федеральное агенство здравоохранения и социального развития

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный медицинский университет

Лекции по Биофизике

Учебное пособие

Томск 2007

УДК: 577.3(042)(075)

ББК: E901я7

Л: 436

М.Б.Баскаков, Л.В.Капилевич, И.В.Ковалев, И.В.Петрова, Т.А.Бородина, А.В.Носарев, Е.Ю.Дьякова. Лекции по биофизике: Учебное пособие.– Томск, 2007. – 136 с.

В учебном пособии излагаются теоретические основы биофизики. Рассматриваются термодинамика и кинетика биологических процессов, фотобиология, молекулярная биофизика, структура и функции биомембран, биофизика электровозбудимых тканей, биофизика сокращения, биофизика внутренних органов.

Пособие содержит ситуационные задачи и тестовые задания по всем разделам биофизики.

Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальностям 040800-Медицинская биохимия, 040900-Медицинская биофизика, 041000-Медицинская кибернетика.

Рецензенты:

Барбараш Н.А.	доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой нормальной физиологии Кемеровской государственной медицинской академии.
Россиев Д.А.	доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой медицинской информатики и инновационных технологий Красноярской государственной медицинской академии.

Утверждено и рекомендовано к печати учебно-методической комиссией медико-биологического факультета (протокол №___ от _________) и центральным методическим советом СибГМУ (протокол № ___ от 21.12.2004)

© Сибирский государственный медицинский университет, 2007

Содержание

ВВЕДЕНИЕ В БИОФИЗИКУ 6

I. Термодинамика биологических процессов 10

Основные понятия термодинамики. 10

Законы термодинамики 11

Неравновесная термодинамика 15

II. Кинетика биологических процессов 20

Введение 20

Молекулярность и порядок реакции 20

Кинетика реакции нулевого порядка 21

Кинетика прямой реакции первого порядка 21

Кинетика обратимой реакции первого порядка 21

Кинетика реакции второго порядка 22

Сложные реакции 23

Зависимость скорости реакции от температуры 25

Кинетика ферментативного катализа 26

III. Квантовая биофизика 32

Классификация и стадии фотобиологических процессов 32

Природа света и его физические характеристики. Понятие кванта. Орбитальная структура атомов и молекул и энергетические уровни. 33

Взаимодействие света с веществом 34

Пути размена энергии возбужденного состояния молекулы 35

Люминесценция (флюоресценция и фосфоресценция), ее механизмы, законы и методы исследования. 35

Миграция энергии. Виды и условия миграции. Правила Ферстера 37

Фотохимические реакции. Законы фотохимии 38

IV. МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА 39

Предмет молекулярной биофизики 39

Методы исследования биомакромолекул 39

Силы внутримолекулярного взаимодействия биомакромолекул 45

Пространственная структура белка 48

V. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БИОМЕМБРАН 50

Введение 50

Функции биологических мембран 50

Химический состав мембран 51

Липид-липидные взаимодействия. Динамика липидов в мембране 53

Белки мембраны и их функции 55

Модель биологических мембран 56

Сигнальная функция биологических мембран 58

VI. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ 61

Классификация видов транспорта 62

Методы изучения транспорта 63

Пассивный транспорт и его виды 63

Активный транспорт 67

VII. ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 69

Общие положения 69

Действие постоянного электрического тока на биологические объекты. ЭДС поляризации 70

Статическая и поляризационная емкость 71

Виды поляризации в биологических тканях 72

Проводимость биологических объектов для переменного тока 72

VIII. БИОФИЗИКА ЭЛЕКТРОВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ. ЭЛЕКТРОГЕНЕЗ 76

Общие положения 76

Электродный потенциал 76

Диффузионный потенциал 77

Доннановское равновесие 77

Ионная теория электрогенеза Бернштейна 78

Теория постоянного поля и потенциал покоя (ПП) 79

Потенциал действия (ПД) 81

Современные методы регистрации биопотенциалов 81

Ионная природа потенциала действия (ПД). Формальное описание ионных токов 83

Проведение возбуждение по нервным волокнам 88

IX. БИОФИЗИКА СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ 92

Общие положения 92

Электрические синапсы 93

Химический синапс 93

X. БИОФИЗИКА СОКРАЩЕНИЯ 97

Введение 97

Скелетные мышцы 97

Молекулярные механизмы мышечного сокращения 100

Биомеханика скелетной мышцы 101

Миокард 103

Гладкая мускулатура 110

XI. БИОФИЗИКА КРОВООБРАЩЕНИЯ 117

Введение. Классификация сосудистого русла 117

Энергетика кровообращения 118

Основные положения гемодинамики. Закона Гагена –Пуазейля 119

Применимость закона Гагена –Пуазейля 120

XII.БИОФИЗИКА ДЫХАНИЯ 121

Введение 121

Основные объемы и емкости легкого 121

Основной уравнение биомеханики дыхания. Уравнение Родера 123

Работа дыхания 125

XIII. БИОФИЗИКА ВСАСЫВАНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ 126

Введение 126

Ассиметричный эпителий и его функции 126

Методы изучения трансцеллюлярного транспорта. 128

XIV. БИОФИЗИКА АНАЛИЗАТОРОВ 129

Общие положения 129

Орган зрения 130

Орган слуха 132

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 135