Лекция 1

Место биофизики в естествознании. Методы и направления

современной биофизики.

•Биофизика определяется как физика явлений жизни, изучаемых на

•всех уровнях ,начиная с молекул и клеток.

•Несмотря на чрезвычайную сложность физ –хим строения организма ,

•оказывается возможным подойти к пониманию его

•строения на молекулярном уровне организации,

•изучив свойства сравнительно немногих классов

•органических соединений ( аминокислоты ,белки , нуклеиновые кислоты).

•Специфика живого впервые проявляется на молекулярном уровне. Современный этап развития биофизики начался по существу с выдающихся открытий Л.Полингом пространственной структуры белка и Д. Уотсоном и Ф.Криком знаменитой спирали жизни ---двойной спирали ДНК.

•Как вам известно клетка –структурная и функциональная единица живого.(Шлейден ,Шванн)

•Основу структурной организации клетки составляют мембраны(блм) ---тонкие пограничные структуры молекулярных размеров ,расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц. Основу (матрицу) мембраны формируют фосфолипидные молекулы, каждая из которых имеет полярную голову и неполярный хвост. Головы фосфолипидных молекул содержат фосфатные и холиновые группы и поэтому полярны, хорошо контактируют с молекулами воды(гидрофильны) хвосты неполярные СН цепи жирных кислот (14-24 атома углерода) гидрофобны В водном растворе молекулы фосфолипидов самопроизвольно собираются и образуют двойной слой(бислой), при этом гидрофильные головы обращены к воде а гидрофобные хвосты напралены друг к другу и вытесняют из внутренней области молекулы воды Толщина пипидного бислоя 4-5 нм.

•Биофизику условно подразделяют на 3 области : молекулярная биофизика, биофизика клетки, биофизика сложных систем .Молекулярная биофизика изучает строение и физ-хим свойства функциональных молекул—прежде всего белков и нуклеиновых кислот.

•Главные задачи молекулярной биофизики относятся к структуре молекул и их функциональности. Теоретический аппарат –термодинамика , статист

.механика, квантовая механика

•Молекулярная биофизика естественно переходит в биофизику клетки, изучает строение и функциональность клеточных и тканевых систем.

•Главные задачи : физика биологических мембран и биоэнергетических процессов. Биофизика клетки включает ---изучение генерации и распространения нервного импульса , мышечного сокращения , фотобиологические явления ( фотосинтез ,рецепция света .зрение), биофизику органов чувств –физ. и физ- хим механизмы восприятия специфических раздражителей рецепторами человека ( на квантовом , молекулярном, клеточном уровнях).

•Биофизика сложных систем— преимущественно теоретическая область биофизики, посвящённая рассмотрению общих проблем и физ – мат моделированию биологических процессов.

•Методы современной биофизики должны сочетать : высокую чувствительность и большую точность, поэтому прежде всего используют достижения современной электроники и оптические методы спектроскопии (ЯМР,ЭПР)

•Специфика живого впервые проявляется на молекулярном уровне. Современный этап развития биофизики начался по существу с выдающихся открытий Л.Полингом пространственной структуры белка и Д. Уотсоном и Ф.Криком знаменитой спирали жизни ---двойной спирали ДНК.

•Как вам известно клетка –структурная и функциональная единица живого.(Шлейден ,Шванн)

•Основу структурной организации клетки составляют мембраны(блм) ---тонкие пограничные структуры молекулярных размеров ,расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц. Основу (матрицу) мембраны формируют фосфолипидные молекулы, каждая из которых имеет полярную голову и неполярный хвост. Головы фосфолипидных молекул содержат фосфатные и холиновые группы и поэтому полярны, хорошо контактируют с молекулами воды(гидрофильны) хвосты неполярные СН цепи жирных кислот (14-24 атома углерода) гидрофобны В водном растворе молекулы фосфолипидов самопроизвольно собираются и образуют двойной слой(бислой), при этом гидрофильные головы обращены к воде а гидрофобные хвосты напралены друг к другу и вытесняют из внутренней области молекулы воды Толщина пипидного бислоя 4-5 нм.

Основные разделы.

•Молекулярная бииофизика ---изучает строение и физ. свойства молекул, -входящих в состав организма--- прежде всего белков и нуклеиновых кислот. Основная проблема заключается в том, чтобы раскрыть природу взаимодействия атомных групп, определяющих конформационные особенности биологических макромолекул и механизм функционирования их в живых системах.

•2.Биофизика мембранных процессов или биофизика клетки изучает такие функциональные проявления клеток как генерация возбуждения( нервный импульс) и биопотенциалы

•(кардиография), процесс транспорта веществ через мембраны.

•3.Биофизика фотобиологических процессов. Изучает механизмы фотоэнергетических и фоторецепторных систем (зрение), выясняет роль и механизмы участия электронно –возбуждённых состояний в биол.процессах.

•4.Биофизика органов чувств—изучает функционирование этих систем в физ. и биол. аспектах и исследует превращение энергии , которое происходит при восприятии внешних раздражений (органы зрения ,слуха и др….)

•Бислойное расположение фосфолипидов и прсутствие в мембранах белков были подтверждены методами рентгеноструктурного анализа,а также определены важные структурные параметры мембраны (толщина 7-9 нм, 4- 13нм). Использование рентгеновского излучения для анализа мембранных структур, что длина волны излучения сопоставима с размером объекта (0,00001- 80 нм).

•Наблюдать структуру мембраны в обычный оптическйий микроскоп невозможно ,т.к

.предел разрешения 200 нм,значительно превышает размеры мембраны. Поэтому для исследования структуры мембраны используется электронная микроскопия, которая даёт значительно большие увеличения и предел разрешения достигает 0,1нм. Люминесцентные методы исследования---используют флюоресцентные метки,которые связываются с исследуемыми молекулами и позволяют визуализировать многие процессы. Анализ даёт возможность исследовать подвижность молекул фосфолипидов в мембране,оценить вязкость липидной фазы мембраны.

Функции

мембран