1. Предмет и задачи биофизики. Биологические и физиологические процессы и закономерности в живых системах. Принципы автоматической регуляции в живых системах.

Биофизика – наука, изучающая физ.явления и свойства, важные для функционирования биосистемы и использующая для этого экспериментальные и теоретические методы физики, химии и мат.аппарат.

Основные направления биофизики:

- Молекулярная биофизика – физ.структура, св-ва биологически важных молекул, физ.процессы, обеспечивающие функционирование.

- Биофизика клетки – физико-химические свойства клеточных и субклеточных структур.

- Биофизика органов и чувств – рецепторные механизмы и т.д.

- Биофизика сложных систем – межклеточные взаимодействия, механизмы систем.

- Факторы воздействия внешней среды а организм.

Характеристики биосистемы (процессы):

- Неоднородная система (гетерогенная) – любая живая система.

- Биообъект – открытая система. Всегда происходит обменэнергии между системой и веществом.

- Живые системы находятся в стационарном состоянии, но это не равновесное состояние.

- Адаптация

- Самовоспроизводство

- Тонкие механизмы саморегулирования

Биологические системы обладают свойствами саморегуляции, то есть способностью перестраиваться в зависимости от внешних воздействий так, чтобы сохранился оптимальный уровень их функционирования.

Существуют различные способы регуляции жизнедеятельности клетки, которые можно условно отнести к генетическому, биохимическому и физиологическому уровням регуляции. В пределах каждого из них действуют механизмы, в основе которых лежит последовательность конкретных метаболических процессов. Понять динамические свойства этих регуляторных механизмов можно лишь на основе общесистемного подхода, рассматривающего поведение каждого из элементов сложной системы как результат его взаимодействия с остальными элементами. Одним из наиболее развитых подходов для решения этой проблемы в современной биофизике является математическое моделировании)

2. Основные особенности кинетики биологических процессов. Описание динамики биологических процессов на языке химической кинетики.

Кинетика биологических процессов - изучает поведение во времени самых разнообразных процессов, присущих различным условиям живой материи биохимические превращения в клетке, генерацию электрического потенциала на биологических мембранах, биологические ритмы, процессы накопления биомассы или размножения вида, взаимодействия популяций живых организмов в биоценозах.

химическая кинетика—учение о скоростях и механизмах химических реакций, основанное на законе действующих масс.

центральным объектом кинетического изучения является движение биологического вещества. Временное описание этого процесса—важнейшая сторона биологической кинетики. Не менее существенной частью является пространственная организация живой материи в открытых биологических системах. На передний план выдвигается поведение системы в целом.

При описании любого явления переноса обобщенными координатами (x_i) скорость процесса выражают в виде производной соответствующей обобщенной координаты по времени (dx_i/dt)

Во многих случаях скорости процессов прямо пропорциональны соответствующим обобщенным силам (X_i), характеризующим причины возникновения соответствующего процесса: dx_i/dt=A_i ·X_i Это уравнение показывает многие процессы: диффузия, перенос заряда, биоперенос, теплоперенос.

В процессе теплопроводности dQ/dt=A_QgradТ, где A_Q = К·s, К—коэффициент теплопроводности, s — площадь, через которую переносится тепло.

Скорость химической реакции, dν /dt=A_μ·μ_x, где A_μ - Коэффициент хим.сродства

Движении электрических зарядов dq/dt = A_э·gradU= A_э·E, где A_э = σ ·s.

Диффузия dm/dt=-D·s·(C₁-C₂)/l, где D — коэффициент диффузии.

Или dm/dt=A_D·gradC – уравнение Фика.

В частности, между разными одновременно текущими процессами происходит обмен энергией. Такие процессы принято называть термодинамически сопряженными.

В результате сопряжения скорость каждого процесса будет зависеть не только от «своей» обобщенной силы, но и от всех обобщенных сил, действующих в системе. уравнения переноса записываются в такой форме:

dx₁/dt=A₁₁·X₁+A₁₂·X₂+…+A_1n·X_n,

dx₂/dt=A₂₁·X₁+A₂₂·X₂+…+A_2n·X_n,

dx_n/dt=A_n1·X₁+A_n2·X₂+…+A_nn·X_n.

Транспорт веществ через клеточные мембраны также осуществляется благодаря термодинамическому сопряжению разнообразных процессов

dm/dt=A₁₁gradC+A₁₂gradU+A₁₃_x;

dq/dt=A₂₁gradC+A₂₂gradU+A₂₃_x;

d/dt=A₃₁gradC+A₃₂gradU+A₃₃_x.Величины коэффициентов A_ik можно определить расчетным путем или экспериментально.