційність ентропійних одиниць та одиниць інформації.
Термодинамічні функції та потенціали, використання т. д. потенціалів для характеристики стану біологічних систем.
Поняття вільної енергії.

2. Термодинаміка необоротних процесів.
Функція ентропії у відкритих системах, що складається з ентропії, виробленої у самій системі та ентропії, яка виробляється за рахунок процесів обміну із довколишнім середовищем.
Функція дисипації.
Лінійна нерівноважна термодинаміка.
Феноменологічні рівняння та межі їх дії для процесів у біологічних системах.
Термодинамічні сили та термодинамічні потоки. Принцип мікроскопічної зворотності.
Теорема Онзагера. Поняття коефіцієнтів взаємності.
Теорема Пригожина, збереження рівня ентропії у біологічних системах, мінімальне зростання ентропії за рахунок незворотних процесів.
Принцип Ле Шателье для термодинамічно відкритих біологічних систем.
Стійкість систем у рівноважних станах, критерії термодинамічної рівноваги і стаціонарного стану. Методи визначення стійкості стаціонарних станів.

ІІ. Біофізика складних систем .
1. Кінетика біологічних прцесів.
Особливості кінетики біологічних процесів. Математичні моделі процесів у біосистемах.
Головні принципи будування математичних моделей біологічних систем Поняття адекватності моделі реальному біологічному об`єкту.
Стаціонарні стани біосистем. Стійкість стаціонарних станів, методи визначення стійких та нестійких стаціонарних станів.
Способи скорочення систем диференціальних рівнянь, що складають математичну модель. Принцип ієрархії у розгляданні біологічних процесів.
Способи скорочення кількості диференціальних рівнянь. Принцип мінімуму, або принцип вузького місця.
Наведіть приклади найбільш повільних реакцій та складових як керуючі, регулюючі етапи біологічних процесів.
Кінетика ферментативних процесів. Особливості кінетики ферментативних процесів.
Кінетика ферментативних процесів. Фермент – субстратні комплекси.
Кінетична модель ферментативного процесу з одним активним комплексом. Стаціонарна кінетика ферментативних процесів.
Головна умова стаціонарності ферментативного процесу. Поняття вільної та зв’язаної форми ферменту.
Рівняння Міхаеліса – Ментен. Загальні принципи аналізу складних ферментативних процесів.
Стаціонарна кінетика ферментативних процесів. Види інгибування ферментативних реакцій.
Умови конкурентного інгибування. Виведіть швидкість реакції з конкурентним інгибуванням.
Неконкурентне інгибування, алостеричні центри. Вплив алостеричних інгибіторів на стан активного центру фермента.
Безконкурентне інгибування. Особливості дії безконкурентних інгибіторів.
Графічний метод зворотних координат (Лайнуівера – Берка).
Використання теоріїї графів у ферментативній кінетиці.
Множинні стаціонарні стани на прикладі ферментативної системи із субстратним пригніченням.
Тригерні властивості ферментативних систем. Кинетичні особливості та біологічне значення миттєвих переходів з одного у інший стаціонарний стан.
Гистерезис у складних ферментативних ситемах. Силове і параметричне переключення тригеру. Кинетична “пам’ять” ферментативних систем, які володіють тригерними властивостями та гистерезисом.

ІІІ. Молекулярна біофізика.
Фізика макромолекул . Біополімерні ланцюги.
Від яких параметрів залежить конформаційна лабільність полімерів.
Повертово – ізомерна теорія. Енергетичні перепони під час внутрішньомолекулярного обертання. Ентропійна природа високої еластичності полімерів.
Статистична фізика біополімерів. Статистичний характер организації полімерів.
Персистентна довжина. Моделі жорстких полімерів з обмеженним обертанням навколо валентних кутів атомів основного ланцюга полімерної молекули.
Загальні поняття про фазові переходи у макромолекулах.
Об`ємні взаємодії та перетворення у макромолекулярній системі глобула – клубок.
Типи взаємодій у макромолекулах. Ван-дер-Ваальсові та електростатичні.
Умови існування клубка та глобули. Кількісна теорія кооперативних переходів спираль-клубок.
Енергія взаємодії мономерів у макромолекулярних ланцюгах. Близька та далека взаємодія між мономерами у регулярних синтетичних полімерах та біологічних макромолекулах.
Температурна денатурація макромолекул.
Кооперативні властивості макромолекул, поява якісно нових властивостей за рахунок міжмолекулярної взаємодії та конформаційних перебудов.
Структура білків. Головні механізми стабілізації нативної конформації біологічних макромолекул. Вандер-Ваальсові, електростатичні та гідрофобні взаємодії підтримують нативну конформацію макромолекул.
Головні механізми стабілізації біологічних макромолекул. Просторова организація білків. Особливості поліпептидів з переважною (-спиральною, (-складчастою та глобулярною конформацією.
Біологічно важливі наслідки іоного оточення макромолекул. Розчинення та висолювання полярних макромолекул.
Розчини макромолекулярних сполук і колоїдні системи. Механізм дії детергентів.
Взаємодія макромолекул у розчинах. Теорія Дебая - Хюккеля. Іонна сила розчину. Поняття дебаївської відстані.
Залежність величини сил притяжіння та відштовхування від іонної сили розчину, фізико-хімічних властивостей молекул розчинника. Преципітація макромолекул із розчинів шляхом підвищення іонної сили розчину.
Поняття “добрі” та “погані” розчинники у відношенні стискання та розбухання макромолекул. Седиментація біомолекул.
Методи визначення молекулярної ваги біополімерів.

Біопотенціали
Дзета – потенціал. Вплив фізико-хімічних властивостей протиіонів та молекул полярного розчинника на величину дзета-потенціалу.
Залежність величини дзета-потенціалу від відстані до щільного шару протиіонів. Електрофоретична рухомість макромолекул у розчинах.
Визначення електрофоретичної рухомості через значення дзета-потенціалу. На якій підставі значення електофоретичної рухомості не залежить від величини зовнішнього електричного поля.
Дифузійний потенціал.
Фазовий потенціал.
Мембраний потенціал.
Рівновага Доннана. Використання у біохімічних дослідженнях макромолекул.


ІV. Біофізика клітинних процесів.
Структурна організація біомембран. Біомолекули: ліпіди, вуглеводи, білки. Молекулярні взаємодії у мембрані.
Процеси формування мембраних структур. Гідрофобні моношари у полярному розчиннику. Механичні властивості мембраних структур.
Механізми руйнування липідного бішару. Рухливість молекулярних компонентів у мембранах.
Латеральна дифузія липідів та мембраних білків. Фліп-флоп переходи.
Штучні біслойні мембрани. Модельні мембрані системи.
Фазові переходи у мембранах. Викривлення просторової конфігурації вуглеводневих ланцюгів, поява гош-конформацій під час розплавлення жирнокислотних ланцюгів.
Особливості міжмолекулярних взаємодій у біологічних мембранах.
Транспорт речовин через біомембрани. Пасивний транспорт неелектролитів.
Проста дифузія.
Транспорт речовин через біомембрани. Полегшена дифузія. Головні характерні властивості полегшеної діфузії.
Обмінна дифузія. Особливості та біологічне значення обмінного транспорту у мембранах мітохондрій.
Приклади обмінної дифузії - транспорт АДР та АТР, транспорт неорганічного фосфату та проміжних продуктів циклу трикарбонових кислот.
Моделювання та дослідження іонної проникності. Мембраноактивні комплексони.
Валіноміцин – ефективна модель транспорту К+. Якими особливостями обумовлена вибірковість валіноміцину до К+. Механізм переносу іонів молекулою валіноміцину крізь гидрофобний шар липідів.
Граміцидін А. Формування гидрофільного каналу для іонів у ліпідному матриксі.
Аламецитин. Воротний механізм, який моделюється аламецитіном.
Використання мембраноактивних комплексонів у біомедичних дослідженнях. Активний транспорт іонів, моделі іоних каналів.
Електрокеруємі та хемокеруємі воротні механізми. Функція стану канала.
К+,Nа+-насос – важливий компонент для підтримки транасмембранного градієнту іонів. Особливості функціонування, різна спорідненість до іонів Na+ та К+ компонентів каналу у ході конформаційних змін.
Мембраний потенціал. Природа мембраного потенціалу. Рівняння Нернста.
Потенціал дії. Метод фіксації потенціалу. Зміни провідності для іонів К+ та Na+ при з’явленні потенціалу дії. Особливості регуляції К+ та Nа+ струмів.
Розповсюдження потенціалу дії. Локальні струми та сальтаторне проведення збудження.
Фактори, які впливають на швидкість розповсюдження імпульса.
Пасивні електричні явища у біоструктурах. Види полярізації у біоструктурах. Електропроводність біосистем для постійного струму.
Електрорушійна сила поляризації є функцією часу. Диелектричні властивості біологічніх об’єктів.
Види поляризації, що роблять головний внесок у загальне значення електрорушійної сили, яка має напрямок протилежний зовнішньому електричному полю.
Визначення явищ поляризації через диелектричну проникливість.
Електропроводність клитин і тканин для змінного струму. Дисперсія імпедансу, електропроводність цитоплазми, плазматичних мембран, міжклітинного простору. Електрична ємність біологічних об’єктів. Статична ємність біологічних мембран.
Залежність опору та ємності біооб`єктів від структурних особливостей. Залежність імпедансу біологічних систем від частоти зовнішнього елктричного поля змінного струму.
Значення методу дослідження імпедансу для характеристики фізіологічного стану біосистеми.
Біофізика скоротливих процесів. Загальна характеристика механохімічних процесів. Циклічність процесів перетворення енергії метаболічних шляхів у механічну.
Структурна організація м`язових фібрил. Головні властивості міофібрил як механохімічного перетворювача енергії.
Біолюмінісценція різних за еволюційним положенням біологічних видів. Молекулярні механізми та використання у біомедичних дослідженнях хеміолюмінісценції.
Сенсорні системи. Загальні принципи і закономірності рецепторів.
Особливості гормональної рецепції.
Загальні принципи хеморецепції.
Основи радіаційної біофізики. Взаємодія іонізуючого опромінення з динамічними відкритими біосистемами.
Влив опромінення на біологічні структури, пошкодження плазматичної мембрани, генетичного апарату, порушення важливих метаболічних шляхів.


Приклади задач:
Вивести швидкість ферментативного процесу якщо інгибітор може зв’язуватись лише з фермент-субстратним комплексом (бажано використання теорії графів). Доведіть, що при таких умовах змінюються максимальна швидкість реакції та Км.
Вивести швидкість ферментативного процесу, якщо неконкурентним інгибітором є сам субстрат цієї реакції (можливо використання теорії графів). Визначити які значення керуючого параметра відповідають стійки та нестійки стаціонарні стани (бажано визначити стійкість стаціонарного стану за знаком похідної).
Вивести швидкість ферментативного процесу для випадку конкурентного інгибування через систему диференційних рівнянь. Доведіть, що присутність інгибітору впливає на величину Км.
Доведіть, що у випадку ферментативного процесу з субстратним пригніченням можливі множинні стаціонарні стани, можливі переключення між стійкими стаціонарними станами а також “кинетична пам’ять” процесу.
Від яких параметрів залежить швидкість розповсюдження потенціалу дії. Наведіть експериментальні приклади гальмування та прискорення швідкості розповсюдження потенйіалу дії.











13PAGE 15


13PAGE 14415




Заголовок 1 Заголовок 215Основний шрифт абзацуЗвичайна таблиця Немає спискуОсновний текстВерхній колонтитулНомер сторінкиz z

Приложенные файлы

  • doc 24057490
    Размер файла: 54 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий