- •1. Биофизика как наука. Современные достижения биофизики и их значения для биологии и медицины.
- •2. Первое, второе и третье начало термодинамики.
- •3. Термодинамика биологической системы.
- •4. Энтропия. Энтропия и вероятность, скорость продукции энтропии. Соотношение Онзагера между потоком и движущей силой есть взаимосвязь.
- •5. Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Ньютоновские и неньютоновские жидкости (на примере крови).
- •6. Течение вязкой жидкости по трубам. Уравнение Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.
- •7. Ламинарное и турбулентное течение жидкости, число Рейнольдса.
- •9. Строение стенок сосудов и их механические свойства. Закон Лапласа, уравнение Ламе. Функциональные группы сосудов.
- •10. Факторы, обеспечивающие движение крови по кровеносным сосудам. Влияние эластических свойств на гемодинамику. Роль эффекта компрессионной камеры.
- •11. Работа и мощность сердца.
- •12. Пульсовые колебания скорости кровотока. Пульсовые колебания давления. Пульсовая волна. Уравнение для гармонических пульсов волны. Скорость пульсов волны.
- •13. Гидравлическое сопротивление в различных отделах кровеносной системы. Объемная и линейная скорость кровотока в зависимости от поперечного сечения сосудов.
- •14. Электрическая модель сердца.
- •16. Мембранология как наука. Определение понятия биологическая мембрана. Функции мембраны. Современная жидко – кристаллическая мозаичная модель мембраны.
- •17. Химический состав мембран. Липидные и белковые компоненты. Структура молекулы фосфолипида. Вода, как структурный компонент мембраны.
- •18. Поляриметр. Его устройство и принцип работы. Использование поляриметра для определения концентрации оптически активных веществ.
- •19. Текучесть липидного бислоя. Микровязкость мембран. Уравнения Стокса – Эйнштейна. Фазовые переходы в мембране. Значимость жидко – кристаллического состояния мембран для их функционирования.
- •20. Модельные мембранные системы. Использование липосом для транспорта лекарственных веществ.
- •21. Электронная микроскопия в исследовании биологических мембран. Устройство электронного микроскопа. Метод замораживания – скалывания, замораживания – травления.
- •22. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии. Применение его для изучения фазовых переходов в биологических мембранах.
- •23. Мембранный транспорт. Виды мембранного транспорта и их особенности.
- •24. Пассивный транспорт неэлектролитов – обычная диффузия. Уравнение Фика.
- •25. Облегченная диффузия. Кинетическая схема транспорта незаряженных частиц с учетом переносчика. Уравнение облегченной диффузии.
- •26. Возможные схемы прохождения ионов через мембраны клеток. Основные подходы для описания транспорта ионов. Структура ионных каналов.
- •27. Пассивный транспорт. Уравнение Теорелла, Нернста – Планка.
- •29. Активный транспорт ионов Ca и н. Значимость ионных градиентов, создаваемых системами активного транспорта, для жизнедеятельности клетки.
- •30. Физические принципы вторично – активного транспорта. Аминокислот, сахаров, Na – Ca – обмен.
- •31. Мембранный потенциал. Методы измерения мембранного потенциала. Микроэлектродная техника.
- •32. Возникновение потенциала покоя. Гипотеза Бернштейна. Уравнение Нернста. Уравнение Гольдмана – Ходжами – Катца. Эквивалентная электрическая схема мембраны.
- •33. Потенциал действия – изменение проницаемости мембраны для ионов Na и k при генерировании потенциального действия.
- •34. Потенциал зависимые ионные каналы мембраны для k и Na. Структура, особенности функции. Изменение проницаемости мембраны для k и Na в различные фазы потенциального действия.
- •35. Свойства потенциала. Действия и его биологическое значение. Распределение нервного импульса по нервному волокну.
17. Химический состав мембран. Липидные и белковые компоненты. Структура молекулы фосфолипида. Вода, как структурный компонент мембраны.
Липиды:
1). Фосфолипиды – 60.
2). Гликолипиды – 10.
3). Стероиды – 30.
Фосфолипиды: глицерофосфолипиды, сфинголипиды. Липиды представлены гидрофильной полярной головкой и гидрофобным неполярным хвостом. Головка липида отрицательно, либо нейтрально заряжена, в хвосте изгибы – затрудняют гидрофобность. В молекуле фосфолипидов 2 типа взаимодействия: электростатическое (между головкой), и гидрофобное (между хвостом). Формирование липидной основы мембран – процесс самосбора липидов в водном окружении. Образуются замкнутые структуры (везикулы), гидрофобные хвосты не соприкасаются с водой. В плоскости липидного бислоя существует множество зон, отличающихся друг от друга по жидкости. Липиды формируют подложку для белков, активируют субстрат ферментом, стабилизируют глобулу белка, в активной конформации, организовывают мультиферментные комплексы. Белки:
1). Интегральные.
2). Трансмембранные.
3). Периферические.
Функции белков: избирательная проницаемость, насосы (против градиента концентрации), рецепторная, ферменты и антигены.
18. Поляриметр. Его устройство и принцип работы. Использование поляриметра для определения концентрации оптически активных веществ.
Вращение плоскости поляризации – поворот плоскости поляризации плоскополяризованного света при прохождении через вещество. Вещества обладают таким свойством: оптически активные (кварц, киноварь, скипидар, никотин, раствор сахара), в растворах угол α поворота плоской поляризации пропорционален пути l луча в растворе и концентрации C раствора: α = [α0 ] C l, где [α0 ] – удельное вращение. Зависит от природы вещества и температуры, обратно пропорционален квадрату длины волны, численно равно увеличению в 100 раз углу поворота плоскополяризованного слоем раствора тому 10см. при концентрации вещества 1г. на 100 см. кубических, температуре = 20 градусов по Цельсию, λ = 589нм. При пропускании поляризованного света через раствор оптически активных веществ плоско поляризованных волн различной длины будет поворачиваться на различные углы. Если между поляризатором и анализатором поместить кювету с раствором активного вещества, то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить полностью затемненное поле зрения, необходимо анализатор повернуть на угол меньше α поворота плоскости поляризации света при прохождении через кювету с раствором. Зная удельное вращение вещества и длину кюветы, можно определить концентрацию раствора: C = α/ [α0]l, Схема – 1. Поляриметрия широко используется в медицине и биологии (для определения оптически активных сывороток белков с целью диагностики рака), в клинической практике (количественное содержание сахара в моче – используют сахариметр).
19. Текучесть липидного бислоя. Микровязкость мембран. Уравнения Стокса – Эйнштейна. Фазовые переходы в мембране. Значимость жидко – кристаллического состояния мембран для их функционирования.
Липидная фаза мембран при физиологических условиях находится в жидком агрегатном состоянии. Доказательства: флуоресцентный анализ, электронный резонанс и другие. Микровязкость мембран – вязкость липидной фазы мембран. Высокая подвижность липидных молекул обуславливает латеральную (боковую) диффузию – хаотическое тепловое перемещение молекул липидов и белков в плоскости мембраны. Среднее квадратическое перемещение Sкв. молекул при диффузии за время t можно оценить по формуле Эйнштейна – Стокса: Sкв. = 2√ Dt, где D – коэффициент латеральной диффузии, ή = kБ T(6πDr), где ή – вязкость, r – радиус молекулы. Флип – флоп – диффузия молекул мембранных фосфолипидов поперек мембраны. Совершается значительно медленнее, чем перескоки при латеральной диффузии. Сочетание латеральной диффузии и диффузии флип – флоп имеет значение для матричной функции мембраны (обеспечивает определенное взаимное расположение и ориентацию мембранных белков, обеспечивает их оптимальное взаимодействие), затрудненный переход поперек мембран обеспечивает упорядоченность в молекулярной структуре, направленный перенос веществ через мембрану. Жидкокристаллические структуры очень чувствительны к изменению температуры, плотности, химическому составу. Это определяет динамичность липидных слоев. При изменении условий вещество переходит из фазного состояния в другое. Фазовый переход 1 – го рода (приуменьшении температуры) – из жидкокристаллического в гель (твердокристаллическое). В живых системах при уменьшении температуры окружающей среды происходят адаптационные изменения состава мембран, обеспечивает уменьшение температуры фазового перехода (увеличение числа ненасыщенных связей в жидкокристаллических хвостах) При фазовом переходе образуется сквозные каналы, увеличивается ионная проводимость.