- •Вопросы к экзамену по биофизике, 2017: Дата: 3 июня, суббота!
- •1. Биофизика как наука. Предмет, задачи и объект исследования биофизики. Философские проблемы биофизики.
- •2. История становления биофизики как науки. Методы изучения в биофизике.
- •3. Термодинамические (тд) системы. Параметры состояния.
- •4. Внутренняя энергия, работа и тепло.
- •5. Обратимые и необратимые процессы.
- •6. Понятие термодинамического равновесия. Равновесные и неравновесные системы.
- •7. Первый закон термодинамики. История открытия. Формулировка, физический и биологический смысл.
- •8. Термодинамические функции состояния (термодинамический потенциал). Свободная энергия Гиббса. Примеры использования термодинамических представлений.
- •9. Энтальпия. Закон Гесса. Примеры использования в биологических системах.
- •Виды теплоты, теплопродукция. Удельная теплопродукция. Примеры.
- •11.Второе начало термодинамики. История открытия. Формулировка, физический и биологический смысл.
- •12. Энтропия. Свойства энтропии. Её физический и биологический смысл с позиций термодинамики и молекулярной физики.
- •13. Изменение энтропии в открытых системах. Определение скорости продукции энтропии в открытых системах.
- •Работоспособность биологических систем. Градиенты.
- •Баланс энтропии при росте и развитии организмов.
- •Сравнительная характеристика стационарного состояния и термодинамического равновесия.
- •18. Характеристики устойчивого и неустойчивого стационарного состояния системы. Диссипативная структура.
- •19. Скорость продуцирования энтропии вблизи стационарного состояния системы. Теорема Пригожина.
- •20. Общие свойства систем вблизи от термодинамического равновесия. Общие свойства систем вдали от термодинамического равновесия.
- •Флуктуации в термодинамической системе. Свойства и значения флуктуаций вблизи и вдали от термодинамического равновесия.
- •22. Феномен белка в биофизике. Уникальность строения и свойств белка.
- •23.Фибриллярные белки. Мембранные белки. Глобулярные белки. Характеристика, примеры.
- •24. Элементарные взаимодействия в белках: ковалентные, координационные связи в белках.
- •25. Силы Ван-дер-Ваальса, характеристика, примеры на белковых молекулах.
- •26. Энергия Ван-дер-Ваальсова взаимодействия: взаимодействие сил отталкивания и притяжения в белках, формула Леннард-Джонса.
- •Элементарные взаимодействия в белках: водородные связи, их характеристика.
- •Элементарные взаимодействия в белках: гидрофобные взаимодействия, их характеристика.
- •29. Первичная структура белка. Пептидная связь и её свойства. Пространственная конфигурация полипептидной цепи. Факторы её определяющие.
- •Вторичная структура белка. Типы вторичной структуры, их особенности.
- •31. Третичная структура белка, характеристика. Четвертичная структура белка, характеристика, отличия от агрегатов.
- •32. Общие закономерности, наблюдаемые в структуре белков. Мотивы укладки. Термодинамические характеристики образования структур белковых молекул.
- •33. Физическая теория фазовых переходов. Понятие фазового перехода. Типы фазовых переходов. Образование и разрушение пространственной структуры белка с позиции теории фазовых переходов.
- •34.Денатурация белка. Термодинамическая характеристика денатурации. Этапы денатурации белка. Механизмы денатурации. Способы денатурации. Ренатурация.
- •35. Строение атома, теории Томсона, Резерфорда. Первый и второй постулаты Бора. Атомные спектры.
- •Фотофизические и фотохимические превращения биосистем. Классификация фотобиологических процессов.
- •37. Физические аспекты поглощения света молекулами вещества при протекании фотобиологических процессов. Особенности строения хроматофорных групп, типы электронных переходов.
- •38. Фотофизическая дезактивация электронно-возбужденной молекулы. Типы. Характеристика.
- •39. Люминесценция. Фосфоресценция, флуоресценция. Классификация видов люминесценции в зависимости от вида возбуждения.
- •40. Механизмы люминесценции. Возможные варианты протекания этого процесса. Правило Стокса. Энергетический выход, закон Вавилова.
- •Применение люминесценции в биологии и медицине.
- •Лазеры. Типы лазеров. Определение. Принцип действия лазера. Инверсная нацеленность. Активная среда. Системы возбуждения.
- •43. Особенности лазерного излучения.
- •Первичные механизмы и биологическое действие лазерного излучения.
- •45. Изменения свойств ткани и ее температуры под действием непрерывного мощного лазерного излучения. Фазы.
- •46.Использование лазерного излучения. Лазерная диагностика. Лазерное излучение в биологии, в терапии и хирургии.
- •47.Рентгеновское излучение. Общие понятия, история открытия. Источники рентгеновского излучения.
- •48. Тормозное рентгеновское излучение, характеристика. Спектр тормозного рентгеновского излучения.
- •49. Характеристическое рентгеновское излучение, характеристика. Спектр характеристического рентгеновского излучения. Закон Мозли.
- •50. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Закон ослабления. Физические основы использования рентгеновского излучения в биологии и медицине.
- •51. Радиоактивность. История открытия. Основной закон радиоактивного распада. Постоянная распада. Период полураспада. Активность.
- •52. Основные виды радиоактивного распада. Характеристика.
- •53.Количественные характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом (линейная тормозная способность вещества, линейная плотность ионизации, средний линейный пробег).
- •54. Биофизические основы действия ионизирующего излучения. Основные стадии. Общие закономерности биологической стадии.
- •55. Естественная и искусственная радиоактивность. Примеры.
- •Биологические эффекты доз облучения, предельные дозы.
38. Фотофизическая дезактивация электронно-возбужденной молекулы. Типы. Характеристика.
Ф
отофизическая
дезактивация электронно-возбужденной
молекулыможет реализоваться различными
путями S0→S1(синглетное
состояние) S2
(стрелочки в разные стороны через 1
пустой квадратик)(направление спина
остается тем же). Время жизни ~10-8-10-9с
Затем происходит отдача избыточной энергии окр. среде. Все молекулы переходят на низший колебательный уровень S0. 1) Безизлучательный переход – тепловая диссипация. 2) Флуорисценция – излучательный переход – свет. 3) Фотохимическая реакция – продукт. 4) Передача Е другой молекуле (трение?). 5) Переход в триплетное возбужденное состояние – интеркомбинационная конверсия – переход ē с превращением спина (стрелочки в одну сторону). Требует большого вложения Е, активация Е барьеров. Переход из триплетного (Т) в S0запрещен или затруднен. Требуется конверсия. Нужна Е и время (~10-4 – 10 с). При дезактивации: 1) безизлучательный переход в S0с образованием спина ē (↑t). 2) Испускание кванта фосфорисценции. 3) Фотохимическая реакция с образованием фотопродукта. 4) Передача Е возбуждения другой молекуле.
Люминесценция – это спонтанное излучение тела, избыточное при данной t тела над тепловым излучением, длительность кот. превышает период световых волн. Период св. волн ~ 10-15c, а длительность min 10-10. Видимый свет, УФ, ИК. Люминесцировать тело может при любой температуре. Вещества, способные люминесцировать – люменофоры. По виду возбуждения (телу не обязательно возбуждаться от света): фосфолюминесценция, рентгенлюминесценция, радиолюминесценция, электролюминесценция, хемолюминесценция (хим. реакция), биолюминесценция (реакции Ох в живых системах), катодолюминесценция (кинескопы, асцилографы), триболюминесценция (разрушение кристаллических тел.
39. Люминесценция. Фосфоресценция, флуоресценция. Классификация видов люминесценции в зависимости от вида возбуждения.
Люминесценция – спонтанное излучение тепла, избыточное при данной температуре тела над тепловым излучением, длительность которого значительно превышает период световых волн. Период световых волн составляет 10-15 c, а длительность люминесценции как минимум - 10-10 c. Типы люминесценции по длительности свечения:
Флуоресценция (10-8 с)- быстрое свечение, кратковременное, остаточное -излучательный переход возбужденного электрона из синглетного состояния S1 в основное состояние S0
Фосфоресценция (10-3 – 10-4 с и более) – длительное свечение, продолжительное -излучательный переход возбужденного электрона из триплетного состояния T1 в основное состояние S0.
а) ν люм = ν б) ν люм ˂ ν в) ν люм ˃ ν
Основной энергетической характеристикой люминесценции является ее энергетический выход η - отношение энергии, которая люминофором излучается, к энергии, которую люминофор поглощает: η = E/E0
Люминесцентный анализ по методике исследования делится на:
макроанализ
микроанализ
флуоресцентные зонды и метки.
Также люминесценцию используют для создания осветительной и регистрирующей аппаратуры (лампы дневного света, экран осциллографа).
Классиф. по виду возбуждения:
▪Фотолюминесценция
▪Рентгенолюминесценция
▪Радиолюминесценция
▪Катодолюминесценция
▪Электролюминесценция
▪Хемилюминесценция
▪Биолюминесценция
Механизм биохемилюминесценции определяется реакциями окисления.
В биологических системах хемилюминисценция возникает при рекомбинации перекисных свободных радикалов липидов.
