Вопросы для сдачи экзамена по Биофизике 1. Предмет и задачи биофизики. 2. Основы микродозиметрии ионизирующих излучений. 3. Записать алгоритм расчета доверительного интервала. 4. Методологические вопросы биофизики. История развития отечественной биофизики. 5. Первичные процессы поглощения энергии ионизирующих излучений.
6. Охарактеризовать программу расчета доверительного интервала. 7. Основные особенности кинетики биологических процессов. 8. Общая характеристика процессов поглощения энергии различных видов ионизирующей радиации. 9. Записать и охарактеризовать модель роста массы человека 10. Математические модели. Принципы построения математических моделей биологических систем.
11. Механизмы поглощения рентгеновского и гамма- излучений, нейтронов, ускоренных заряженных частиц. 12. Записать программу расчета массы и роста человека. 13. Динамические модели биологических процессов. Линейные и нелинейные процессы. 14. Относительная биологическая эффективность различных видов ионизирующей радиации. 15. Записать уравнение реакции 1-го и 2-го порядка.
Как определить константу химической реакции из эксперимента 16. Методы качественной теории дифференциальных уравнений в анализе динамических свойств биологических процессов. 17. Действие ионизирующих излучений на многоклеточный организм. 18. Нарисовать принципиальную схему для определения электроемкости биомембран. 19. Понятие о фазовой плоскости. Стационарные состояния биологических систем.
Устойчивость стационарных состояний. 20. Особенности и механизмы фотоэнергетических реакций бактериородопсина и пигмента родопсина 21. Нарисовать простейшие эквивалентные схемы биообъектов. 22. Кинетика ферментативных реакций. 23. ДНК как основная внутриклеточная мишень при летальном действии ультрафиолетового света. Эффекты фоторепарации и фотозащиты. 24. В чем сущность метода определения электроемкости при замыкании на сопротивление 25.
Колебательные процессы в биологии. Автоколебательные процессы. 26. Структурная организация и функционирование фотосинтетических мембран. 27. Каковы основные электрокинетические явления в биологических объектах. Методы их регистрации и измерения. о - потенциал дрожжевых клеток. 28. Модели экологических систем. 29. Основные стадии фотобиологического процесса
Механизмы фотобиологических и фотохимических стадий. 30. Описать схему для электрофореза и назначение каждого элемента этой схемы. 31. Эпизоотии в экосистемах. 32. Проблемы первичного акта фотосинтеза. 33. Что такое реобаза и хронаксия? Как их определить экспериментально. 34. Первый и второй законы термодинамики в биологии.
Характеристические функции и их использование в анализе биологических процессов. Энтропия. 35. Рецепция медиаторов и гормонов. Проблема клеточного узнавания. Механизмы взаимодействия клеточных поверхностей. 36. Какой вид имеет дифференциальное уравнение, описывающее простейшие представления Бернштейна? 37. Изменение энтропии в открытых системах.
Постулат Пригожина 38. Фоторецепция. Строение зрительной клетки. 39. Сформулируйте закон Био. Покажите на ЭВМ изменение интенсивности светового пучка при прохождении через оптически активную среду. 40. Понятие обобщенных сил и потоков. Линейные соотношения и соотношения взаимности Онзагера. 41. Электрорецепция. 42. Как влияет удаление малозначащих признаков из обучающей выборки на процесс
обучения нейросети. Пример на ЭВМ. 43. Пространственная конфигурация биополимеров. Типы объемных взаимодействий в белковых макромолекулах. Водородные связи. 44. Хеморецепция. 45. Показать последовательность обучения и тестирования нейронной сети. Что такое внешняя выборка. 46. Взаимодействие макромолекул с растворителем. Состояние воды и гидрофобные взаимодействия в биоструктурах.
47. Восприятие запахов пороги, классификация запахов. 48. Каким параметром характеризуется быстрота затухания колебаний, и какие процессы в живой природе имеют колебательный характер 49. Особенности пространственной организации белков и нуклеиновых кислот. Модели фибрилляторных и глобулярных белков. Качественная структурная теории белка. 50. Бактериородопсин как молекулярный фотоэлектрический генератор.
51. По каким физическим параметрам классифицируются биопотенциалы и какие требования предъявляются к усилителям биопотенциалов в этой связи. 52. Структура и функционирование биологических мембран. Мембрана как универсальный компонент биологических систем. 53. Вкус. Вкусовые качества. Строение вкусовых клеток. 54. Какие механизмы обеспечивают изменение потенциала яблока после нарушения целостности кожуры, и
какие механизмы обеспечивают восстановление первоначального потенциала по истечении промежутка времени. 55. Бислойные мембраны. Протеолипосомы. Поверхностный заряд мембранных систем. 56. Фотохимические превращения родопсина. Рецепторные потенциалы. 57. Описать методику выполнения измерений длительности сенсомоторных реакций Р-тест . 58. Антиоксиданты, механизм их биологического действия.
Естественные антиоксиданты тканей и их биологическая роль. 59. Закон Вебера-Фехнера. 60. Как проверить экспериментально закон Вебера-Фехнера. 61 Простая диффузия. Облегченная диффузия. 62. Сенсорная рецепция. Проблема сопряжения между первичным взаимодействием внешнего стимула с рецепторным субстратом и генерацией рецепторного генераторного потенциала.
63. Каков механизм окраски фенолфталеина при освещении элодеи. Пояснить его суть. 64. Электрохимический потенциал. Равновесие Доннана. Пассивный транспорт. 65. Основные типы сократительных и подвижных систем. 66. Почему принято делить общий процесс фотосинтеза на световые и темновые стадии? Что делает энергетически возможным протекание темновых стадий фотосинтеза?
67. Потенциал покоя, его происхождения. Взаимодействие квантов с молекулами. 68. Первичные фотохимические реакции. 69. Что такое фоновая радиоактивность и как она определяется? 70. Потенциал действия. Роль ионов Na и К в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах роль ионов Са и CI. 71 Восстановление от радиационного поражения. 72. Основные методы регистрации радиоактивных излучений и частиц
Их характеристика. 73. Функционирование поперечнополосатой мышцы позвоночных. Молекулярные механизмы немышечной подвижности. 74. Проблема вкусовых рецепторных белков. 75. Описать методику измерения степени близости к хаосу или к стохастике в динамике поведения ВСОЧ. Продемонстрировать на ЭВМ. 76. Общие представления о структуре и функции рецепторных клеток в работе сенсорных систем.
77. Понятие фазатона мозга и движение аттрактора ВСОЧ в фазовом пространстве с возрастом человека 78. Описать методику расчета объема параллелепипеда, внутри которого находится аттрактор поведения ВСОЧ. Продемонстрировать на ЭВМ. 79. Оценка коэффициента асинергизма ч с помощью матрицы А в рамках компартментного подхода. 80. Методы изучения конформационной подвижности изотопный обмен, люминесцентные методы, спиновая метка, гамма-резонансная метка
ЯМР высоко разрешения, импульсные методы ЯМР. 81. Определение с помощью ЭВМ показателей асимметрии в аттракторах метеофакторов Югры Р и Т . 1. Предмет и задачи биофизики. Биофизика - это наука, изучающая физические и физико-химические процессы, протекающие в биосистемах на разных уровнях организации и являются основой физиологических актов. Возникновение биофизики произошло, как прогресс в физике, вклад внесли математика, химия и биология.
Живые огранизмы - открытая, саморегулирующаяся, самовоспроизводящаяся и развивающаяся гетерогенная система, важнейшими функциональными веществами в которой являются биополимеры белки и нуклеиновые кислоты сложного атомно-молекулярного строения. Задачи биофизики 1. Раскрытие общих закономерностей поведения открытых неравновесных систем. Теоретическое обоснование термодинамических т д основ жизни.
2. Научное истолкование явлений индивидуального и эволюционного развития, саморегуляции и самовоспроизведения. 3. Выяснение связей между строением и функциональными свойствами биополиметов и других биологически активных веществ. 4. Создание и теоретическое обоснование физ-хим методов исследования биообъектов. 5. Физическое истолкование обширного комплекса функциональных явлений генерация и распределение нервного импульса, мышечное сокращение, рецепция, фотосинтез и др.
Разделы биофизики Молекулярная - изучает строение и физ-хим свойства, биофизику молекул. Биофизика клетки - изучает особенности строения и функционирования клеточных и тканевых систем. Биофизика сложных систем - изучает кинетику биопроцессов, поведение во времени разнообразных процессов присущих живой материи и термодинамику биосистем. 2. Основы микродозиметрии ионизирующих излучений. Ионизирующие излучения условно подразделяются на электромагнитные
излучения и корпускулярные излучения Ионизирующие излучения представлены электромагнитными волнами высокой частоты. Рентгеновское - 3х106 - 3х109 ГГц и г-излучение - 3х109 ГГц Корпускулярные излучения представлены частицами с ненулевой массой, обладающими высокими скоростями. Такими частицами могут быть электроны, позитроны, нейтроны, б-частицы, ускоренные ионы. В результате радиоактивного распада образуется три типа излучения, различных по своим характеристикам.
Линейная плотность ионизации. Эта величина показывает число ионов одного знака, образованных ионизирующей частицей или фотоном на элементарном пути. Наибольшей линейной плотностью ионизации обладает б-излучение, поскольку оно образовано тяжёлыми ядрами гелия и обладает большой кинетической энергией. Величина линейной плотности ионизации пропорциональна энергии излучения. Средний линейный пробег. Величина, отражающая проникающую способность излучения.
Самым проникающим излучением является г-излучение. Средний пробег в воздухе 300м в тканях - 1 метр. в-излучение обладает промежуточными значениями линейной плотности и линейного пробега. Для оценки величины ионизирующего излучения и его влияния на вещество используют дозиметрические показатели. 1. Доза излучения или экспозиционная доза. Это величина, которая даёт представление о количестве энергии излучения, падающей на объект.
Фактически равно полному заряду ионов одного знака, возникающих в элементарном объёме воздуха в отношении к массе воздуха. Измеряется в Кулонах на килограмм. Внесистемная единица рентген. 1рентген 2,58х10-4Кл кг. Интенсивность излучения определяют в единицах рентген в секунду. 2. Доза облучения или поглощённая доза. Это величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу.
Эта величина измеряется в единицах Грей. 1Грей равен дозе любого ионизирующего излучения при котором в 1кг вещества поглощается 1Дж энергии этого излучения. Внесистемная единица 1Рад 10-2Грей. 3. Эквидозиметрические показатели. Это показатели биологического действия ионизирующего излучения. Относительная биологическая эффективность - коэффициент, показывающий во сколько раз излучение данного
типа отличается от стандартного рентгеновского излучения при 180-250 кэВ. Эквивалентная доза - поглощённая в органах и тканях доза излучения умноженная на взвешенный коэффициент для данного вида излучения, отражающий качественное воздействие излучения на объект. Единица измерения Зиверт 1Дж кг. Внесистемная БЭР 1 100 Зиверт. 3. Записать алгоритм расчета доверительного интервала.
Расчет доверительного интервала 1. Среднее арифметическое 2. D t - дисперсия 3. у t - среднее квадратичное отклонение K n-1 4. Средняя погрешность, Дt tk,в - критерий Стьюдента 5. Доверительный Интервал 4. Методологические вопросы биофизики. История развития отечественной биофизики. В биофизике выделяют 3 основных направления исследований
- молекулярная, биофизика клетки, биофизика сложных систем. Основными объектами исследования молекулярной биофизики являются функционально активные вещества и среди них белки и нуклеиновые кислоты. Биофизика клетки имеет дело с надмолекулярными структурами живой клетки, среди которых особое место занимают мембранные структуры клеток и субклеточных структур. Биофизика сложных систем рассматривает живые организмы различного уровня организации с позиции физико-
математического моделирования. Объектами исследования в этом случае являются сообщества клеток, живые ткани, физиологические системы, популяции организмов. Построение моделей является одним из главных этапов биофизического исследования. Живой организм представляет собой очень сложную систему, не всегда доступную для точного физического эксперимента. В этом случае плодотворным становится использование физических, аналоговых ,математических
моделей. Любое крупное открытие в биофизике получено путём применения моделей. Представление биомакромолекул в виде кристаллов позволило установить молекулярную структуру гемоглобина миоглобина. Важную роль сыграла аналоговая электрическая модель возбудимой мембраны в исследованиях Ходжкина и Хаксли. В биофизике мембран широкое применение получили физические модели мембран в виде моно- и бимолекулярных липидных плёнок. С развитием и совершенствованием вычислительной техники моделирование
получает новое развитие. Такие науки как биология, медицина, сельскохозяйственные науки становятся всё более точными. Трудно переоценить в этом случае роль биофизики призванной исследовать явления жизни с использованием физических представлений и методов. История развития биофизики. Первый научно-исследовательский биофизический институт в Советской России был создан в системе Наркомата здравоохранения академиком
П.П. Лазаревым, которым в 1922 году был прочитан первый курс по биофизике врачам клиники Московского университета. В 1927 г. также П.П. К концу 30-ых годов стали читать отдельные главы биофизики и в других учебных заведениях. Так началась подготовка биофизиков в нашей стране. В 1953 г. была организована первая специализированная кафедра биофизики на биолого-почвенном факультете в МГУ. В 1959 г. была создана кафедра на физическом факультете
МГУ, затем были созданы специализированные кафедры биофизики в Московском физико-техническом институте, в ряде медицинских ВУЗов и университетов по всей стране. В 1982 г. в стране существовало свыше 20 кафедр биофизики. В.В. Шулейкин был сотрудником первого Биофизического института, созданного П.П. Лазаревым. По инициативе В.В. Шулейкина и при поддержке
П.П. Лазарева при этом Институте была основана в Кацивелли на Южном берегу теперь уже не российского Крыма морская станция, которой руководил В.В. Шулейкйн, где он сделал ряд работ по физике и биофизике моря. Были получены ответы на многие вопросы, которые имели в том числе и существенное значение для создания новых образцов военно-морской техники, например, сверхскоростных сторожевых катеров на подводных крыльях.
Перечень этих вопросов был обширен почему некоторые рыбы, например, дельфины, могут развивать большую скорость при низких энергетических затратах как осуществляется движение летучих рыб почему движение стай птиц или косяков рыб выгоднее, чем движение одиночной особи как и почему морские животные чувствуют задолго до начала шторма его приближение и уходят на глубину, чтобы не разбиться о прибрежные камни и т.п. Распад СССР, конечно, повлиял на биофизику, но главная беда заключалась в резком снижении финансирования.
В наше время биофизика продолжает развиваться. 5. Первичные процессы поглощения энергии ионизирующих излучений. Действие ионизирующего излучение проявляется в несколько этапов. 1. Физическая стадия. Энергия излучения передаётся веществу, в нём возникают ионизированные и возбуждённые молекулы, неравномерно распределённые в объёме вещества.
Эти эффекты проявляются в первые 10-16-10-13с. 2. Физико-химическая стадия. Эта стадия представлена различными реакциями, приводящими к перераспределению энергии между молекулами. В результате образуются активные молекулярные элементы ионы, радикалы, сольватированные электроны. 10-13-10-6с. 3. Химическая стадия. Радикалы взаимодействуют, образуя повреждения разного рода, что приводит к инактивации или нарушению функций макромолекул.
10-6-10-3с. Различают два механизма радиационного повреждения макромолекул Прямой Когда инактивированными оказываются молекулы непосредственно поглотившие энергию излучения. Непрямой Когда молекулы инактивируются в результате взаимодействия с активными реакционноспособными продуктами радиационного воздействия. Прямое действие ионизирующего излучения исследуют при облучении сухих очищенных препаратов макромолекул. Прямое действие на
ДНК выражается в одноцепочечных и двухцепочечных разрывах, межмолекулярных поперечных сшивках нуклеотидов и образовании разветвлённых цепей ДНК. Прямое действие на белки связано с изменением аминокислотного состава, нарушением третичной структуры, с разрывами АК цепей, разрывами дисульфидных связей, агрегацией молекул. Инактивация белка происходит при повреждении только определённых его групп, но его инактивация происходит
даже при поглощении одного кванта излучения молекулой. Этот эффект связан с миграцией энергии в белках от места поглощения к месту проявления эффекта. Непрямое действие при облучении растворов биологических веществ. При этом непрямой эффект излучения проявляется значительно сильнее, чем прямой. Радиочувствительность при разбавлении возрастает в 100 раз.
Повреждение органических молекул в растворе в большой мере связано с продуктами радиолиза воды. Поскольку в растворе молекул воды значительно больше, чем растворённых веществ, вероятность поглощения излучения ими значительно больше. В процессе прохождения частицы через воду вдоль её пути образуются возбуждённые производные воды радикал протона, гидроксирадикал, сольватированные электроны, ион гидроксония. Часть образующихся радикалов рекомбинируют с образованием нейтральных продуктов или перекиси, но часть
радикалов может взаимодействовать с растворёнными органическими молекулами. В результате образуются свободные органические радикалы, которые могут вступать в дальнейшие реакции, часто имеющие цепной характер. 7. Основные особенности кинетики биологических процессов. Особенности кинетики БС 1. В БС в качестве переменных выступают не только концентрации, но и любые другие величины. 2. Переменные изменяются не только во времени, но и в пространстве.
Скорость определяется не только константами реакции, но и диффузионными процессами. 3. БС пространственно неоднородны. Условия в разных частях системы могут отличаться. 4. БС мультистационарны. Может быть несколько устойчивых режимов функционирования. 5. Процессы в БС нелинейны. Феномен усиления и колебательные процессы. 6. Кинетические модели БС крайне сложные. Моделирование требует большого числа упрощений.
Кинетические модели БС 1. Ряд Фибоначчи. 2. Модель Мальтуса. Экспоненциальный рост. 3. Модель роста популяции в избытке пит. веществ. 4. Модель Ферхюльста. Рост популяции, ограниченный ресурсами. 5. Модель Лотки и Вольтерра. Модель Хищник-Жертва . 8. Общая характеристика процессов поглощения энергии различных видов ионизирующей радиации.
Наиболее разнообразны по видам ионизирующих излучений радиоактивные излучения, обр-еся в рез-те самопроизвольного радиоакт. распада атомных ядер эл-в с изм-ем физ-х и хим-х св-в последних. Эл-ты, обладающие спос-тью радиоактивного распада, наз-ся радиоактивными они могут быть ест-ми, такие, как уран, радий, торий, и искусст-ми, для к-х радиоактивные св-ва получены искус-ым путем. При радиоактивном распаде имеют место три осн. вида ионизирующих излучений альфа, бета и гамма.
Альфа-частица - это заряженные ионы гелия, обр-еся при распаде ядер, как правило, тяжелых ест-ных эл-тов радия, тория и др Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внеш. воздей-я достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги. Бета-излучение пред-т собой поток электронов, обр-хся при распаде ядер как ест-ых, так и искус-ных радиоакт. эл-тов. Бета-излучения обл-т большей проникающей спос-тью по сравнению с альфа-лучами, поэтому
и для защиты от них треб-ся более плотные и толстые экраны. Разновидностью бета-излучений, обр-хся при распаде некоторых искус-ых радиоакт-х эл-тов, яв-ся позитроны. Они отл-ся от электронов лишь зарядом, поэтому при воздей-и на поток лучей магнитным полем они отклон-ся в противоположную сторону. Гамма-излучение, или кванты энергии фотоны , пред-т собой жесткие электромаг-ые колебания, обр-еся при распаде ядер многих радиоакт-х эл-тов.
Эти лучи обл-т гораздо большей проникающей спос-тью. Поэтому для экранирования от них необх-ы спец-е устр-ва из материалов, способных хорошо задерж-ь эти лучи свинец, бетон, вода . Ионизирующий эффект дей-я гамма-излучения обусловлен в осн-м как непосред-ым расход-ем собств-й энергии, так и ионизирующим дей-м электронов, выбиваемых из облучаемого в-ва. Рентгеновское излучение обр-ся при работе рентгеновских трубок, а также сложных электронных установок
бетатронов. По хар-ру рентгенов. лучи во многом сходны с гамма-лучами и отл-ся от них происхождением и иногда длиной волны рентгенов. лучи, имеют большую длину волны и более низкие частоты, чем гамма-лучи. Рентгеновское изл-е при взаимодей-и с в-вом может когерентно рассеиваться при взаимодей-и фотонов невысоких энергий с электронами внутр. оболочек. Рентгеновское и гамма- излучения могут вызывать фотоэффект, а при больших энергиях фотонов-камптон-эффект. Обр-ееся вторичное излучение при комптон-эффекте лежит
всегда в более длинноволновой области, чем первичное излучение. Это объясняется тем, что часть энергии исх-го рентгеновского или гамма-фотонов расходуется на совершение работы и сообщение электрону кинетической энергии. 10. Математические модели. Принципы построения математических моделей биологических систем. Методами моделирования служат методы динамической теории систем.
Средства - дифференциальные и разностные уравнения, методы качественной теории дифференциальных уравнений, компьютерная симуляция. Цели моделирования 1. Выяснение механизмов взаимодействия элементов системы 2. Идентификация и верификация параметров модели по экспериментальным данным. 3. Оценка устойчивости системы модели . Само понятие устойчивости требует формализации. 4. Прогноз поведения системы при различных внешних воздействиях, различных способах управления и проч.
5. Оптимальное управление системой в соответствии с выбранным критерием оптимальности. Математические модели описывают целый класс процессов или явлений, которые обладают сходными свойствами, или являются изоморфными. Наука конца 20 века - синергетика, показала, что сходными уравнениями описываются процессы самоорганизации самой разной природы от образования скоплений галактик до образования пятен планктона в океане. 1. Модель экспоненциального роста вида примет вид
DX DТ A0-BX X Легко видеть, что с ростом X величина A убывает и при A0-BX 0 или A0 B имеем DX DT 0, т.е. скорость прироста численности равна 0 . В этом случае численность популяции стабилизируется за счет отрицательных обратных связей вблизи значения X . 2. Модель популяционного взрыва XN XS AXSDT 3. Модель распространения эпидемии в популяции 4. Модель хищник-жертва
Несмотря на разнообразие живых систем, все они обладают следующими специфическими чертами, которые необходимо учитывать при построении моделей. 1. 1. Сложные системы. Все биологические системы являются сложными многокомпонентными, пространственно структурированными, элементы которых обладают индивидуальностью. При моделировании таких систем возможно два подхода. Первый - агрегированный, феноменологический. В соответствии с этим подходом выделяются определяющие
характеристики системы например, общая численность видов и рассматриваются качественные свойства поведения этих величин во времени устойчивость стационарного состояния, наличие колебаний, существование пространственной неоднородности . Такой подход является исторически наиболее древним и свойственен динамической теории популяций. Другой подход подробное рассмотрение элементов системы и их взаимодействий, рассмотренное выше имитационное моделирование Имитационная модель не допускает аналитического исследования, но ее
параметры имеют ясный физический и биологический смысл, при хорошей экспериментальной изученности фрагментов системы она может дать количественный прогноз ее поведения при различных внешних воздействиях. 2. 2. Размножающиеся системы способные к авторепродукции . Это важнейшее свойство живых систем определяет их способность перерабатывать неорганическое и органическое вещество для биосинтеза биологических макромолекул, клеток, организмов.
В феноменологических моделях это свойство выражается в наличии в уравнениях автокаталитических членов, определяющих возможность роста в нелимитированных условиях экспоненциального , возможность неустойчивости стационарного состояния в локальных системах необходимое условие возникновения колебательных и квазистохастических режимов и неустойчивости гомогенного стационарного состояния в пространственно распределенных системах условие неоднородных в пространстве распределений и автоволновых режимов .
Важную роль в развитии сложных пространственно-временных режимов играют процессы взаимодействия компонентов биохимические реакции и процессы переноса, как хаотического диффузия , так и связанного с направлением внешних сил гравитация, электромагнитные поля или с адаптивными функциями живых организмов например, движение цитоплазмы в клетках под действием микрофиламентов . 3. 3. Открытые системы, постоянно пропускающие через себя потоки вещества и энергии.
Биологические системы далеки от термодинамического равновесия, и потому описываются нелинейными уравнениями. Линейные соотношения Онзагера, связывающие силы и потоки, справедливы только вблизи термодинамического равновесия. 4. 4. Биологические объекты имеют сложную многоуровневую систему регуляции. В биохимической кинетике это выражается в наличии в схемах петель обратной связи, как положительной, так и отрицательной. В уравнениях локальных взаимодействий обратные связи описываются нелинейными функциями,
характер которых определяет возможность возникновения и свойства сложных кинетических режимов, в том числе колебательных и квазистохастических. Такие нелинейности при учете пространственного распределения и процессов переноса обусловливают паттерны стационарных структур пятна различной формы, периодические диссипативные структуры и различные типы автоволнового поведения движущиеся фронты, бегущие волны, ведущие центры, спиральные волны и др. 11. Механизмы поглощения рентгеновского и гамма- излучений, нейтронов,
ускоренных заряженных частиц. Гамма-излучение, или кванты энергии фотоны , пред-ют собой жесткие электромаг-ые колебания, обр-еся при распаде ядер многих радиоактивных элементов. Эти лучи обл-ют гораздо большей проникающей спос-ью. Поэтому для экранир-ия от них необх-ы спец-е устр-ва из материалов, способных хорошо задерж-ь эти лучи свинец, бетон, вода . Ионизирующий эффект дей-ия гамма-излучения обусловлен в основном как непосред-
ным расход-ем собственной энергии, так и ионизирующим дей-ем электронов, выбиваемых из облучаемого в-ва. Рентгеновское излучение обр-ся при работе рентгеновских трубок, а также сложн. электронных установок бетатронов . По хар-ру рентгеновские лучи во многом сходны с гамма-лучами и отл-ся от них происхож-ем и иногда длиной волны рентгеновские лучи, имеют большую длину волны и более низкие частоты, чем гамма-лучи. Рентгеновское излучение при взаимодей-ии с в-вом может когерентно рассеиваться при взаимодей-и
фотонов невысоких энергий с электронами внутренних оболочек. Рентгеновское и гамма- излучения могут вызывать фотоэффект, а при больших энергиях фотонов -камптон-эффект. Образующееся вторичное излучение при комптон-эффекте лежит всегда в более длинноволновой области, чем первичное излучение. Это объясняется тем, что часть энергии исх-го рентгеновского или гамма-фотонов расходуется на совершие работы и сообщение электрону кинетической энергии.
Вторичное излучение также может быть ионизирующим. Исп-ся они достаточно широко в практ-й медицине рентгенографии, рентгеноскопии, флюорографии Ионизация вследствие воздей-я рентгеновских лучей происходит в большей степени за счет выбиваемых ими электронов и лишь незнач-но за счет непосред-й траты собств-й энергии. Эти лучи особ-о жесткие также обл-т знач-ой проникающей спос-ью.
Нейтронное излучение пред-т собой поток нейтр-ых, то есть незаряж-х ч-ц нейтронов яв-хся составной частью всех ядер, за искл-ем атома водорода. Они не обл-т зарядами, поэтому сами не оказ-т ионизирующего дей-я, однако весьма знач-ый ионизирующий эффект происходит за счет взаимодей-я нейтронов с ядрами облучаемых в-в. Облучаемые нейтронами в-ва могут приобретать радиоакт-е св-ва, т.е. получать так - называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение обр-ся при работе ускорителей элем-ых ч-ц, ядер. реакторов и т.
д. Нейтронное излуч-е обл-т наибольшей проникающей спос-тью. Задерж-ся нейтроны в-вами, содерж-ми в своей мол-ле водород вода, парафин и др 12. Записать программу расчета массы и роста человека. DX DT АО - ВХ X XN XS AO-B XS XS DT CLS SCREEN 9, 1,0 I NPUT H0 , НО INPUT Н05 , НЮ INPUT H10 , H20 INPUT
Н15 ,Н30 INPUT HM , НМ INPUT Z0 , Z0 INPUT d2 , d2 INPUT S , S INPUT K , К INPUT DT , DT CLS LINE 40, 250 - 40, 30 , 15 LINE 40, 250 - 600, 250 , 15 LOCATE3,4 PRINT H LOCATE 19, 62 PRTNT Реальное время 10dl d2 HM HS H0 dl-d2 H0 H0 DT FOR i 1 TO К HN HS dl-d2 HS
HS DT Tl DT i T 40 i DT S Y 250-HN .5 PSET T, Y , 14 IFTl I0THENP HN IF Tl 20 THEN Q HN IFT1 30THENO HN IF К 19999 THEN GOTO 100 HS HN NEXT i 100 Zl P - Н10 2 Q - H20 2 О - H30 2 Z SQR Z1 IF Z Z0 THEN d2 d2 .0001 GOTO 10 200 LOCATE 21, 15 PRINT Окончательные параметры модели
LOCATE 22, 15 PRINT d2 , d2 LOCATE23, 15 PRINT dl , dl 13. Динамические модели биологических процессов. Линейные и нелинейные процессы. Динамические модели строятся на методе индукции от частного к общему . Если в системе имеется n различных компонентов, претерпевающие метаболические превращения, то каждое i-е соединение из общего их числа n хар-ся значениями концентрации
Ci i 1,2, ,n , которое может изменяться со временем Ci Ci t в рез-те взаимодействий I-го соединения с любым из остальных n-1 в-в. Мат. Модель-система из n дифференциальных уравнений dc1 dt f1 c1, ,cn dcn dt-fn c1, ,cn c1 t , ,cn t -нейзвестные функции времени описывающие переменные системы. dci dt-скорости изменения этих переменных. fi-функция, зависящие от внешних и внутренних параметров системы.
Б большинсве случаях эти уравнения для линейных процессов. Процессы, происходящие в биологических системах-нелинейны, а значит, и нелинейны модели этих процессов. Н-р, скорость простейшего биомолекулярного взаимодействия описывается математически в виде произведения концентраций реагентов. Методы позволяют выявить важные общие св-ва модели, не прибегая к нахождению в явном виде неизвестных функции c1 t , ,cn t -такой подход дает хорошие результаты при исследовании
моделей, состоящих из небольшого числа уравнений и отражающих важные динамические св-ва системы. Гетерогенный характер структурно-функциональной организации биологических систем воплощается в динамически гетерогенности основных процессов метаболизма. В кинетическом отношении это положение находит свое отражение в том, что различные функциональные процессы в биологических системах и их подсистемах сильно отличаются друг от друга по характерным скоростям или времени протекающих в них процессов.
Практика мат. Моделирования показывает, что исследование упрощенных систем уравнений дает содержательное представление об общих динамических свойствах системы. Динамические системы, описываемые системами уравнений, называются точечными системами, т.е. во всех точках такой системы значения плотности концентрации одного какого-то веш-ва равны в каждый момент времени. 14. Относительная биологическая эффективность различных видов ионизирующей радиации.
Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом - у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30-60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы,
лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни. При изучении действия излучения на организм были выявлены следующие особенности o Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме. o Наличие скрытого инкубационного периода проявления действия ионизирующих
излучений. o Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. o Генетический эффект - воздействие на потомство. o Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. o Не каждый организм человек в целом одинаково реагирует на облучение. o Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.
Ионизирующее излучение может оказывать влияние на организм как при внешнем особенно рентгеновское и гамма-излучение , так и при внутреннем особенно альфа-частицы облучении. Внутреннее облучение происходит при попадании внутрь организма через лёгкие, кожу и органы пищеварения источников ионизирующего излучения. Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как попавшие внутрь ИИИ подвергают непрерывному облучению ничем не защищённые внутренние органы.
Альфа-частица - устойчивая система из двух нейтронов и двух протонов ядро атома гелия . Альфа-частица испускается ядрами тяжелых радиоактивных элементов плутоний-239, 238, уран-235, радон-222 и др. При поглощении альфа-частиц живыми организмами могут возникнуть мутагенные, канцерогенные и другие отрицательные эффекты. Альфа-излучение производит сильное действие на органические вещества, из которых состоит человеческий организм жиры, белки и углеводы .
Альфа-частицы, имеющие небольшую плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным кожным покровом. Бета-частицы - электроны и позитроны, испускаемые ядрами атомов при распаде. Бета-частицы вызывают в организмах канцерогенные и мутагенные эффекты вплоть до летального исхода. Под действием бета-излучений происходит радиолиз разложение воды, содержащейся в биологических тканях,
с образованием водорода, кислорода, пероксида водорода Н2О2, заряженных частиц ионов ОН- и НО2 Продукты разложения воды обладают окислительными свойствами и вызывают разрушение многих органических веществ, из которых состоят ткани человеческого организма. Гамма-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 0.05 нм, испускаемое возбужденными атомными ядрами при ядерных реакциях, радиоактивных превращениях атомных ядер, при аннигиляции
электрона и позитрона и при других превращениях элементарных частиц. Гамма-излучение оказывает на организмы мутагенное и канцерогенное воздействие вплоть до летального исхода. Действие гамма- и рентгеновского излучений на биологические ткани обусловлено в основном образующимися свободными электронами. Нейтроны, проходя через вещество, производят в нем наиболее сильные изменения по сравнению с другими ионизирующими излучениями. 15.
Записать уравнение реакции 1-го и 2-го порядка. Как определить константу химической реакции из эксперимента Молекулярность реакции - это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные А и бимолекулярные А В тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко. Если реакция протекает последовательно через несколько гомогенных или гетерогенных элементарных стадий,
то суммарная скорость всего процесса определяется самой медленной его частью, а молекулярность заменяется порядком реакции - формальным показателем при концентрации реагирующих веществ. Поэтому весь процесс в целом лучше характеризует порядок реакции. А В А В С х -d A dt kx k l t ln x0 x k-константа скорости t-время x0-начальная концентрация x-конечная концентрация А в момент времени. Реакции второго порядка 2A
C D х kx 2 k l t x0-x x x0 Для реакции A B C E х k Ca-C Cb-C k 2.303 t Ca-Cb lg Cb Ca-C Ca Cb-C Ca, Cb-начаотные концентрации веществ А и В C-расход их к моменту времени Для реакции 3-го порядка 3A B C х kx 3 k l t 0 2-x 2 2x 2x0 2 16. Методы качественной теории дифференциальных уравнений в анализе динамических свойств биологических процессов. Простейшие модели этих двух систем впервые были предложены
независимо А. Д. Лоткой в 1926 г. модель химической реакции и В. Вольтерра в 1931 г. модель хищник - жертва . Пусть имеется химическая реакция, протекающая по общей схеме А Х Y В- Молекулы А с некоторой постоянной скоростью ко превращаются в молекулы вещества X реакция нулевого порядка . Вещество X может превращаться в вещество Y. Важная особенность состоит в том, что скорость этой реакции тем больше, чем больше концентрация вещества
Y. Это означает, что превращение X зависит не только от концентрации исходного реагента X, но и от продукта превращения Y. Иными словами, скорость этой реакции зависит от концентрации обоих веществ - исходного X и конечного У , а сама реакция протекает как реакция второго порядка. Такие процессы, где скорость превращения исходного вещества пропорциональна концентрации продукта реакции, носят название автокаталитических. Молекулы Y, в свою очередь, необратимо распадаются, в результате
образуется вещество В. Ээкологическая модель Вольтерра. Пусть в некотором замкнутом районе живут жертвы и хищники, например зайцы и волки. Зайцы питаются растительной пищей, всегда имеющейся в достаточном количестве. Волки хищники могут питаться лишь зайцами жертвами . Обозначим число зайцев х, а число волков - у. Так как количество пищи для зайцев не ограничено, мы
можем предположить, что зайцы размножаются со скоростью, пропорциональной их числу. Пусть убыль численности зайцев пропорциональна вероятности встречи их с волками, т.е. пропорциональна произведению х х у. Количество волков также нарастает тем быстрее, чем чаще их встречи с зайцами, т.е. пропорционально х х у. В химической кинетике это соответствует бимолекулярной реакции, когда вероятность появления новой молекулы пропорциональна вероятности встречи двух молекул, т. е. произведению их концентраций.
Кроме того, имеет место естественная смертность волков, причем скорость убывания численности особей пропорциональна их количеству. Метод изоклин. Для качественною построения фазового портрета системы обычно используют метод изоклин. При этом на фазовой плоскости наносят линии, которые пересекают интегральные кривые под одним определенным углом. А Q x,y P x,y Давая А определенные числовые значения, получаем семейство кривых.
В любой точке каждой из этих кривых угол наклона касательной к фазовой траектории, проходящей через эту точку, равен одной и той же величине, а именно величине А. 17. Действие ионизирующих излучений на многоклеточный организм. При действии радиоизлучения на биологические объекты, также возникает вторичное излучение, приводящее к образованию ионов и свободных радикалов с последующим образованием перекисных соединений.
Последние оказывают неблагоприятное воздействие на биологическую клетку. Для количественной оценки дозы облучения биологических объектов вводят биологический эквивалент рентгена- БЭР. Существуют определенные нормы санитарные нормы дозы облучения предельно допустимых в различных производствах. Доза облучения в 500 Р и выше считается смертельной для человека. Специалистам по эксплуатации и настройке аппаратуры, в которой используются радиоактивное излучения,
необходимо знать предельно допустимые дозы облучения. Для медиков и биологов важно знать методы биологической защиты от радиации. Дело в том, что наряду с физическим методами защиты используется вещества сильно поглощающие РИ, в частности нейроны- Ba, В, Pb , используются вещества антидоты , которые активно связывают перекисные соединения и выступают в качестве протекторов мембран.
Таких веществ синтезировано уже значительное количество, но это все экзогенные внешние факторы. К эндогенным факторам следует отнести уровень витамина С в организме. Последний сильно улучшает свойства мембран и является сильным протектором не только от негативных последствий РИ, но и эффективен при заболеваниях, для задержки старения, при стрессах. Таким образом биологическая защита от РИ своевременно примененная может значительно увеличить
LD100 для млекопитающих например человек может выдержать 1000-1500 рентген и остаться живым и это надо учитывать при возможности действия РИ.18. Нарисовать принципиальную схему для определения электроемкости биомембран. Включает 2 модели тканевых мембран с различными емкостными свойствами С1 и С2 , источника постоянного напряжения и переключателя П, нагрузочное сопротивление. Параллельное соединение
Собщ С1 С2. Последовательное соединение 1 Собщ 1 С1 1 С2 19. Понятие о фазовой плоскости. Стационарные состояния биологических систем. Устойчивость стационарных состояний. Рассмотрим плоскость с осями координат, на которых отложены значения переменных х, у. Каждая точка М этой плоскости с координатами х, у соответствует определенному состоянию системы. Такая плоскость носит название фазовой плоскости или плоскости состояний.
Она представляет совокупность всех возможных состояний системы. Точка М х, у называется изображающей или представляющей. Пусть при t to координаты изображающей точки М0 х0,у0 . В каждый следующий момент времени t изображающая точка будет двигаться в соответствии с системой уравнений и принимать положение М х, у , соответствующее значениям х t , y t .
Совокупность этих точек на фазовой плоскости х, у называется фазовой траекторией. Характер фазовых траекторий отражает общие качественные черты поведения системы во времени. Фазовая плоскость, разбитая на траектории, дает легкообозримый портрет системы. Она позволяет сразу охватить всю совокупность возможных движений изменения переменных x, у , отвечающих различным начальным условиям. Фазовая траектория имеет касательные, тангенс угла наклона которых в каждой
точке М х,у равен значению производной в этой точке dy x,y dt. Следовательно, чтобы провести фазовую траекторию через точку фазовой плоскости M1 x1,y1 , достаточно знать направление касательной в этой точке плоскости или значение производной. Стационарное состояние - это состояние системы в котором переменные не изменяются. Устойчивость СС характеризуется поведением системы при отклонении от
СС. Устойчивость стационарного состояния. Пусть рассматриваемая система находится в состоянии равновесия. Тогда изображающая точка на фазовой плоскости находится в неподвижности в одной из особых точек уравнения интегральных кривых, так как в этих точках, по определению, dx dt 0 dy dt 0. Если теперь вывести систему из состояния равновесия, то изображающая точка сместится из особой точки и начнет двигаться по фазовой плоскости в соответствии с уравнениями ее движения.
Устойчива ли рассматриваемая особая точка, определяет соответственно то, уйдет или нет изображающая точка из некоторой данной области, окружающей особую точку эта область может быть большей или меньшей в зависимости от условий задачи . В действительности в природе реализуются стационарные состояния, которые обязательно являются устойчивыми. Поэтому устойчивость стационарного состояния системы уравнений, представляющей собой математическую модель реальной системы один из основных критериев ее адекватности моделируемому
объекту. В практике моделирования биологических процессов используют аналитический метод исследования устойчивости стационарного состояния Пуанкаре и Ляпунова, который будет изложен в упрощенной форме. 20. Особенности и механизмы фотоэнергетических реакций бактериородопсина и пигмента родопсина Бактериородопсин - пигмент пурпурных мембран галофильных бактерий. Он создаёт трансмембранный градиент протонов за счёт энергии света, далее этот градиент используется
для синтеза АТФ. Мембрана Halobacterium halobium - бактерии соленых вод, принадлежащей к Archebacteria , может быть разделена на три фракции желтую, красную и пурпурную. Пурпурная фракция образует кристаллы, которые можно исследовать с помощью электронного микроскопа. Помимо липидов она содержит белок весом 26 кДа. Поскольку фракция образует плоские кристаллы, структуру белка можно исследовать в атомарных деталях. Из-за светочувствительности и семидоменной змеевидной структуры
эти белки называют бактериородопсином. Он работает как фотоактивируемый протонный насос, пересекающий бислой в виде семи альфа-спиралей. В настоящее время он изучен лучше всех родопсинов . Как и все другие родопсины, он состоит из семи плотно упакованных a-спиралей, пронизывающих мембрану. Как и другие родопсины, этот белок непрочно связан с хромофором ретиналем . При высоких напряженностях кислорода происходит переключение на фотосинтез.
Протоны, необходимые для этого процесса, переносятся через мембрану бактериородопсином, который действует как протонный насос, управляемый светом. Можно показать, что на каждый поглощенный фотон изнутри наружу через мембрану переносятся два протона. Механизм насоса явился предметом многочисленных исследований. Известно, что ретиналь связан шиффовым основанием как и в зрительнрых пигментах животных с лизином 216 К216 опсина и контактирует с шестью из семи трансмембранных спиралей.
Ретиналь имеет транс-конформацию и располагается в туннеле между спиралями, блокируя, таким образом, поток протонов. В механизме протонового насоса происходит преобразование транс-конформации в 13-цис- конформацию ретиналь изгибается в опсиновом туннеле и переносит протон с цитоплазаматической стороны на внеклеточную. В отличие от родопсинов сетчатки позвоночных, ретиналь не отсоединяется от опсинового апопротеина. Аминокислотная последовательность бактериородопсина сильно отличается от опсинов животных,
что позволяет допустить их независимое эволюционное происхождение. Это подтверждается тем, что ретиналь бактерии образует 13-цис-конфигурацию, а не 11-цис-конфигурацию, как в опсинах животных. Тем не менее, сама по себе конформация бактериородопсина показывает, что он принадлежаит к вездесущему надсемейству семидоменных змеевидных белков, которые вовлечены в огромное число процессов в царстве животных. Фотопревращения родопсина
Если исходить из 11-цис 12-s-цис-исходной формы ретиналя, то начальная стадия фотолиза родопсина включает следующие изменения конформации ретиналя 11-цис, 12-s-цис11-транс, 12-s-цис11-транс, 12-s-транс. Смещение протона осуществляется на ранней стадии фотолиза, которая, таким образом, не может быть сведена лишь к обычной цис-транс-изомеризации ретиналя. 21. Нарисовать простейшие эквивалентные схемы биообъектов.
Эквивалентная схема клеточной мембраны А - среда, окружающая клетку, В - цитоплазма. Переменным током называют ток, периодически изменяющийся по величине и направлению. Расп-ым является синусоидальный переменный ток, мгновенные значения кот. изменяются по гармоническому закону u Umsinw t или i Imsinщ t, где Um и Im - максимальные знач. соот-но, напряжения и тока, щ 2рn - круговая частота переменного напряжения или тока.
При прохождении переменного тока в цепи, состоящей из активного, емкостного и индуктивного сопротивлений, сила тока в цепи I и напряжение U связаны обобщенным законом Ома I U Z, где Z -полное сопротивление, состоящее из индуктивного, емкостного, активного сопротивлений и называется импедансом. где R - омическое или активное сопротивление, оно обусловливает выделение теплоты в цепи в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Разность индуктивного и емкостного сопротивлений
XL -XC называют реактивным сопротивлением. Оно не вызывает нагревания элементов электрической цепи. 22. Кинетика ферментативных реакций. Одним из характерных проявлений жизни является удивительная способность живых организмов кинетически регулировать химические реакции, подавляя стремление к достижению термодинамического равновесия. Ферментативная кинетика занимается исследованием закономерностей влияния химической природы реагирующих веществ ферментов, субстратов и условий их взаимодействия концентрация, рН среды, температуры,
присутствие активаторов или ингибиторов на скорость ферментативной реакции. Главной целью изучения кинетики ферментативных реакций является получение информации, которая может способствовать выяснению молекулярного механизма действия фермента. Общие принципы кинетики химических реакций применимы и к ферментативным реакциям. Известно, что любая химическая реакция характеризуется константой термодинамического равновесия.
Она выражает состояние химического равновесия, достигаемого системой, и обозначается Кр. Так, для реакции константа равновесия равна произведению концентраций образующихся веществ, деленному на произведение концентрации исходных веществ. Значение константы равновесия обычно находят из соотношения констант скоростей прямой k 1 и обратной k- 1 реакций, т.е. Кp k 1 k-1. В состоянии равновесия скорость прямой реакции v 1 k 1
А B равна скорости обратной реакции v-1 k - 1 С D , т. е. v 1 v-1 соответственно k 1 А B k-1 С D , или Изучая явление насыщения, Л. Михаэлис и М. Ментен разработали общую теорию ферментативной кинетики. Они исходили из предположения, что ферментативный процесс протекает в виде следующей химической реакции т.е. фермент Е вступает во взаимодействие с субстратом
S с образованием промежуточного комплекса ES, который далее распадается на свободный фермент и продукт реакции Р. Математическая обработка на основе закона действующих масс дала возможность вывести уравнение, названное в честь авторов уравнением Михаэлиса-Ментен, выражающее количественное соотношение между концентрацией субстрата и скоростью ферментативной реакции где v - наблюдаемая скорость реакции при данной концентрации субстрата S KS- константа диссоциации фермент-субстратного комплекса, моль л
Vmax- максимальная скорость реакции при полном насыщении фермента субстратом. Из уравнения Михаэлиса-Ментен следует, что при высокой концентрации субстрата и низком значении KSскорость реакции является максимальной, т.е. v Vmax. При низкой концентрации субстрата, напротив, скорость реакции оказывается пропорциональной концентрации субстрата в каждый данный момент реакция первого порядка .
Скорость любой ферментативной реакции непосредственно зависит от концентрации фермента рис. 4.19 . Существующая линейная зависимость между этими величинами, когда скорость реакции прямо пропорциональна количеству присутствующего фермента, справедлива только в определенных условиях, например в начальный период ферментативной реакции, так как в этот период практически не происходит обратной реакции, а концентрация продукта оказывается недостаточной для обратимости реакции.
Именно в этом случае скорость реакции точнее, начальная скорость реакции v будет пропорциональна концентрации фермента. Рис. 4.19. Зависимость скорости реакции от концентрации фермента в присутствии насыщающих концентраций субстрата. Как было отмечено, фермент является одной из реагирующих молекул в химической реакции и при взаимодействии с субстратом образует промежуточный фермент-субстратный комплекс, который далее подвергается распаду на продукт и свободный фермент
Если упростить это уравнение, исключив промежуточный ES-комплекс то в уравнениях для скоростей прямой и обратной реакций обязательным компонентом является концентрация фермента Однако в уравнениях для константы равновесия Keqили Кр концентрация фермента уже не имеет значения Как видно, константа равновесия Kр ферментативной реакции не зависит от концентрации фермента.
Определяя скорость и направление химической реакции, фермент тем не менее не оказывает влияния на конечные равновесные концентрации реагирующих молекул и продуктов, определяющих величину константы равновесия. Ферментативные процессы являются регулируемыми. 1. Конкурентное ингибирование - сродство с активным центром. 2. Неконкурентное ингибирование - аллостерическое.
3. Антиконкурентное ингибирование - ингибитор соединяется с es комплексом. 4. Смешанное ингибирование - по активному и аллостерическому центру. 5. Ингибирование избытком субстрата. 23. ДНК как основная внутриклеточная мишень при летальном действии ультрафиолетового света. Эффекты фоторепарации и фотозащиты. ДНК - основная внутриклеточная мишень при летальном и мутагенном действии коротковолнового
УФ-излучения. Основными хромофорами ДНК являются азотистые основания нуклеотидов, причем квантовые выходы фотопревращений пиримидиновых компонентов на порядок выше, чем пуриновых. Поглощение азотистыми основаниями квантов УФ-света приводит к образованию их электронно-возбужденных синглетных и триплетных состояний. Электронно-возбужденные состояния пиримидиновых оснований могут вступать в ряд фотохимических реакций, из которых биологически наиболее важны три реакции присоединения димеризация,
гидратация и образование сшивок с белком. Фотозащита. Помимо фотоферментативного расщепления ДНК процесс фотореактивации , уменьшить выход этих фотопродуктов в клетках можно с помощью другого фотобиологического процесса - фотозащиты. Защитный эффект заключается в том, что предварительное облучение клеток длинноволновым УФ-светом приводит к значительному уменьшению их чувствительности к летальному действию коротковолнового
УФ-излучения. Недавно такой эффект обнаружен у ряда представителей дрожжевых организмов. Характерная особенность фотозащитного эффекта заключается в том, что для его проявления необходим температурно-зависимый интервал времени между последовательными воздействиями на клетки длинноволнового и коротковолнового УФ-света. В этот интервал времени в клетках происходит фотоинду-цированное образование определенного соединения, идентифицированного как 5-окситриптамин, или серотонин.
Согласно данным, полученным в опытах in vivo и в модельных экспериментах, защитное действие серотонина в процессе фотозащиты осуществляется в результате его связывания с ДНК и уменьшения выхода в ней УФ-индуцированных пиримидиновых димеров. 24. В чем сущность метода определения электроемкости при замыкании на сопротивление Базовой величиной в электростатике является электроёмкость - физическая величина численно равная заряду,
который надо сообщить телу для увеличения его потенциала на 1 Вольт, т.е. C q U. Измеряется С в фарадах Ф Кл В . Для сферического тела его электроёмкость равна C 4рRее0, где r - радиус тела. В технике и живой природе мы имеем дело с системой типа конденсатор, когда два заряженных тела пространства разделены диэлектриком. Для плоского конденсатора C
Sее04рd, где S- площадь пластин, d- толщина диэлектрика между пластинами. Заряженный конденсатор обладает энергией W CU2 2 q2 2C измеряется в джоулях При параллельно соединении С заряды на обкладках конденсаторов складываются qоб qi , но q CU, значит qоб q1 q2 или CобUоб C1U1 C2U2. Поскольку при параллельном соединении Uоб U1 U2, то имеем Соб С1 С2. При последовательном соединении напряжения складываются, т.е.
Uоб U1 U2 или . Тогда , т.к. при последовательном соединении qоб q1 q2. Последовательное соединение и эффект увеличения напряжения мы имеем в электрических органах отдельных рыб электрический скат, сом, угорь , когда U может достигать 800-1000 В. Такое напряжение способно при разрядке создать ток, который парализует жертву. Если с помощью переключателя П сначала подсоединить
С к источнику U и зарядить обкладки конденсатора до напряжения U, а затем переключить на правую половину цепи, в правой цепи при разрядке конденсатора С пойдет убывающий ток I I t . При разрядке С убывает экспоненциально. Рассчитать этот закон легко с использованием закона Ома для правой цепи. 25. Колебательные процессы в биологии.
Автоколебательные процессы. Сейчас изучено большое количество колебательных систем в биологии периодические биохимические реакции, колебания в гликолизе, периодические процессы фотосинтеза, колебания численности видов и т. д. Во всех этих процессах некоторые характеризующие систему величины изменяются периодически в силу свойств самой системы без периодического воздействия извне. Подобные системы относятся к классу автоколебательных.
Автоколебательными называются системы, в которых устанавливаются и поддерживаются незатухающие колебания за счет сил, зависящих от состояния самой системы, причем амплитуда этих колебаний определяется свойствами самой системы, а не начальными условиями. Исследование уравнений, описывающих автоколебательные системы, показывает, что на фазовой плоскости стационарное решение такой системы представляется предельным циклом. Для понимания некоторых общих характеристик автоколебательных систем рассмотрим систему уравнений dx
dt P x, у dy dt Q x, у . Если Т Т 0 - наименьшее число, для которого при всяком x t T x t y t T y t , то движение x x t y y t называется периодическим движением с периодом Т. Периодическому движению соответствует замкнутая траектория на фазовой плоскости, и обратно всякой замкнутой траектории соответствует бесконечное множество периодических движений, отличающихся друг от друга выбором начала отсчета времени. Если периодическому движению на фазовой плоскости соответствует
изолированная замкнутая кривая, к которой с внешней и внутренней стороны приближаются при возрастании t соседние траектории по спиралям, то эта изолированная замкнутая траектория будет предельным циклом. Предельный цикл называется устойчивым, если существует такая область E на фазовой плоскости, содержащая этот предельный цикл, что все фазовые траектории, начинающиеся в окрестности E, асимптотически при too приближаются к предельному циклу.
1. Автоколебательные процессы устанавливаются за счёт явлений внутри системы. 2. Амплитуда автоколебаний зависит только от свойств самой системы. 3. АК процессы возможны только вдали от ТД равновесия. 4. Причиной АК процессов является наличие большого числа взаимодействующих элементов и обратных связей между ними. 5. АК процессы всегда устойчивы, отклонения всегда затухают.
6. В фазовом портрете системы АК процессу соответствует предельное множество - предельный цикл. Предельный цикл является изолированной замкнутой траекторией в том смысле, что все фазовые траектории, проходящие в окрестности предельного цикла и не совпадающие с ним, не являются замкнутыми, а представляют собой спирали, наматывающиеся на предельный цикл или сматывающиеся с него. В этом основное отличие предельного цикла от бесконечного числа замкнутых фазовых траекторий, окружающих
особую точку типа центр , которая является в некотором смысле неустойчивой. 26. Структурная организация и функционирование фотосинтетических мембран. Зрительный пигмент родопсин, так же как и бактериородопсин практически единственный белок в фоторецепторной мембране зрительной клетки сетчатки глаза на его долю приходится до 80 всего белка в мембране . Пурпурные мембраны, локализованные в цитоплазме клеток некоторых экстремально галофильных бактерий,
содержат единственный гидрофобный пигмент - белковый комплекс бактериородопсин, молекулы которого располагаются в ПМ строго упорядоченно. ПМ в интактных клетках и в изолированных препаратах представляют собой дискообразные образования диаметром около 0,5 мкм и толщиной 5-6 нм. Бр расположен в ПМ симметричными группами по три молекулы, причем каждый такой тример стабилизирован 12-14 молекулами структурных липидов. Данные спектров кругового дихроизма в
УФ-области свид-ют о высокой степени аспирализации белковой цепи Бр. Хромофор белка - ретиналь - содержится в белке в молярном соотношении 1 1, т. е. на каждую белковую цепь приходится один ретиналь. Трехмерная структура молекулы Бр в ПМ расшифрована с помощью метода дифракции электронов. Одна молекула Бр содержит 7 аспиральных участков, пронизывающих
ПМ. С помощью комплекса физико-химических и биохимических методов определено, что ретиналь ковалентно связан с опсином и образует связь с одним из остатков лизина в белковой цепи так называемое шиффово основание . Макромолекулы Бр гораздо менее подвижны, чем другие мембранные белки. Из темпер-ой зависимости спектров кругового дихроизма ПМ видно, что при температурах выше 30 С взаимодей-е мол-л
Бр внутри триммеров практ-ки исч-т и в ПМ сущ-т мономерная форма Бр. В модельных системах максимум поглощения шиффова основания в протонированной форме находится около 440 нм, в непротонированной - около 360 нм. Однако в Бр максимумы, соответствующие протонированной форме шиффова основания, расположены около 560-570 нм, а непротонированной - около 412 нм. Бр в ПМ может находиться в двух различных состояних после адаптации к темноте или к свету.
Эти состояния отличаются по спектрам поглощения Бр. Максимум полосы, поглощения Бр в образцах, адаптированных к темноте, расположен около 560 нм. После освещения максимум сдвигается до 570 нм. Изомеры Бр при возбуждении светом вовлекаются в различные циклы превращений. В темноте наблюдается медленный процесс релаксации части
Бр до достижения темноадаптированного состояния. 27. Каковы основные электрокинетические явления в биологических объектах. Методы их регистрации и измерения. о - потенциал дрожжевых клеток. Электрокинетические явления явления возникающие в сложных системах при движении дисперсных сред относительно дисперсионной водные растворы белков и солей среды возникают.
Если наблюдается движение одной из фаз по отношению к другой под действием внешнего электрического поля, то эта группа явлений называется электроосмосом или электрофорезом. В частности, электрофорез - это движение дисперсной фазы по отношению к дисперсионной среде во внешнем электрическом поле, а электроосмос движение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы в капиллярах, в пористых перегородках под действием электрического поля.
Потенциал течения возникают в результате движения жидкости под действием гидростатического давления через капилляры или поры, стенки которых обладают электрическим зарядом. Это явление, обратное электроосмосу. Потенциал седиментации возникают между верхними и нижними слоями гетерогенной системы при оседании седиментации частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести. Потенциал седиментации возникает, например, при стоянии крови.
Форменные элементы эритроциты, лейкоциты, тромбоциты , удельный вес которых больше, чем плазмы, оседают на дно сосуда. Противоионы диффузионного слоя - катионы-отстают от движения форменных элементов. В результате этого нижние слои приобретают отрицательный заряд, а верхние-положительный. В основе всех наблюдаемых явлений находится относительное движение ионных слоев и пространственное разделение зарядов поляризация в направлении движения фаз.
Для электрокинетических явлений ЭКЯ характерно возникновение на границе фаз избыточных зарядов, которые образуют два противоположно заряженных слоя т.н. двойной электрический слой ДЭС , в котором электрический потенциал изменяется скачком. Это явление имеет место во многих случаях. Заряд центральной частицы и ионной атмосферы всегда противоположен, поэтому под действием электрического поля на частицу и её атмосферу влияют силы противоположной направленности.
Механизм образования ДЭС в разных системах различен. Например, на поверхности металлов часть электронов несколько выходят за пределы решетки, состоящей из положительных ионов и ДЭС в этом случае вносит свой вклад в работу выхода электронов из металла. Если металл поместить в электролит, содержащие ионы этого металла, то образуется дополнительный ионный ДЭС возникающий в результате ориентации полярных молекул растворителя например,
Н2О у поверхности металла. Двойной электрический слой может образоваться и на поверхности биологических мембран БМ . Наружные полярные гидрофильные молекулы создают на поверхности БМ некоторый заряд преимущественно отрицательный , который препятствует их слипанию, а в самой БМ возникает межфазный скачек потенциала того же знака, что и заряд на мембране. Поверхностная концентрация одновалентных заряженных групп s измеряется кмоль м2 связана с межфазным
потенциалом уравнением Гуи - Чепмена где R- газовая постоянная, NА- число Авогадро, F- число Фарадея, С- молярная концентрация одновалентного электролита в среде KСl или NaCl , e- относительная диэлектрическая проницаемость, j- потенциал в безразмерной форме . Естественно, что заряд на БМ из электролита притягивает ионы противоположного знака, что приводит к образованию ДЭС. В реально функционирующей БМ существует ассиметрия распределения ионов внутренней среды
за счет активного и пассивного транспорта ионов и картина выглядит значительно сложней. В простейшем случае распределение потенциалов вблизи мембраны по обе стороны от нее имеет вид рис.6 т.е. для БМ характерны скачки потенциалов, причем по мере удаления от границы раздела потенциал уменьшается по экспоненте где x- координата точки пространства, а LD- радиус экранировки Дебая. Таким образом, возникающий в биологических объектах и в любых других дисперсных
системах Д.Э.С. приводит к возникновению потенциала на поверхности раздела фаз - x-потенциала, который можно зарегистрировать и величина его будет зависеть как от свойств среды, так и от функционального состояния биологических объектов. В лабораторной работе определялась величина x- потенциала дрожжевых клеток имеющих сферическую форму, движущихся под действием внешнего электрического поля электрофорез . Величина потенциала на поверхности дрожжевой клетки, которую мы будем называть x- потенциалом определится
по формуле 5 . Подставляя вместо h 10-2 и e 81 для воды p 3,14 и, переводя все единицы измерения в СИ, будем иметь расчетную формулу 6 . Иногда вместо пишут , где v называется электрофоретической скоростью или подвижностью. Легко видеть, что подвижность частицы есть отношение ее линейной скорости v к градиенту потенциала электрического поля. Поэтому 6 можно записывать в виде 7 . Зная x-потенциал и радиус частицы можно определить поверхностную плотность зарядов , где q jer
СГС , а S- площадь сфероида S 4pr2 . Эта величина зависит от свойств биологической мембраны и может меняться при изменении функционального состояния организма патология или условий внешней среды, например, действие радиации. 28. Модели экологических систем. Модель - объект любой природы, кот воспроизводит явление, процесс или сис-у с целью их исследования или изучения. Метод исследования явлений, исс-я процессов и сис-м, осованный на построении и изучении
их моделей, наз-ся моделированием. Геометрические модели - внешнее копирование оригинала. Муляжи, используемые в преподовании анатомии, физиоологии, биологии. Создание биологических моделей основано на воспроизведении в лаб условиях определенных состояний заболевания подопытных жив . В эксперименте изучаются механизмы возникновения состояния, его течение, способы воздействия на организм. Создание физических и физико-хим моделей основано на воспоизведении физ и хим способами
биологических структур, функций или процессов модель роста живой кл . важным является модеоирование ф-х условий обитания отдельных клеток, органов или всего организма. Созданные искусственно рас-ры имитируют среду. Модели отдельной популяции. Популяция не взаимод-т с др видами, находящимися с ней. Увеличение численности зависит от скорости разм-я популяции для бесполого разм-я.
Для разнополовой популяции скорость разм-я определяется числом встреч самцов и самок. Экологи наблюдают вымирание популяции, если чис-ть ее опускается ниже критической величины. Популяция голубых китов обречена на вымирание, т. к. ее плотность ниже крит вел-ы. И это не смотря на то, что отдельные виды встречаются в мировом океане, а охота на них запрещена. Модели взаимодействия видов. Они могут быть трех типов 1 конкуренция видов, ведущая к уменьшению численности
обоих видов 2 взаимодействие типа хищник-жертва, когда увеличение численности хищника или паразита происходит за счет уменьшения числ-и жертвы или хозяина 3 симбиоз, ведущий к увеличению обоих видов. Модель популяционного взрыва XN XS AXSDT Модель распространения эпидемии в популяции Модель хищник-жертва 29. Основные стадии фотобиологического процесса Механизмы фотобиологических и фотохимических стадий.
Все фотобиологические процессы протекают по общей схеме 1. Поглощение света молекулой. Не все молекулы поглощают свет, поглощается свет не любой длины волны и не всеми атомными группами молекулы. Атомные группы, поглощающие свет определённой длины волны - хромофорные группы. Наиболее хорошо поглощают свет группы с делокализованными р-электронами в длинных цепях сопряжения. Эти электроны могут легко переходить на более высокие энергетические уровни.
Процесс релаксации делокализованных электронов наиболее долгий. После поглощения кванта света хромофорная группа переходит на более высокое энергетическое состояние. 2. Дезактивация возбуждённого состояния. Внутримолекулярная инверсия. Молекула может вернуться на более низкий энергетический уровень с излучением теплоты или теплоты и флуоресценции. Фотохимическая реакция. Уровень энергии возбуждённого состояния превышает энергетический
барьер разрыва химических связей, это приводит к протеканию химической реакции. Миграция энергии и Конформационные превращения. При этом может происходить миграция энергии к другим атомным группам или молекулам, что сопровождается изменениями конформации. 3. Проявление специфического фотобиологического эффекта. Например, перенос протона, регуляторный акт, изменение проницаемости мембран, биосинтез.
Процесс фотосинтеза вкл фотофизический, фотохимический световой , ферментативный темновой . По современным данным, хлорофилл направляет поглощенную им энергию солнечного луча не на молекулу углекислого газа, а на молекулу воды. Происходит окисление воды, водород присоединяется к хлорофиллу, а часть кислорода выделяется в атмосферу. Процесс окисления воды получил название фотоокисления, так как он идет за счет световой энергии. Углекислый газ присоединяется к органическому соединению акцептору с образованием
карбоксильной группы СООН. Затем уже происходит темновая реакция восстановления карбоксильной группы водородом RCOOH 4Н RCH2OH Н2О Восстановленная водородом углекислота образует фосфо-глицериновую кислоту, триозы, а затем гексозы глюкоза и др Конечным продуктом является крахмал. У некоторых растений в процессе фотосинтеза образуется не крахмал, а только сахар, например у лука. Фотохимические реакции фотосинтеза - это реакции, в которых энергия света преобразуется в энергию химических
связей, и в первую очередь в энергию фосфорных связей АТФ. Именно АТФ является энергетической валютой клетки, обеспечивающей течение всех процессов. Одновременно под действием света происходит разложение воды, образуется восстановленный НАДФ и выделяется, кислород. Энергия поглощенных квантов света стекается от сотен молекул пигментов светособирающий комплекс к одной, характеризующейся поглощением в наиболее длинноволновой части солнечного
спектра. Молекула хлорофилла-ловушки, отдавая электрон акцептору, окисляется. Электрон поступает в электронно-транспортную цепь. Предполагается, что светособирающий комплекс состоит из трех частей главного антенного компонента и двух фокусирующих, расположенных в двух фотосистемах. Комплекс антенного хлорофилла погружен в толщу мембраны тилакоидов хлоропластов.
Совокупность светофокусирующих антенных молекул пигментов и реакционного центра составляет фотосистему. По-видимому, свет поглощается раздельно этими двумя фотосистемами и нормальное осуществление фотосинтеза требует их одновременного участия. При циклическом потоке электроны, переданные от молекулы хлорофилла первичному акцептору, возвращаются к ней обратно. При нециклическом потоке происходит фотоокисление воды и передача электрона от воды к НАДФ. Соответственно двум типам потока электронов различают циклическое
и нециклическое фотофосфорилирование. При нециклическом потоке электронов принимают участие две фотосистемы. Отличительными особенностями нециклического фотосинтетического фосфорилирования являются 1 окисление двух молекул воды, происходящее в результате воздействия h света, которые улавливаются двумя фотосистемами 2 передача электронов от молекул воды через электронно-транспортную цепь на НАДФ. Нециклическое и циклическое фотосинтетическое фосфорилиро вание принято включать в световую фазу
фотосинтеза, однако свет необходим только на первых этапах этих процессов. 30. Описать схему для электрофореза и назначение каждого элемента этой схемы. Электрофорез - это движение дисперсной фазы по отношению к дисперсионной среде во внешнем электрическом поле. Электрофорезом, называется потенциал оседания и состоит в том, что при оседании заряженных частиц регистрируется разность потенциалов между двумя электродами, расположенными на разной высоте.
Метод электрофореза лекарственных веществ. Основой метода электрофореза является свойство гальванического тока отталкивать от себя ионы, имеющие одинаковую полярность. Иными словами, отрицательный электрод отталкивает от себя, а, следовательно, приводит в движение, отрицательные ионы, а положительный электрод отталкивает от себя и приводит в движение положительные ионы. И именно такое перемещение ионов способствует переносу продукта или лекарства через кожу.
Источником тока служит двухполупериодный выпрямитель. Применяют для этого электроды из листового свинца толщиной 0,3-0,5 мм. Т. к. продукты электролиза раствора поваренной соли, содержащегося в тканях, вызывают прижигание, то между электродами и кожей помещают гидрофильные прокладки. Но гидрофильную прокладку активного электрода смачивают раствором соответствующего лекарственного вещества.
Лекарство вводят с того полюса, зарядом кот оно обладает анионы вводят с катода, катионы-с анода. 31. Эпизоотии в экосистемах. Эпизоомтия - широкомасштабное распространение инфекционной болезни среди одного или многих видов животных на определённой территории, значительно превышающее уровень заболеваемости, обычно регистрируемый на данной территории. Проще говоря, эпизоотия - это эпидемия у животных . Модель популяционного взрыва В природе известны эффекты резкого возрастания численности отдельных популяций,
приводящие к глобальным изменениям не только экосистем, но и эколандшафтов с геологическими изменениями. Это популяционные взрывы численности. Пусть численность некоторого вида описывается функцией времени X X Т . Тогда, если предположить, что скорость DX DT прироста численности особей X X Т будет зависеть от численности особей X Т в данный момент времени, т. е. DX DT AX, где А - коэффициент скорости прироста численности особей
X Т , то динамика процесса опишется функцией Х Х Т Х0ехр АТ Х0еАТ, где ХО - начальная численность популяции в момент времени Т Т 0 . Это означает экспоненциальный рост численности X со временем, т. е. X является показательной функцией от Т. Моделирование внутривидовой и межвидовой конкуренции.
Реальные популяции в природе всегда существуют во взаимоотношениях с другими популяциями . Эти взаимоотношения могут быть конкурентные или трофические например, системы хищник- жертва . Положительное A1 показывает свободное размножение жертвы, а -B1 Y - ее поедание хищником. хищник сам по себе вымирает -A2 ,но за счет численности жертвы B2X может поддерживать свою численность.
Легко видеть, что существует сдвиг по фазе между кривыми. Динамика поведения системы хищник- жертва паразит- хозяин Распространение заболеваний в популяциях. Построение эпидемической кривой. В реальных экосистемах существует множество трофических Уровней, и внешний вид организации таких уровней довольно сложен.
Речь идет о болезнях, которые могут резко ограничить численность X и ниспровергнуть теорию Мальтуса. Это пример распространения инфекционных заболеваний, динамику которых в можно представить так DX DT AX-BXY DY DT BXY. Здесь производится учет появления численности заболевших заразных особей, которые путем контакта со здоровыми особями слагаемое BXY заражают последних, уменьшая их численность. Скорость процесса заражения
DY DT и, соответственно, прироста численности заболевших Y пропорциональна числу контактов X и Y. Причем коэффициент В учитывает интенсивность контактов между здоровыми особями X и больными особями Y, т. е. со скоростью BXY здоровые X переходят в класс больных Y скорость прироста последних растет пропорционально контактам
X и Y . В реальной ситуации заболевание распространяется быстро, и слагаемым АХ пренебрегаем, т. е. имеем следующее рекуррентное соотношение XN XS-B XS YS DT YN YS B XS YS DT. В действит. интерес представляет не динамика изменения X и Y, а динамика DY DT В XN YN. Эпидемическая кривая 32. Проблемы первичного акта фотосинтеза. Фотосинтез - уникальный процесс образования богатых энергией органических
веществ в клетках зеленых растений под действием видимого света 400- 700 нм . Суммарное уравнение фотосинтеза имеет вид CO2 nH2O nC6H12O6 nO2 Процессы фотосинтеза пространственно и во времени можно разделить на 2 сравнительно самостоятельных процесса световую стадию окисления воды и темновую стадию восстановления углекислого газа. Обе стадии протекают у высших растений и водорослей в специализированных органеллах клеток- хлоропластах
исключение синезеленные бактерии цианобактерии , у которых аппарат фотосинтеза не обособлен от цитоплазматических мембран . В ходе световой стадии фотосинтеза образуется высокоэнергетические продукты АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта выделяется кислород. В общем роль световых реакций фотосинтеза заключается в том, что в световую фазу синтезируются молекула
АТФ и молекулы-переносчики протонов, то есть НАДФ Н2. Фотохимическая суть процесса Хлорофилл имеет два уровня возбуждения с этим связано наличие двух максимумов на спектре его поглощения первый связан с переходом на более высокий энергетический уровень электрона системы сопряжённых двойных связей, второй- с возбуждением неспаренных электронов азота и кислорода порфиринового ядра. При неизменном спине электрона формируются синглетные первое и второе возбуждённое
состояние, при изменённом- триплетное первое и второе. Второе возбуждённое состояние наиболее высокоэнергетично, нестабильно и хлорофилл за 10-12 сек переходит с него на первое, с потерей 100 кДж моль энергии только в виде теплоты. Из первого синглетного и триплетного состояний молекула может переходить в основное с выделением энергии в виде света флуоресценция или тепла, с переносом энергии на другую молекулу, либо, поскольку электрон
на высоком энергетическом уровне слабо связан с ядром, с переносов электрона на другое соединение. Первая возможность реализуется в светособирающих комплексах, вторая- в реакционных центрах, где переходящий в возбужденное состояние под воздействием кванта света хлорофилл становится донором электрона восстановителем и передаёт его на первичный акцептор. Чтобы предотвратить возвращение электрона на положительно заряженный хлорофилл, первичный акцептор передаёт его вторичному.
Кроме того, время жизни полученных соединений выше чем у возбуждённой молекулы хлорофилла. Происходит стабилизация энергии и разделения зарядов. Для дальнейшей стабилизации вторичный донор электронов восстанавливает положительно заряженный хлорофилл, первичным донором же является в случае оксигенного фотосинтеза вода. Проблемой, с которой сталкиваются при этом проводящие оксигенный фотосинтез организмы, является различие
окислительно-восстановительных потенциалов воды для полуреакции H20 O2 E0 0,82 В и НАДФ E0 -0,32 В . Хлорофилл при этом должен иметь в основном состоянии потенциал больший 0,82 В чтобы окислять воду, но при этом иметь в возбуждённом состоянии потенциал меньший чем ?0,32 В чтобы восстанавливать НАДФ . Одна молекула хлорофилла не может отвечать обоим требованиям. Поэтому сформировалось две фотосистемы и для полного проведения процесса необходимо два кванта света
и два хлорофилла разных типов. 33. Что такое реобаза и хронаксия? Как их определить экспериментально. Реобаза это минимальное напряжение электрического тока, вызывающее при неограниченной длительности действия ответную реакцию. Она измеряется в единицах силы тока - вольтах. Хронаксия это наименьшее время, необходимое для возникновения возбуждения при действии тока с напряжением, равным удвоенной реобазе.
Хронаксия измеряется в милли секундах. Реобаза различных мышц человека составляет в среднем 15-30 вольт у тренированных к мышечной деятельности и 30-60 вольт у нетренированных. Для определения двигательной хронаксии у человека в покое и после нагрузок необходима следующая аппаратура хроноксиметр с электродами, физ. раствор, бинт, вата, спирт, гантели 3-5 кг. Исследование проводится в 2-х группах в одной - человек, который регулярно занимается спортом, в другой
менее тренированный. Хроноксиметр включается в сеть для 20-минутного прогревания. За это время подготовить к работе электроды и подключить их к прибору. Индифферентный электрод смочить физ раствором. Исследование начинается с определения двигательной точки. Подбирают ток, напряжение которого заведомо превышает величину реобазы и раздражают различные участки исследуемой мышцы. После нахождения этой точки активный электрод фиксируется на время всего опыта.
Индифферентный электрод прибинтовывается к предплечью. Затем начинается само исследование в состоянии покоя. Затем испытуемому дают гантели весом 3- 5 кг в каждую руку, которые он удерживает до утомления и быстро вновь определяют реобазу и хронаксию указанных выше мышц. При определении реобазы установить переключатель на режим постоянный ток , ручку плавной регулировки
напряжения поставить в нулевое положение. Ручку грубой регулировки напряжения поставить в положение 30 этим обеспечивается работа на 30-вольтовой шкале. Вращая ручку 5 подающую напряжение находят величину напряжения при которой получилось сокращение мышц. 34. Первый и второй законы термодинамики в биологии. Характеристические функции и их использование в анализе биологических процессов. Энтропия. Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения
и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом Изменение ДU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами. ДU Q-A. Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме
Q ДU A. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами. Первый закон определяет принципиальное условие жизнедеятельности материи, заключающейся в том, что она всегда должна находиться в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии неживая материя всегда находится в неустойчивом неравновесном термодинамическом состоянии . Опытная проверка этого закона проводилась в спец калориметрах, где измеряется теплота, выделенная
организмом в процессах метаболизма, при испарениях, и вместе с продуктами выделения. Поступающие в организм питательные вещества распадаются с освобождением заключенной в них свободной Е, кот используется для жд. Опыты проводились для реакций основного обмена на коротком промежутке вр когда не происходит накопления биомассы в рез-те роста и не совершается значительной раб. В рез-те, выделенная орг-м теплота полностью соответствует
Е, поглощенной вместе с пит веществами. Справедливость I з означает, что сами по себе орг-мы не являются независимым источником к-либо новой Е. Второй закон термодинамики был сформулирован Клаузиусом. II з дает критерий направленности самопроизвольных необратимых процессов. Всякое изменение состояния системы описывается соответствующим изменением особой функ-и состояния -
энтропии dS, кот определяется суммарной вел-й поглощенных сис-й приведенных теплот Q Т. Клаузиус также ввёл понятие энтропии, как функции состояния, приращение которой равно теплоте, подведённой к системе в обратимом изотермическом процессе, делённой на абсолютную температуру, при которой происходит этот процесс. Согласно II началу терм-ки энтр сис-ы будет стремиться к max, при кот будет достигнуто равновесие и реакция прекратиться. Второй закон термодинамики определяет, каким образом живыми
системами обеспечивается устойчивость неравновесного термодинамического состояния. В соответствии с этим законом биологические системы обеспечивают устойчивость неравновесного термодинамического состояния путем непрерывных энергетических колебаний в виде циклов синтеза и расщепления АТФ в определенных пределах, совокупность которых на уровнях клеток, органов, систем и целостных организмов формируется в виде биоритмов. Необратимые процессы, ведущие систему к увеличению энтропии, ведут систему
к максимальному числу микросостояний, к ТД хаосу, равновесию. В состоянии ТД равновесия, при максимальной энтропии, информационная структура системы нулевая. Энтропия и информация связаны, как обратные величины уменьшение энтропии системы связано с увеличением информации этой системы. 35. Рецепция медиаторов и гормонов. Проблема клеточного узнавания. Механизмы взаимодействия клеточных поверхностей.
Многие рецепторы гормонов находятся в плазматической мембране клеток. Исключением из этого правила являются стероидные гормоны, рецепторы которых находятся внутри клетки. Многие пептидные гормоны и кохетоламины преобразуются в процессе активации мембранного фермента аденилатциклазы. Этот фермент катализирует синтез регуляторного нуклеотида - циклического АМФ цАМФ . В клетках эукариот цАМФ активизирует его зависимые протеинкиназы, которые фосфорилируют функциональные
или структурные протеины. Как результат - ингибируется или активизируется синтез специфических биомолекул. Последние могут изменять транспорт ионов, механическую активность клеток и вызывать другие ответные реакции. Сигнал гормона в сигнал цАМФ преобразуется в плазматической мембране за счет взаимодействия рецептора, регуляторного N- белка и аденилатциклазы N- белок влияет на активность Ац . Существенно, что состояние липидного бислоя влияет на скорость этих
реакций образования. Например, действие лазера существенно влияет на коэффициенты латеральной диффузии рецепторов, вызывая фотоокисление. Межклеточное взаимодействие и кооперация клеток связаны с клеточной рецепцией и медиацией, нарушение которой ведет к разнообразной патологии клеток. 36. Какой вид имеет дифференциальное уравнение, описывающее простейшие представления Бернштейна? Равновесный потенциал находим из условий равенства электрохимических потенциалов проникающего
иона внутри и снаружи, т.е по двум сторонам мембраны Величина называется мембранным потенциалом. Мы будем называть безразмерным мембранным потенциалом величину Теперь уравнение равновесного потенциала уравнение Нернста может быть записано в довольно простом виде В 1902 году Бернштейн выдвинул гипотезу, согласно которой потенциал покоя обусловлен тем, что цитоплазматическая
мембрана проницаема для ионов калия и на ней создается потенциал, описываемый уравнением Нернста. Опыты проводились на кальмарах и каракатицах, их длинные тяжи - это толстые аксоны, на которых удобно измерить как мембранный потенциал, так и концентрацию внутриклеточного раствора. Это предположение было подтверждено многими исследователями. Калиевая теория потенциала покоя до конца несовершенна и не объясняет все факты.
37. Изменение энтропии в открытых системах. Постулат Пригожина Живые сис-ы являются открытыми, изменение энтропии будет складываться из продукции энтропии внутри организма за счет биохим процессов. dS dis des dis-продукция энтропии внутри системы des-обмен энтропии с окруж. ср. Скорость изменения энтропии в орг-ме алгебраической сумме производства энтропии внутри организма и скорости поступления энтропии из внеш ср в орг-м.
Скорость изменения энтр в орг-е dS dt dis dt des dt dS dt dis dt-скорость энтр внутри орг-а des dt-скорость обмена энтр м у организмом и окр ср. II начало термод-и носит статистич вероятност хар-р, повышение энтропии в необратимых прцессах будет отражаться вероят этот з соблюдается для макроскопической сис-мы, где имеется большое кол-о компонентов В первые доказано Больцманом s k lnW т. е. следующая связь м у энтропией и термодинамич. вероятностью сис-ы k-постоянная
Больцмана 1,38 10-23 Дж моль lnW-термодн. Вероятность - число всех перегруппировок компонентов внутри сис-ы. Проанализируем ур. II начала терм-и для откр сис-м des dt 0 -показывает увеличение энтр в рез-те того, что в орг-м поступает поток вещ-ва и Е des 0-показывает отток энтр из орг-ма превышает приток dis dt 0-считается всегда , т. к. в орг-ме постоянно протекают биофиз и биохим процессы. При условии, что dis dt 0 возможны след случаи dS dt 0, если des dt 0 или des dt 0, но при этом dis
dt des dt, скорость производства энтр внутри орг-ма будет превышать скорость обмена энтр с окр ср dS dt 0, если des dt 0, т. е. скорость обмена энтр орг-а с окр ср будет превышать скорость производства энтр внутри самой сис-ы, т. е. des dt , чем dis dt dS dt 0 это соотношение будет иметь место, если des dt 0, т. е. скорость обмена энтр с окр ср будет равна скорости производства энтр за счет протекания внутр. биофиз и биохим процессов. последний случай свидетельствует о установлении внутри сис-ы стационарного
режима Sconst. Такой анализ применителен к жив сис-е показывает, что биол процессы могут сопрвождаться самопроизвольным уменьшением энтр, что позволяет объяснить кажущиеся противоречия м у II началом термо-и и жив сис-й. Свободная Е не может возрастать лишь в изолированных сис-х. Жив орг-ы как откр сис-ы в процессе автотроф и гетеротроф питания не получают свободной Е из окр ср. II начало термод-и применительно к жив сис-м надо рассматривать с учетом их вз с окр ср,
с этой точки зрения энтр и повыш своб Е фотосинтезирующих орг-впроисходит благодаря уменьшению своб Е и увеличению энтр в сис-е более высокого порядка. Общ баланс энтр автотрофных соответствует II началу термод-и. Уменьшение Е в разных частях кл, где происходит билхим синтез , происходит за счет увеличения энтр в реакциях десимиляции и общ баланс энтр повышается.
В значительной мере процессы обмена в жив орг-ме зависят от скорости биохим превращений. Общ теория роста и развития орг-а была сформулирована Пригожиным, в процессе роста и развития органов происходит уменьшение скорости продуцирования энтр отнесенной еденице массы объекта dS dis des 0. Пригожин на основе изучения откр сис-м сформулировал основное св-во стац состояния. В стац состоянии при фиксированных внешних параметрах скорость продукции энтр в откр
сис-е обусловленная протеканием необратимых процессов постоянна во времени и min по величине dis dtmin. Согласно ей, стац состояние харак-я min рассеив Е. Эти условия являются справедливыми для сис-м в кот будут выполняться линейные соотношения м у причинами скорости и движущих сил процессов. Жив орг-ы поставлены в более выгодных условия. Поддержание гомеостаза требует min затрат Е. 38. Фоторецепция.
Строение зрительной клетки. Процесс фоторецепции происходит в сетчатке глаза. Основными элементами сетчатки являются фоторецепторы - палочки и колбочки, а также соединенные с ними биполярные первые нейроны зрительной системы и ганглиозные клетки вторые нейроны , дающие волокна зрительного нерва. Фотохимические реакции в рецепторе приводят к возбуждению биполярных, а затем ганглиозных клеток, от которых нервные импульсы направляются в головной мозг.
Фоторецепторы - это высокоспециализированные клетки, преобразующие световые раздражения в нервное возбуждение. Фоторецепция начинается в наружных сегментах, где на дисках расположены молекулы зрительного пигмента в палочках - родопсин, в колбочках - иодопсин . Трансформация энергии света в фоторецепторный сигнал у позвоночных происходит в палочках и колбочках. Палочки способны генерировать сигнал в ответ на 1 квант света. Они состоят из дисков, разделенных мембранами толщиной 15-16нм.
Мембрана образована фосфолипидным бислоем со встроенным родопсином. Палочки обеспечивают сумеречное зрение! Родопсин- хромопротеин М 40 000 , гидрофобный фрагмент которого находится внутри рецепторной мембраны, а гидрофильный компонент 12 000 - снаружи. Хроматофор родопсина тоже ретиналь- половина молекулы - каротина. При освещении родопсин обесцвечивается и максимум сдвигается с 500нм в коротковолновую область, в отличие
от бактериородопсина. В наружном сегменте много ненасыщенных жирных кислот, поэтому необходима защита от перекисного окисления с помощью - токоферола. Его недостаток приводит к образованию перекисей. При освещении родопсин переходит в изородопсин и далее наблюдается обратное восстановление за счет биохимических реакций. В фоторецепторной клетке на один поглощенный родопсином h в плазматической мембране блокируется 100- 300 Na - каналов. Одновременно внутриклеточно выделяется медиатор в цитоплазме наружного
сегмента вследствие чего блокируются Na - каналы. Предполагается, что существуют посредники например Са2 и циклические нуклеотиды , которые при освещении выбрасываются изнутри фоторецепторных дисков, блокируют Na - каналы а затем активно закачиваются внутрь. По другой гипотезе нуклеотид цГМФ в темноте поддерживает Na - каналы открытыми, а при освещении их закрывает. Возможный медиатор- фосфоинозитол. Палочки и колбочки различаются по своим функциям.
Палочки обладают более высокой чувствительностью, чем колбочки, и являются органами сумеречного зрения. Они воспринимают черно-белое бесцветное изображение. Колбочки представляют собой органы дневного зрения. Они обеспечивают цветное зрение. Существуют 3 вида колбочек у человека воспринимающие преимущественно красный, зеленый и сине-фиолетовый цвет. Разная их цветовая чувствительность определяется различиями
в зрительном пигменте. Комбинации возбуждений этих приемников разных цветов дают ощущения всей гаммы цветовых оттенков. Равномерное возбуждение всех 3 видов колбочек вызывает ощущение белого цвета. 39. Сформулируйте закон Био. Покажите на ЭВМ изменение интенсивности светового пучка при прохождении через оптически активную среду. Обнаружить оптическую активность в-ва ОАВ можно с помощью системы поляризатор-анализатор.
Интенсивность света, прошедшего через такую систему зависит от угла м у плоскостью анализатора и поляризатора ц, т. е. J J0cos2ц. Для твердых в-в угол поворота плоскости поляризации ц пропорционален толщине в-ва l т. е. ц бl, где б - удельное вращение плоскости поляризации ПП , и для различных в-в он строго определен град м, град мм . По определению б равен углу, на который поворачивается плоскость поляризации слоем
ОАВ толщиной 1 м или 1 мм . По закону Био удельное вращение б зависит от длины волны проходящего света. Вдали от полос поглащения зависимость б от л определяется ф-лой Био ц l л2. Для растворов, если растворитель нейтральный, ц зависит от концентрации растворенного ОАВ С ц вСl т.е. б вС. Константа в зависит от растворенного в-ва и называется удельным вращением растворенного вещества. в углу поворота ПП, кот вызывается слоем р-ра толщиной 1 м при конц раств-го в-ва 1кг м3 или 1
дцм при С 1г см3 . График зависимости фототока I от ц будет п с синусойду с периодом 180 град, согласно з-ну Малюса J J0cos2ц. 40. Понятие обобщенных сил и потоков. Линейные соотношения и соотношения взаимности Онзагера. В 1931 г. Ларс Онзагер предположил, что при небольших отклонениях от равновесия существует линейная связь между потоками Ji, где i 1, 2 n и термодинамическими силами
Xj, где j 1, 2 n. При этом каждая термодинамическая сила может вызвать несколько различных потоков. Например, такая сила, как градиент температуры, может вызвать не только поток теплоты, но и поток вещества или электрический ток. В общем случае поток может зависеть от градиента нескольких величин. Например, существует одновременный перепад температуры, плотности газа и т. д. Эти процессы описываются системой уравнений где J1 - плотность теплового потока
L11 - коэффициент теплопроводности X1 - минус градиент температуры L12 - коэффициент термодиффузии X2 - минус градиент плотности L21 - коэффициент диффузионной теплопроводности L22 - коэффициент диффузии и т. д. Сокращенная запись обобщенных термодинамических уравнений движения имеет вид , 9.5 где i 1, 2 n. Постоянные коэффициенты Lij называются кинетическими коэффициентами.
Кинетические коэффициенты могут быть функциями параметров состояния , но не зависят от Ji, Xj, а определяются в рамках молекулярно-кинетической теории. Ларс Онзагер показал, что недиагональные коэффициенты равны при соответствующем выборе потоков и сил i ? j . 9.6 Равенства 9.6 называют соотношениями взаимности Онзагера. Их значение состоит в том, что они связывают различные физические процессы например, явление
термодиффузии и диффузионный термоэффект . По характеристикам одного процесса можно предсказать характеристики другого. Эти два принципа - принцип линейности термодинамических потоков и соотношение взаимности Онзагера - легли в основу развитой им теории неравновесных процессов и стимулировали развитие линейной неравновесной термодинамики. 41. Электрорецепция. ЭЛЕКТРОРЕЦЕПЦИЯ - способность многих рыб акулы, скаты и др. воспринимать электрические сигналы окружающей среды, в т. ч. генерируемые электрическими органами.
Электрорецепция используется для поиска добычи, биокоммуникации и ориентации, восприятия магнитного поля Земли. Осуществляется электрорецепторами. Замечательная электрочувствительность слабо электрических рыб и других животных достигается двумя типами рецепторов электрических полей ампулярными и бугорковыми органами рыб. Оба типа рецепторов являются модификациями системы боковой линии, вездесущей у рыб. Ампулярные органы - это группы сенсорных клеток, организованных вокруг полости длинного, заполненного
желеобразным содержимым, канала. Сенсорные клетки ампул почти полностью окружены вспомогательными клетками. Только верхушка сенсорной клетки остается свободной и контактирует с пластинкой ампулы. Бугорковые электрические органы рыб отличаются от ампулярных органов двумя существенными чертами. Во-первых, они не соединены с внешней средой желе-заполненным каналом. Вместо этого канал закупорен специализированными эпителиальными клетками.
Во-вторых, сенсорные клетки в полость выходят не только верхушкой, а выдвинуты в нее на 90 и лишь присоединены обычно к небольшому поддерживающему холмику. Два класса электрорецепторов имеют различные характеристики ответа. Афферентные волокна из ампулярных сенсорных клеток дают тонические - длительные и непрерывные ответы на низкочастотные от менее 0,1 Гц до 10 - 25 Гц стимулы или постоянный ток. Ампулярные органы имеют широкий диапазон чувствительности с порогами
от менее 20 нВ см до 10 -100 мкВ см. Напротив, бугорковые органы чувствительны к высоким частотам и нечувствительны к низким и постоянному току. Сенсорные волокна из бугорковых органов дают фазические ответы - короткий залп активность на ступенчатое изменение стимулирующего напряжения. И тонические ампулярные , и фазические бугорковых органов рецепторы имеются и у клюворылых, и у гимнотид. Бугорковые органы отстутствуют у неэлектрических и морских рыб.
Электрическое сопротивление тела значительно ниже, чем окружающей среды. Если рыба ориентирована вдоль градиента потенциала, ток входит на одном ее конце скажем, в голове и выходит на другом в хвосте . Индивидуальные электрорецепторы стимулируются различиями между внутренним и наружным электрическим потенциалами. Эти различия максимальны у головы и хвоста, где входит и выходит ток. В отличие от хрящевых рыб с их высокоорганизованной системой ампул
Лоренцини пресноводные клюворылые и гимнотиды как электрочувствительный орган используют все свое тело. 42. Как влияет удаление малозначащих признаков из обучающей выборки на процесс обучения нейросети. Пример на ЭВМ. Искусственная нейронная сеть ANN - artificial neural network представляет собой вычислительную архитектуру для обработки сложных данных с помощью множества связанных между собой процессоров и вычислительных путей. Искусственные нейронные сети, созданные по аналогии с человеческим мозгом, способны обучаться
и анализировать большие и сложные наборы данных, которые с помощью более линейных алгоритмов обработать крайне сложно. Для обучения нейронной сети необходима обучающая выборка задачник , состоящая из примеров. Каждый пример представляет собой задачу одного и того же типа с индивидуальным набором условий входных параметров и заранее известным ответом. Например, в качестве входных параметров в одном примере могут использоваться данные обследования одного больного, тогда заранее известным ответом в этом примере может
быть диагноз. Несколько примеров с разными ответами образуют задачник. Задачник располагается в базе данных, каждая запись которой является примером. Не останавливаясь на математических алгоритмах, подробно описанных в монографии 5.45 , рассмотрим общую схему обучения нейросети. 1. Из обучающей выборки берется текущий пример изначально, первый и его входные параметры представляющие в совокупности вектор входных сигналов подаются его на входные синапсы обучаемой
нейросети. Обычно каждый входной параметр примера подается на один соответствующий входной синапс. 2. Нейросеть производит заданное количество тактов функционирования, при этом вектор входных сигналов распространяется по связям между нейронами прямое функционирование . 3. Измеряются сигналы, выданные теми нейронами, которые считаются выходными. 4. Производится интерпретация выданных сигналов, и вычисляется оценка, характеризующая различие между
выданным сетью ответом и требуемым ответом, имеющимся в примере. Оценка вычисляется с помощью соответствующей функции оценки. Чем меньше оценка, тем лучше распознан пример, тем ближе выданный сетью ответ к требуемому. Оценка, равная нулю, означает что требуемое соответствие вычисленного и известного ответов достигнуто. Заметим, что только что инициализированная необученная нейросеть может выдать правильный ответ только
совершенно случайно. 5. Если оценка примера равна нулю, ничего не предпринимается. В противном случае на основании оценки вычисляются поправочные коэффициенты для каждого синаптического веса матрицы связей, после чего производится подстройка синаптических весов обратное функционирование . В коррекции весов синапсов и заключается обучение. 6. Осуществляется переход к следующему примеру задачника и вышеперечисленные операции повторяются.
Проход по всем примерам обучающей выборки с первого по последний считается одним циклом обучения. При прохождении цикла каждый пример имеет свою оценку. Вычисляется, кроме того, суммарная оценка множества всех примеров обучающей выборки. Если после прохождения нескольких циклов она равна нулю, обучение считается законченным, в противном случае циклы повторяются. Количество циклов обучения, также как и время, требующееся для полного обучения,
зависят от многих факторов - величины обучающей выборки, количества входных параметров, вида задачи, типа и параметров нейросети и даже от случайного расклада весов синапсов при инициализации сети. 43. Пространственная конфигурация биополимеров. Типы объемных взаимодействий в белковых макромолекулах. Водородные связи. Общие черты пространственных структур различных белков были установлены в работах Л.Полинга и Р.Кори 1. Длины связей и величины валентных углов всех пептидых груп - одинаковы.
2. Все атомы пептидной группы расположены в одной плоскости и предпочтительной конфигурацией пептидной группы является транс-конфигурация 3. Полипептидная цепь полностью насыщена водородными связями 4. Двухгранные углы вращения вокруг связей N - Cа и Cа - С отвечают минимумам торсионных потенциалов, а расстояния между всеми валентно не связанными атомами превышают суммы ван-дер-ваальсовых радиусов. 5. Конформационные состояния всех звеньев полипептидной
цепи эквивалентны. Полинг и Кори, сформулировали гипотезу, согласно которой альфа-спираль и складчатая бэта-структура имеют фундаментальное значение в пространственной организации белковых молекул и что структуры фибриллярных, глобулярных белков и синтетических пептидов могут быть описаны с помощью небольшого числа канонических форм - некоторых структурных блоков. В результате стереохимических преобразований в структуре белковой молекулы формируются соответствующие
молекулярные органы и исполнительные механизмы, а на локальных и поверхностных участках возникает такая пространственно-упорядоченная организация боковых атомных R-групп элементов, которая в живой системе играет роль стереохимических кодовых информационных сигналов. К таким сигналам могут относиться стереохимические команды управления активного центра фермента адресный код и код химической операции различные сигнальные и регуляторные кодовые компоненты коммуникативные
локальные и поверхностные кодовые стереохимические матрицы микроматрицы , служащие для информационного взаимодействия белковых молекул с их молекулярными партнёрами и т. д. При этом, сама программа функционирования белковой молекулы благодаря программирующим свойствам элементов коммутируется лабильными физико-химическими силами, связями и взаимодействиями между боковыми R-группами элементов аминокислот в составе её трёхмерной структуры.
Поэтому природа взаимодействий боковых атомных групп, определяющих конформационные особенности и внутреннюю динамику белковой макромолекулы, имеет химическую основу и носит информационный характер. Общая структура свернутого белка исключительно компактна. Например, полностью вытянутая цепь панкреатического трипсинового ингибитора 58 остатков имеет длину 21.1 нм, а максимальный габаритный размер свернутого белка равен около 2.9 нм.
Карбоксипептидаза, состоящая из 307 аминокислотных остатков, в вытянутой форме имеет длину 111.4 нм, а в свернутой - 5.0 нм. По плотности упаковки белки очень близки кристаллам малых органических молекул 70-78 , связанных между собой дисперсионными, лондоновскими силами. Из-за высокой плотности упаковки белки отличаются слабой сжимаемостью. Так их коэффициент сжимаемости меньше, чем у масла, и практически совпадает с коэффициентами сжимаемости
олова и каменной соли. Плотность белка не одинакова во всех частях глобулы. Плотность центральной части ниже кажущейся плотности белковой молекулы в растворе. Низкая плотность и даже пустоты , т.е. области, не заполненные атомами белка, встречаются в различных частях глобулы. Как правило, в них находятся единичные молекулы воды, связанные с аминокислотными остатками водородными связями. Молекулы воды обнаруживаются рентгеноструктурным анализом и составляют с белком
как бы единое целое. 44. Хеморецепция. Хеморецепция, восприятие одноклеточным организмом или специализированными клетками хеморецепторами многоклеточного организма существенных для его жизнедеятельности химических раздражителей, находящихся во внешней или внутренней среде. Хеморецептор chemoreceptor - афферентный нейрон, который отвечает генерацией нервного импульса на взаимодействие рецепторного белка с определенной химической молекулой на появление в организме особых химических соединений.
Импульс распространяется по чувствительным нервам. Хеморецепторы в большом количестве присутствуют во вкусовых сосочках языка, а также на слизистой оболочке носа. Способность в той или иной мере анализировать химический состав окружающей среды и реагировать определённым образом на его изменения присуща всем живым организмам. На основе этой способности у них в ходе эволюции образовалось несколько специализированных видов
Х. У микроорганизмов сравнительно хорошо изучена Х. пищевых веществ. У многоклеточных организмов обособляется сенсорная Х на основе которой развиваются органы чувств. Для позвоночных животных, а также для насекомых характерны специализированные формы Х обонятельная и вкусовая. У наземных животных контактная и дистантная Х. обычно представлена соответственно вкусовой и обонятельной
рецепцией. У животных имеется и малоспециализированный тип Х общее химическое чувство , с помощью которого обеспечивается чувствительность покровов тела к едким, раздражающим веществам. Химический анализ внутренних сред организма например, крови, тканевой жидкости осуществляется посредством интерорецепции. Наряду с сенсорной Х. и интерохеморецепцией у многоклеточных организмов в ходе эволюционного развития выделились др. типы
клеточной рецепции, которые также можно отнести к Х. в широком смысле слова, например рецепция гормонов, рецепция синаптических медиаторов. 45. Показать последовательность обучения и тестирования нейронной сети. Что такое внешняя выборка. Искусственная нейронная сеть ANN - artificial neural network представляет собой вычислительную архитектуру для обработки сложных данных с помощью множества связанных между собой процессоров и вычислительных путей.
Искусственные нейронные сети, созданные по аналогии с человеческим мозгом, способны обучаться и анализировать большие и сложные наборы данных, которые с помощью более линейных алгоритмов обработать крайне сложно. Для обучения нейронной сети необходима обучающая выборка задачник , состоящая из примеров. Каждый пример представляет собой задачу одного и того же типа с индивидуальным набором условий входных параметров и заранее известным ответом. Например, в качестве входных параметров в одном примере могут
использоваться данные обследования одного больного, тогда заранее известным ответом в этом примере может быть диагноз. Несколько примеров с разными ответами образуют задачник. Задачник располагается в базе данных, каждая запись которой является примером. Не останавливаясь на математических алгоритмах, подробно описанных в монографии 5.45 , рассмотрим общую схему обучения нейросети. 7. Из обучающей выборки берется текущий пример изначально, первый и его входные
параметры представляющие в совокупности вектор входных сигналов подаются его на входные синапсы обучаемой нейросети. Обычно каждый входной параметр примера подается на один соответствующий входной синапс. 8. Нейросеть производит заданное количество тактов функционирования, при этом вектор входных сигналов распространяется по связям между нейронами прямое функционирование . 9. Измеряются сигналы, выданные теми нейронами, которые считаются выходными.
10. Производится интерпретация выданных сигналов, и вычисляется оценка, характеризующая различие между выданным сетью ответом и требуемым ответом, имеющимся в примере. Оценка вычисляется с помощью соответствующей функции оценки. Чем меньше оценка, тем лучше распознан пример, тем ближе выданный сетью ответ к требуемому. Оценка, равная нулю, означает что требуемое соответствие вычисленного и известного ответов достигнуто.
Заметим, что только что инициализированная необученная нейросеть может выдать правильный ответ только совершенно случайно. 11. Если оценка примера равна нулю, ничего не предпринимается. В противном случае на основании оценки вычисляются поправочные коэффициенты для каждого синаптического веса матрицы связей, после чего производится подстройка синаптических весов обратное функционирование . В коррекции весов синапсов и заключается обучение.
12. Осуществляется переход к следующему примеру задачника и вышеперечисленные операции повторяются. Проход по всем примерам обучающей выборки с первого по последний считается одним циклом обучения. При прохождении цикла каждый пример имеет свою оценку. Вычисляется, кроме того, суммарная оценка множества всех примеров обучающей выборки. Если после прохождения нескольких циклов она равна нулю, обучение считается законченным, в противном
случае циклы повторяются. Количество циклов обучения, также как и время, требующееся для полного обучения, зависят от многих факторов - величины обучающей выборки, количества входных параметров, вида задачи, типа и параметров нейросети и даже от случайного расклада весов синапсов при инициализации сети. 46. Взаимодействие макромолекул с растворителем. Состояние воды и гидрофобные взаимодействия в биоструктурах. Так как большинство белков функционирует в водной среде, то взаимодействие составляющих их мономеров
с водой определяет пространственную конформацию макромолекулы белка в целом. Молекула воды является диполем из-за своей асимметрии. В водном растворе атом О2 располагается как бы в центре тетраэдра, в двух вершинах которого находятся атомы Н. Две пары электронов кислорода, не участвующие в образовании валентной связи, находятся на вытянутых орбиталях, оси которых направлены к двум вершинам тетраэдра.
Эти электронные пары несут отрицательный заряд и притягивают атомы водорода двух соседних молекул, то есть образуют водородные связи. Благодаря этим взаимодействиям в жидкой воде формируются ассоциации молекул, называемые кластерами. Структура кластеров сходна со структурой льда. Однако эта кристаллическая решетка отличается определенной рыхлостью именно этим объясняется невысокая плотность льда . Вместе с тем, даже после полного таяния льда в жидкой фазе воды сохраняются льдоподобные
структуры - кластеры расчеты показывают, что если бы их не было, то плотность жидкой воды была бы 1.8 г мл, вместо 1.0 г мл . Наличие в воде кластеров подтверждается данными рентгенографических исследований. Между неструктурированной водой и кластерами постоянно осуществляется обмен молекулами, так что в среднем время жизни кластера составляет 10-10 с. При 20 оС в воде доля несвязанных в кластеры молекул составляет 29.5 . С увеличением температуры средний размер кластера уменьшается, и доля несвязанных молекул возрастает
именно плавлением кластеров объясняется аномально высокая теплоемкость воды . В воде хорошо растворяются такие органические соединения, которые содержат полярные группы и способны вступать в диполь-дипольное взаимодействие с молекулами воды или образовывать с ними водородные связи. Такими, в частности, являются группы Напротив, неполярные соединения плохо растворимы в воде. Физические причины этих явлений были выяснены после измерения термодинамических параметров процессов
растворения. Было установлено, что в случае плохой растворимости углеводорода в воде изменение свободной энергии положительно, и, следовательно, энтропия системы уменьшается. Прямыми физическими исследованиями было показано, что при этом происходит увеличение доли кластеров. При растворении молекулы углеводов втискиваются в полости внутри тетраэдрических ячеек кластеров и вытесняют оттуда неструктурированную воду. Последняя образует новые кластеры, и упорядоченность системы
увеличивается, а значит, энтропия уменьшается. Поэтому гидрофобные взаимодействия являются результатом свойств воды, а не каких-то особых сил, связывающих неполярные группы друг с другом. Таким образом, ассоциация неполярных молекул в воде за счет гидрофобных взаимодействий определяется выталкивающим действием воды на неполярные соединения, что обусловлено тенденцией молекул воды к достижению состояния максимальной неупорядоченности. Все аминокислотные остатки, входящие в состав полипептидной
цепи условно разделяются на две группы -неполярные гидрофобные -полярные гидрофильные Степень гидрофобности остатка определяют по разности свободных энергий растворения аминокислоты в слабополярном растворителе и воде обычно используют этиловый спирт . Гипотеза об определяющей роли гидрофобных взаимодействий была доказана в 1944 году. Идея состояла в том, что гибкая молекула белка в воде сворачивается в глобулу поскольку полярные остатки
белка стремятся к максимальному контакту с водным окружением, а неполярные - к минимальному контакту . Из геометрии известно, что минимальной поверхностью при заданном объеме обладает шар. Стремление неполярных остатков образовать внутри белковой части некое подобие шарообразной капли, а полярных - сосредоточиться на ее поверхности, и приводит к образованию компактного тела - глобулы с гидрофобным ядром и гидрофильной поверхностью. 47.
Восприятие запахов пороги, классификация запахов. Запах. Орган обоняния - периферический аппарат обонятельного анализатора, который лежит в верхнем отделе полости носа. Часть слизистой носа, покрывающая верхнюю носовую раковину и верхний отдел носовой перегородки, называется обонятельной областью слизистой носа. Эпителий здесь называется обонятельным и является рецепторным аппаратом обонятельного анализатора. В составе эпителия находятся три вида клеток 1 - обонятельные
рецепторные ,2 - опорные,3 - базальные регенеративные . Обонятельные клетки которых более 10 млн - биполярные. Их периферические отростки имеют расширение - пузырек, вооруженный ресничками. Обонятельная булава иначе - обонятельный пузырек Ван-дер-Стрихта. Центральные отростки формируют обонятельные нервы, которые в количестве 15-20 проникают в полость
мозгового черепа через продырявленную пластинку решетчатой кости к обонятельным луковицам. Рецепторные клетки высокочувствительные, они воспринимают одоранты например, меркаптан в миллионных долях мг м3. При этом только 24 молекулы одоранта, находящегося в воздухе, достигают рецепторов. Классификация запахов Линнея - разделение запахов по качественности ощущения, автор - шведский ботаник К.Линней. Выделяется 7 основных запахов ароматические красная гвоздика , бальзамические лилия , амброзиальные
мускус , луковые чеснок , псиные валериана , отталкивающие некоторые насекомые , тошнотворные падаль . По Зваардемакеру существует 9 классов, которые делятся на подклассы 1 - класс эфрирных запахов ацетон, хлороформ , 2 - класс ароматических запахов камфорные, пряные, анисовые, лимонные, миндальные , 3 - класс цветочных запахов ванилин , 4 - класс мускусных запахов, 5 - класс чесночных запахов сероводород , 6 - класс пригорелых бальзамных запахов бензол, фенол ,
7 - класс каприловых запахов, 8 - класс отталкивающих запахов хинин, пиридин , 9 - класс тошнотворных запахов индол, скатол . Импульсы от рецепторов поступают в обонятельную луковицу, Морганиев узел , которая имеет семислойное строение по типу корковых центров 1 - слой нервных волокон,2 - слой обонятельных клубочков,3 - наружный сетевидный слой,4 - слой тел митральных клеток,5 - внутренний сетевидный слой,6 - зернистый слой,7 - эпителиальный слой эпендимный .
Рецепцию пахучих веществ осуществляют рецепторные клетки. Их периферические отростки снабжены булавовидными утолщениями, заканчивающимися пучком тонких обонятельных волосков жгутиков, или ресничек , погруженными в слой слизи. Обонятельные волоски увеличивают общую поверхность обонятельных клеток в десятки раз. Первичное взаимодействие молекул пахучих веществ с рецепторными клетками включает несколько последовательных
этапов пахучее вещество по воздуху доставляется к поверхности обонятельного эпителия, растворяется в слое слизи и связывается с рецептивными участками на поверхности обонятельного эпителия, образуя комплексы с компонентами цитоплазматической мембраны клеток. При этом изменяется ионная проницаемость мембраны клеток и развивается рецепторный потенциал. Сигналы от рецепторных клеток по нервным волокнам поступают в головной мозг, где происходит формирование
впечатления о характере запаха качестве, силе , его узнавание и др. Обонятельные раздражители рефлекторно могут также изменять частоту дыхательных движений и пульса, кровяное давление. Для многих пахучих веществ определен порог восприятия так называемый порог обоняния , т.е. минимальная концентрация вещества, способная вызвать реакцию обонятельного анализатора порог узнавания, когда воспринимается качество запаха, обычно лежит несколько выше порога
О Пороги О. для многих веществ очень низки. Порог О. у человека значительно выше порога О. у животных например, у собак порог О. к масляной кислоте составляет около 104 молекул в 1мл, а у некоторых насекомых к половому феромону- около 103 молекул в 1мл . В норме порог О. у человека претерпевает колебания в зависимости от времени суток и физиологического состояния. Длительное воздействие раздражителей на обонятельный анализатор может привести к развитию
адаптации О. После раздражения обонятельного анализатора повышается порог О. к раздражающему веществу прямая, или гомогенная, адаптация и в меньшей степени к другим пахучим веществам перекрестная, или гетерогенная, адаптация . 48. Каким параметром характеризуется быстрота затухания колебаний, и какие процессы в живой природе имеют колебательный характер В настоящее время экспериментально изучено достаточно большое количество колебательных систем в биологии
периодические биохимические реакции, колебания в гликолизе, периодические процессы фотосинтеза, колебания численности видов и т. д. Во всех этих процессах некоторые характеризующие систему величины изменяются периодически в силу свойств самой системы без какого-либо периодического воздействия извне. Подобные системы относятся к классу автоколебательных. Автоколебательными называются системы, в которых устанавливаются и поддерживаются незатухающие колебания
за счет сил, зависящих от состояния самой системы, причем амплитуда этих колебаний определяется свойствами самой системы, а не начальными условиями. Существует понятие - декремент затухания, количественная характеристика быстроты затухания колебаний. Д. з. d равен натуральному логарифму отношения двух последующих максимальных отклонений х колеблющейся величины в одну и ту же сторону. Д. з величина, обратная числу колебаний, по истечении которых амплитуда убывает в е раз.
Например, если d 0,01, то амплитуда уменьшится в е раз после 100 колебаний. Д. з. характеризует число периодов, в течение которых происходит затухание колебаний, а не время такого затухания. Полное время затухания определяется отношением Т d. 49. Особенности пространственной организации белков и нуклеиновых кислот. Модели фибрилляторных и глобулярных белков. Качественная структурная теории белка.
Общие черты пространственных структур различных белков были установлены в работах Л.Полинга и Р.Кори 1. Длины связей и величины валентных углов всех пептидых груп - одинаковы. 2. Все атомы пептидной группы расположены в одной плоскости и предпочтительной конфигурацией пептидной группы является транс-конфигурация 3. Полипептидная цепь полностью насыщена водородными связями 4. Двухгранные углы вращения вокруг связей N - Cа и Cа -
С отвечают минимумам торсионных потенциалов, а расстояния между всеми валентно не связанными атомами превышают суммы ван-дер-ваальсовых радиусов. 5. Конформационные состояния всех звеньев полипептидной цепи эквивалентны. Полинг и Кори, сформулировали гипотезу, согласно которой альфа-спираль и складчатая бэта-структура имеют фундаментальное значение в пространственной организации белковых молекул и что структуры фибриллярных, глобулярных белков и синтетических пептидов могут быть описаны с помощью небольшого
числа канонических форм - некоторых структурных блоков. Общая структура свернутого белка исключительно компактна. Например, полностью вытянутая цепь панкреатического трипсинового ингибитора 58 остатков имеет длину 21.1 нм, а максимальный габаритный размер свернутого белка равен около 2.9 нм. Карбоксипептидаза, состоящая из 307 аминокислотных остатков, в вытянутой форме имеет длину 111.4 нм,
а в свернутой - 5.0 нм. Нуклеиновые кислоты - это длинные цепочки, состоящие из четырех многократно повторяющихся единиц нуклеотидов . Их структуру можно представить следующим образом Символ Ф обозначает фосфатную группу. Чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты образуют сахарофосфатный остов молекулы, одинаковый у всех ДНК, а огромное их разнообразие обусловливается тем, что четыре азотистых основания могут располагаться вдоль цепи в самой разной последовательности.
Сахаром в нуклеиновых кислотах является пентоза четыре из пяти ее углеродных атомов вместе с одним атомом кислорода образуют кольцо. Атомы углерода пентозы обозначают номерами от 1ў до 5ў. В РНК сахар представлен рибозой, а в ДНК - дезоксирибозой, содержащей на один атом кислорода меньше. Поскольку фосфатные группы присоединены к сахару асимметрично, в положениях 3ў и 5ў, молекула нуклеиновой кислоты имеет определенное направление. Сложноэфирные связи между мономерными единицами нуклеиновых
кислот чувствительны к гидролитическому расщеплению ферментативному или химическому , которое приводит к высвобождению отдельных компонентов в виде небольших молекул. Азотистые основания - это плоские гетероциклические соединения. Они присоединены к пентозному кольцу по положению 1ў. Более крупные основания имеют два кольца и называются пуринами это аденин
А и гуанин Г . Основания, меньшие по размерам, имеют одно кольцо и называются пиримидинами это цитозин Ц , тимин Т и урацил У . В ДНК входят основания А, Г, Т и Ц, в РНК вместо Т присутствует У. Последний отличается от тимина тем, что у него отсутствует метильная группа CH3 . Урацил встречается в ДНК некоторых вирусов, где он выполняет ту же функцию, что и тимин. Фибриллярные белки - расположенные параллельно друг другу вытянутые полипептидные цепи, образующие
длинные нити или слои. Существует четыре типа фибриллярных белков, выполняющих в животных организмах защитную или структурную роль альфа-кератины , бэта-керотины , коллаген и эластин. Все эти белки не растворяются в воде при физиологических условиях. В глобулярных белках полипептидная цепь свернута в компактную глобулу. Белки этого класса имеют значительно более сложные конформации , чем фибриллярные белки.
Некоторые глобулярные белки выполняют транспортные функции вместе с током крови они переносят кислород, питательные вещества и неорганические ионы к этому же классу белков принадлежат антитела , часть гормонов , а также компоненты мембран и рибосом . 50. Бактериородопсин как молекулярный фотоэлектрический генератор. Зрительный пигмент родопсин, так же как и бактериородопсин практически единственный белок в фоторецепторной мембране зрительной клетки сетчатки глаза на его долю приходится до 80 всего белка в мембране .
Пурпурные мембраны ПМ , локализованные в цитоплазме клеток некоторых экстремально галофильных бактерий, например Halobacterium halobiutn, содержат единственный гидрофобный пигмент - белковый комплекс ПБК бактериородопсин, молекулы которого располагаются в ПМ строго упорядоченно. ПМ в интактных клетках и в изолированных препаратах представляют собой дискообразные образования диаметром около 0,5 мкм и толщиной 5-6 нм.
Бр расположен в ПМ симметричными группами по три молекулы, причем каждый такой тример стабилизирован 12-14 молекулами структурных липидов. Размер ячейки составляет около 0,6 нм. Тримеры, в свою очередь, образуют двумерную гексагональную кристаллическую решетку в плоскости ПМ с периодом 6,3 нм. Изучение химического состава ПМ показало, что они на 75 состоят из белка и на 25 из липидов.
60 липидов представлено фосфолипи-дами, подавляющая часть остальных - гликолипидами. 15 от всех липидов ПМ составляют фосфатидилглицеросульфат и гликолипидсульфат, характерные исключительно для ПМ. Единственным белком ПМ является сильно гидрофобный ПБК - бактериородопсин молекулярная масса 26000 . Данные спектров кругового дихроизма в УФ-области свидетельствуют о высокой степени а-спирализации белковой цепи
Бр 75-80 а-спирализации . Хромофор белка - ретиналь - содержится в белке в молярном соотношении 1 1, т. е. на каждую белковую цепь приходится один ретиналь. Бр в ПМ может находиться в двух различных состояних после адаптации к темноте или к свету. Эти состояния отличаются по спектрам поглощения Бр. Максимум полосы, поглощения Бр в образцах, адаптированных к темноте, расположен около 560 нм.
После освещения максимум сдвигается до 570 нм. Изомеры Бр 13-цис-и транс- при возбуждении светом вовлекаются в различные циклы превращений. В темноте наблюдается медленный процесс релаксации части Бр транс- в Бр 13-цис до достижения темноадаптированного состояния. Скорость изомеризации обладает сильной температурной зависимостью 51.
По каким физическим параметрам классифицируются биопотенциалы и какие требования предъявляются к усилителям биопотенциалов в этой связи. Биопотенциал - обобщенная характеристика взаимодействия зарядов, находящихся в исследуемой живой ткани, например, в различных областях мозга, в клетках. Б. служат источником информации о состоянии и функционировании различных органов. В медицине измерение биопотенциалов применяется в электроэнцефалографии, электрокардиографии, электромиографии
и других методах обследования. Классифицируется в зависимости от клеток, тканей, органов которых он исследуется. 52. Структура и функционирование биологических мембран. Мембрана как универсальный компонент биологических систем. Существование всего живого началось с обособления внутренней среды от внешней с помощью специальных структур- биомембран. Существуют клеточные мембраны, мембраны ограничивающие органоиды.
Мембраны отличаются плотной упаковкой составных компонент белков, липидов, углеводов, макромолекул гликолипиды, гликопротеиды , минорных компонент нуклеиновые кислоты, коферменты, антиоксиданты, ионы Na , K , Ca2 и др. и составляют более 50 веса сухого вещества клеток. 110 лет назад 1890 г. В.Пфеффер предложил название клеточной мембраны, однако только в 40-х годах 20-го века мы начали исследовать ультратонкую размеры не более 10 нм структуру
БМ на электронных микроскопах. В настоящее время существуют различные методы исследования БМ 1. Путем разрушения 2. Рентгеноструктурный анализ БМ по изучению дифракционных картин. 3. Ядерный магнитный резонанс ЯМР . 4. Электронный парамагнитный резонанс ЭПР 5. Электронная микроскопия. 6. Флуоресцентная микроскопия.
7. Инфракрасная спектроскопия ИКС и комбинационного рассеяния КРС для получения информации о конформации молекул. 8. Моделирование физическое, математическое и т.д. липидных Биологических Мембран. БМ содержат фосфолипиды, белки, углеводы, минорные комплексы нуклеиновые кислоты, полиамины, Н2О, ионы. Причем белки- 60-65 , фосфолипиды-
35-40 . Фосфолипиды в мембранах бывают 3-х классов фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. Производные фосфорной кислоты фосфолипиды и глицерофосфолипиды основные в процентном отношении. Часто встречаются фосфатидилэтаноламин ФЭА , фосфатидилсерин ФС , фосфатидилинозит ФИ , сфинголипиты, сфингомиелин в хлоропластах- моно- и дигалактодиглицериды. Белки в Биологических Мембранах - гидрофобные глобулярные структуры, связанные с мембранами например,
гликофорин в эритроцитах . Часто эти белки обладают ферментными свойствами, антигенными ответственны за иммунную реакцию и рецепторными холинорецептор . 53. Вкус. Вкусовые качества. Строение вкусовых клеток. Восприятие запаха неразрывно связано с ощущением вкуса. В аналитической терминологии выделяют четыре основных вида вкуса соленый - ощущение, для которого типичным
вкусовым стимулом является раствор хлорида натрия сладкий - ощущение, для которого типичным вкусовым стимулом является водный раствор сахарозы горький - ощущение, для которого типичными вкусовыми стимулами являются водные растворы кофеина, хинина, и некоторых других алкалоидов кислый - ощущение, для которого типичными вкусовыми стимулами являются водные растворы винной, лимонной, и ряда других кислот. Рецепторы вкуса. Вкусовые почки - рецепторы вкуса - расположены на языке, задней стенке глотки, мягком
небе, миндалинах и надгортаннике. Больше всего их на кончике, краях и задней части языка. Каждая из примерно 10 000 вкусовых почек человека состоит из нескольких 2-6 рецепторных клеток и, кроме того, из опорных клеток. Вкусовая почка имеет колбовидную форму у человека ее длина и ширина около 70 мкм. Вкусовая почка не достигает поверхности слизистой оболочки языка и соединена с полостью рта через вкусовую пору. Вкусовые клетки - наиболее короткоживущие эпителиальные клетки организма в среднем через
каждые 250 ч старая клетка сменяется молодой, движущейся к центру вкусовой почки от ее периферии. Каждая из рецепторных вкусовых клеток длиной 10- 20 мкм и шириной 3-4 мкм имеет на конце, обращенном в просвет поры, 30-40 тончайших микроворсинок толщиной 0,1- 0,2 мкм и длиной 1-2 мкм. Считают, что они играют важную роль в возбуждении рецепторной клетки, воспринимая те или иные химические вещества, адсорбированные в канале почки. Предполагают, что в области микроворсинок расположены активные
центры - стереоспецифические участки рецептора, избирательно воспринимающие разные адсорбированные вещества. Этапы первичного преобразования химической энергии вкусовых веществ в энергию нервного возбуждения вкусовых рецепторов еще не известны. Электрические потенциалы вкусовой системы. В опытах с введением микроэлектрода внутрь вкусовой почки животных показано, что суммарный потенциал рецепторных клеток изменяется при раздражении языка разными веществами сахар, соль, кислота .
Этот потенциал развивается довольно медленно максимум его достигается к 10-15-й секунде после воздействия, хотя электрическая активность в волокнах вкусового нерва начинается значительно раньше. 55. Бислойные мембраны. Протеолипосомы. Поверхностный заряд мембранных систем. Моль ввел термин мембрана , он изучал цитоплазму клеток растений и выяснил, что она окружена полупроницаемой мембраной. 1877 г. Пфейфер-ботаник, исследуя явление осмоса, пользовался как естественной, так и искусственной
мембраной из осадочного ферроцианида. Cu cсходства между ними естественная мембрана участвует в явлении осмоса. Позднее стали говорить о генерации биопотенциала мембраны конец XIX века . 1902 г - Бернштейн - мембранная теория потенциала покоя и потенциала действия развитие мембранологии. Хаксли, Ходжкин и К0 впервые показала, что потенцилы покоя и действия базируются на избирательной проницаемости мембраны к определенным ионам К - неодинаковое распределение ионов по обе стороны мембраны, в основе
чего лежат процессы активного транспорта ионов через мембрану. С участием мембраны связаны фоторецепция, рецепция, БАВ, передача нервного импульса, синтез ДНК. Достаточно высокое содержание липидов, они составляют мембранную матрицу белки составляют вариабильную часть углеводы в виде гликопротеидов и гликолипидов. В мембране всегда находится небольшое кол-во воды .
Белки в мембране отличаются большим разнообразием. Большинство белков в мембране находятся в виде клубка, 30 белков могут находится на поверхности мембраны в виде спирали Интегральные белки погружены в мембрану или пронизывают ее насквозь. Периферические белки на поверхности мембраны и слабо связаны с ней - слабые взаимодействия.
На поверхности интегральных белков имеется значительно меньше участков, несущих электрический заряд, чем на поверхности периферических белков. Модели биологических мембран В 1935 г. модель Даниэля Доусона унитарная модель био мембран. Липидный бислой - структурная основа. Наружный и внутренний слои - глобулярные белки. Симметричная модель. Модель Робертсона середина 60х г .
Мембрана представляет собой 3х слойную структуру, средний слой из липидов. Белковые молекулы развернуты на поверхности двойного липидного слоя вследствие электростатических взаимодействий заряженными головками фосфолипидов. Модель Робертсона ассимметрична, так как на наружной поверхности мембраны - гликопротеиды. В группе моделей предполагается наличие белков матрицы. Модель Лючи середина 60х г белково-кристаллическая модель.
Модель Сенгера и Николсона. 60-70 г. Основа - липидный бислой, в который включены молекулы интегральных и периферических белков. Жидкомозаичная модель. С ее помощью объясняется проницаемость мембран. Исскуственные бислойные мембраны Протеолипосомы. Многие мембранные белки и мелкие фрагменты биологич. мембран легко могут быть включены в состав искусственных везикулярных мембран. Такие комбинированные сис-ы наз-ся протеолипосомами.
Эффективность встраивания большинства белков в исскуственные мембранные системы резко зависит от липидного состава мембран, рН, солевого состава, t и т.д.Как правило, эффективность встраивания белковых молелукул или липопротеиновых фрагментов мембраны возрастает в присутствии небольших кол-в детергентов. Полагают, что сравнительно мелкие молекулы детергентов заполняют дефекты на границе белковой молекулы в мембране, экранируя гидрофобные участки мембраны от воды.
Ценность протеолипосом как искусственных мембранных систем в первую очередь определяется широкими возможностями, которые эти системы предоставляют для исследования функционирования многих важных компонентов биологич. мембран. По существу, получение протеолипосом можно рассматривать как последний этап перед полной реконструкцией функционирующих мембранных систем из составляющих их компонентов. 56. Фотохимические превращения родопсина. Рецепторные потенциалы.
Родопсин - гликопротеин оболочки сетчатки, состоит из углеводородной цепочки 4 , связанной с белками М 28000 Да. Гликопротеиды являются рецепторами для гормонов, медиаторов, пептидов и др. Большое кол-во гликопротеидов в вирусных оболочках до 40 оболочки . Родопсин. Фоторецепторная мембрана образована фосфолипидным бислоем, в который встроены молекулы зрительного пигмента родопсина. Вследствие крайне низкой вязкости фоторецепторной мембраны молекула родопсина испытывает
в ней быструю вращательную и более медленную латеральную диффузию. Родопсин - хромопротеин с молекулярной массой порядка 40000. Больший гидрофобный фрагмент молекулы около 26 000 находится внутри рецепторной мембраны. В этом отношении родопсин напоминает Бр, однако в отличие от последнего он еше содержит меньший гидрофильный фрагмент 12 000 с С-концевым участком в гидрофильной области и на поверхности мембраны.
Как и в случае Бр, хромофором родопсина служит ретиналь, представляющий собой половину молекулы в-каротина. Из всех изомеров этой сопряженной полиеновой структуры только 11-цис-форма является хромофором всех известных зрительных пигментов.В некоторых условиях может образовываться так называемый изородопсин, хромофор которого представляет собой не 11-цис а 9-цис-ретиналь. Полипептидная цепь описна содержит около 400 аминокислот, половина из которых гидрофобные.
Ковалеитная связь ретиналя с опсином осуществляется при образовании альдиминной связи между е - аминогруппой лизина и альдегидной группой ретиналя. Эта альдиминная связь протонирована и представляет собой протонированное шиффово основание находящееся в опсине в гидрофобном окружении. 57. Описать методику выполнения измерений длительности сенсомоторных реакций Р-тест . С помощью ЭВМ войти в файл Р - тест и внимательно ознакомиться с прилагаемыми инструкциями
для выполнения измерений длительности сенсомоторных реакций. Выполнить 10 измерений латентных периодов аудиомоторных реакций и зрительно- моторных реакций у одного и того же испытуемого. Сравнить полученные данные для одного испытуемого и затем для 2-х разных испытуемых. Сделать выводы по результатам экспериментов. 2. Оформить протокол наблюдений и подписать его у преподавателя.В работе предлагается изучить некоторые закономерности функционирования зрительного анализатора, который
можно представить как обычную 3-х компартментную систему периферическое звено-рецептор с проводящей системой, центральное звено и эфферентный компартмент . предлагается изучить статистические закономерности сенсомоторных реакций зрительного и звукового анализаторов, когда на вход системы мы подаем зрительный или слуховой сигнал, а на выходе регистрируем моторную реакцию нажатие клавиши на ЭВМ . В целом, предлагается выполнить по 10 опытов отдельно для зрительного и слухового анализатора
и сравнить их латентные периоды с доверительными интервалами. Сделайте выводы о скоростях реакций. 58. Антиоксиданты, механизм их биологического действия. Естественные антиоксиданты тканей и их биологическая роль. Антиоксиданты антиокислители - ингибиторы окисления, природные или синтетические вещества, способные тормозить окисление рассматриваются преимущественно в контексте окисления органических соединений .
Антиоксиданты - вещества, защищающие биологические системы от окисления за счет взаимодействия со свободными радикалами. Механизмы действия Окисление углеводородов, спиртов, кислот, жиров и др. кислородом воздуха представляет собой цепной процесс. Цепные реакции превращений осуществляются с участием активных свободных радикалов- перекисных RO2 , алкоксильных RO , алкильных R . Для цепных разветвленных реакций окисления характерно увеличение скорости в ходе превращения автокатализ
. Это связано с образованием свободных радикалов при распаде промежуточных продуктов- гидроперекисей и др. Механизм действия наиболее распространённых антиоксидантов ароматические амины, фенолы, нафтолы и др. состоит в обрыве реакционных цепей молекулы А. взаимодействуют с активными радикалами с образованием малоактивных радикалов. Окисление замедляется также в присутствии веществ, разрушающих гидроперекиси диалкилсульфиды и др В этом случае падает скорость образования свободных радикалов.
Даже в небольшом количестве 0,01-0,001 антиоксиданты уменьшают скорость окисления, поэтому в течение некоторого периода времени период торможения, индукции продукты окисления не обнаруживаются. В практике торможения окислительных процессов большое значение имеет явление синергизма- взаимного усиления эффективности антиоксидантов в смеси, либо в присутствии других веществ. Антиоксиданты широко применяют на практике. Окислительные процессы приводят к порче ценных пищевых
продуктов прогорканию жиров, разрушению витаминов , потере механической прочности и изменению цвета полимеров каучук, пластмассы, волокно , осмолению топлива, образованию кислот и шлама в турбинных и трансформаторных маслах и др. Для увеличения стойкости пищевых продуктов, содержащих жиры и витамины, используют природные антиоксиданты- токоферолы витамины Е , нордигидрогваяретовую кислоту и др и синтетические антиоксиданты- пропиловый и додециловый эфиры
галловой кислоты, бутилокситолуол ионол и др. 59. Закон Вебера-Фехнера. Закон Вебера - Фехнера - эмпирический психофизиологический закон, заключающийся в том, что интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности стимула. Закон Вебера - Фехнера можно объяснить тем, что константы скорости химических реакций проходящих при рецептировании нелинейно зависят от концентрации химических посредников физических раздражителей или
собственно химических раздражителей. Для живого организма характерно свойство раздражимости, т.е. способность отвечать на раздражение. Любое раздражение имеет свои основные параметры интен-ть, длит-ть, градиент и т.д которое проявляется в деятельности анализаторов. Анализатор как система состоит из 3-х частей - периферический конец, проводник и корковый конец. Биофизический метод в исследованиях анализаторов позволяет установить ряд количественных закономерностей.
В 1834г. Э.Вебер уст-л для ряда анализаторов закон постоянства отношения I I, где I- миним-й воспринимаемый прирост раздражения к его исходной величине. Позже Фехнер док-л, что минимальный прирост ощущения dS зависит от соотношения величин раздражения по формуле dS CdR R, где С- константа пропорц-сти. Отсюда, после интегр-ия получим S KlnR r, где r- величина раздр-ия, равная абсолютному порогу.
Отметим, что при R r имеем S 0. Если принять r за единицу измерения, то S KlnR. 60. Как проверить экспериментально закон Вебера-Фехнера. Проверить з-н Вебера- Фехнера для тактального анализатора. Для этого необходимо 1. Положить на тыльную сторону ладони пластинку 1 массой m1 и последовательно меняя и увеличивая величину тестирующего груза ?m , зафиксировать пороговое значение ?m1 для груза m1
когда возникнут четкие ощущения . 2. Взять вторую пластинку m 2 m1 m2 , положить на первую m1 и повторить опыт с измерением ?m 2. Убедиться, что ?m2 ? 2?m1 3. Повторить опыт и измерения с пластиной m3 m1 и проверить будет ли ?m3? 3?m1 или нет? 4. Рассчитать с какой абсолютной и относительной погрешностью выполняется закон Вебера- Фехнера для тактильного анализатора, ?m1 m1 ? ?m 2 ?m1 m 2 ? ?m 3 m1 m 2 m 3 .
Аналогичные измерения можно произвести и для слухового анализатора причем ?I необходимо задавать с помощью ручки регулятора громкости . В этой связи вопрос почему хорошую музыку не рекомендуют слушать громко. 61. Простая диффузия. Облегченная диффузия. Диффузия вещества - направленный перенос частиц вещ-ва из области с большейконцентрации в область сменьшей конц-ей.
Причем это движение происходит против градиента конц-и. Определяется движением молекулярных частиц по направлению концентрационного градиента. Закон Фика связывает пространственное и временное изменения концентрации уравнение диффузии , где коэффициент диффузии D зависит от температуры где dC dt - количесво вещества диффундирующее в единицу времени d2C dx2 - концентрационный градиент изменение концентрации вещества с расстоянием
Для скорости диффузии важной величиной является концентрационный градиент. Коэф диффузии зависит от природы и молекулярной массы растворенного вещества и растворителя. Простая диффузия. Простая диффузия неэлектролитов не требует наличия каких-либо специализированных структур, зависит только от липофильности и градиента концентрации. В общем случае диффузия зависит от размеров частицы
Вероятность диффузии крупных молекул через мембрану ниже. Простая диффузия электролитов затруднена наличием мембранного потенциала и гидрофильностью, поэтому диффузия электролитов требует участия специальных селективных каналов в мембране. Электролиты играют важную роль в жизнедеятельности клетки и транспорт электролитов может регулироваться изменением проницаемости каналов. Облегченная диффузия - это быстрое движение молекул через мембрану
с помощью специфических мембранных белков, называемых пермеазами. Этот процесс специфичен, он протекает быстрее простой диффузии, но имеет ограничение скорости транспорта. Облегченная диффузия обычно характерна для водорастворимых веществ. Большинство если не все мембранных переносчиков являются белками. Конкретный механизм функционирования переносчиков при облегченной диффузии исследован недостаточно.
Они могут, например, обеспечивать перенос путем вращательного движения в мембране. Облегченная диффузия отличается от обычной не только скоростью, но и способностью к насыщению. Увеличение скорости переноса веществ происходит пропорционально росту градиента концентрации только до определенных пределов. Последний определяется мощностью переносчика. 62. Сенсорная рецепция. Проблема сопряжения между первичным взаимодействием внешнего стимула с рецепторным
субстратом и генерацией рецепторного генераторного потенциала. Сенсорной рецепцией называют процесс восприятия и преобразования энергии раздражителей внешней и внутренней среды организма в энергию нервных импульсов, передаваемую по чувствительным нервам в ЦНС. Сенсорный рецептор представляет собой нервную клетку или комплекс нервной и эпителиальной клетки, специально приспособленный для восприятия определенного типа раздражителей.
Сенсорные рецепторы являются начальными звеньями любой рефлекторной дуги, а также участвуют в оценке параметров полезного приспособительного результата в функциональных системах организма. Классификация и строение сенсорных рецепторов По строению рецепторы подразделяют на первичные и вторичные. К первичным относят такие сенсорные рецепторы, у которых действие раздражителя воспринимается непосредственно периферическими отростками чувствительного нейрона нервными окончаниями , которые могут быть свободными,
т. е. не имеют дополнительных образований инкапсулированными, т.е. окончания чувствительного нейрона заключены в особые образования, осуществляющие первичное преобразование энергии раздражителя. К вторичным относят такие сенсорные рецепторы, у которых действие раздражителя воспринимается специализированной рецептирующей клеткой не нервного происхождения. Возбуждение, возникшее в рецептирующей клетке, передается через синапс на чувствительный нейрон. Тело чувствительного нейрона обычно располагается за пределами
ЦНС в спинномозговом или вегетативном ганглии. От такого нейрона отходят два отростка - дендрит, который следует к периферическим органам и тканям, и аксон, который направляется в спинной мозг. По расположению сенсорные рецепторы подразделяют на экстерорецепторы - воспринимают раздражители из внешней среды организма интерорецепторы - воспринимают раздражители из внутренней среды организма проприорецепторы - специализированные рецепторы опорнодвигательной системы.
По разнообразию воспринимаемых раздражителей сенсорные рецепторы подразделяют на мономодальные - приспособлены для восприятия только одного вида раздражителя полимодальные - приспособлены для восприятия различных видов раздражителей. По модальности сенсорные рецепторы подразделяют на хеморецепторы - воспринимают действие химических веществ фоторецепторы - воспринимают световые раздражители механорецепторы - воспринимают давление, вибрацию, перемещение, степень растяжения терморецепторы - чувствительны к изменениям температуры
ноцицепторы - воспринимают болевое раздражение. Рецепторы преобразуют энергию стимула в энергию проницаемости своей мембраны. Это процесс трансдукции. При действии стимула на рецептор. клетку происходят изменения пространств. конфигурации белковых рецепторных молекул. Это приводит к изменению проницаемости мембраны для определенных ионов и возникновению ионного тока, генерирующего рецепторный потенциал. Поскольку РП генерирует в афферентных нервных волокнах
ПД, его называют также генераторным. Большая часть рецепторов обладают способностью к фоновой импульсации в отсутствии всяких раздражителей. Это позволяет передавать сведения о сигнале не только в виде учащении но и виде урежения потока импульсов. Наличие таких разрядов приводит к обнаружению сигналов на фоне шумов . Шумы - не связанные с внешним раздражением импульсы возникающие в рецепторах и нейронах в результате спонтанного выделения квантов медиатора и множественных возбудительных взаимодействий м у нейронами.
Закономерности преобразования энергии внешнего раздражителя в серию нервных импульсов чем выше сила действующего раздражителя, тем больше амплитуда РП чем больше амплитуда РП, тем больше частота нервных импульсов. 63. Каков механизм окраски фенолфталеина при освещении элодеи. Пояснить его суть. Для изучение влияния света на возможность фотосинтеза необходимо взять 3 пробирки. В каждую налить по 2мл баритовой воды подкрашенной фенолфталеином.
В две пробирки поместить веточку комнатного растения, третью оставить контрольной. Все пробирки плотно закрыть пробками. Одну изолировать от света, плотно завернув в черную бумагу. Через 40мин взять пробирки в руку и хорошо встряхнуть их до тех пор, пока станут заметными изменения окраски раствора. Фотосинтез - уникальный процесс образования богатых энергией органических веществ в клетках зеленых растений под действием видимого света 400- 700 нм .
Суммарное уравнение фотосинтеза имеет вид CO2 nH2O nC6H12O6 nO2 64. Электрохимический потенциал. Равновесие Доннана. Пассивный транспорт. Электрохимический потенциал, термодинамическая функция, характеризующая состояние какого-либо компонента, состоящего из заряженных частиц электронов, ионов , в фазе данного состава. Электрохимический потенциал может быть определён как приращение любого из потенциалов термодинамических
системы при введении в неё одной заряженной частицы i-того компонента при неизменных всех остальных переменных, от которых зависит рассматриваемый потенциал. Электрохимический потенциал , выражается формулой , где m - химический потенциал i-того компонента, zi заряд частицы, j - электрический потенциал, е - элементарный заряд член ziej выражает работу по преодолению электрических сил. СТАНДАРТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ электрохимический нормальный потенциал , электродвижущая
сила гальванического элемента, составленного из какого-либо электрода и стандартного электрода сравнения при условии, что термодинамические активности всех ионов, участвующих в электродном процессе, равны 1. В качестве стандартного электрода сравнения обычно принимают водородный электрод, потенциал которого при всех температурах принимается равным нулю. Металлы, расположенные в определенной последовательности их стандартного потенциала, образуют ряд напряжений.
Равновесие Доннана. Если налить в сосуд с полупроницаемоей перегородкой воды, то в 1 и 2 будет вода. Доннан добавил в первый отсек соль KCl. По прошествии определенного времени концентрации различных ионов в двух отсеках стали равны. Доннан взял соль с органическими ионами, которые не проходят через мембрану. Через некоторое время ионы K и Cl- начинают диффунцировать. Наступает ситуация при которой в первом отсеке K больше, чем во втором, в первом отсеке
Cl- меньше, чем во втором. Вывод анион, не проходящий через мембрану оказывает на распределение анионов и катионов, свободно проходящих через мембрану между отсеками. Такая же ситуация наблюдается и в клетках и в биосистемах. Установленное Доннаном равновесие обусловлено несколькими фактами 1. Оба отсека по отдельности должны быть электронейтральными, то есть в каждом отсеке число ионов должно
быть равно числу - ионов. 2. Диффундирующие ионы K и Cl- пересекают мембрану парами, при этом сохраняется электронейтральность отсеков. Вероятность пересечения мембраны этими ионами определятется произведением их концентраций K Cl 3. В равновесии скорость диффузии KCl в одном направлении равна скорости диффузии KCl в противоположном направлении. Поэтому K Cl- должно быть одинаковым для обоих отсеков.
Математическое выражение Доннановского равновесия K 2 K 1 A- 1 Cl- 1 Cl- 2. Транспорт веществ через мембраны подразделяется на активный и пассивный. Пассивный транспорт всегда идёт по градиенту электрохимического потенциала до тех пор, пока разность потенциалов не будет равна нулю. 1. Простая диффузия. Простая диффузия неэлектролитов не требует наличия каких-либо специализированных структур, зависит
только от липофильности и градиента концентрации. В общем случае диффузия зависит от размеров частицы Вероятность диффузии крупных молекул через мембрану ниже. Простая диффузия электролитов затруднена наличием мембранного потенциала и гидрофильностью, поэтому диффузия электролитов требует участия специальных селективных каналов в мембране. Электролиты играют важную роль в жизнедеятельности клетки и транспорт электролитов может регулироваться
изменением проницаемости каналов. 2. Облегчённая диффузия. Осуществляется с участием специализированных переносчиков. Перенос осуществляется значительно быстрее, чем простая диффузия. С её помощью осуществляется перенос аминокислот, моносахаридов, некоторых ионов. 65. Основные типы сократительных и подвижных систем.
Разл-т 2 режима сократит. дея-ти изотонический мышца укор-ся при неизменном внутр. напряжении и изометрический мышца не укор-ся, а лишь разв-т внутр. напряжение . Разл-т 2 осн.вида мыш.сокращ-и одиночные возн-т при дей-и на мышцу одиночного нерв.импульса или кратк. толчка тока и титанические при ритмической стимуляции моторного нерва или мышцы при редкой стимуляции-зубчатый тетанус, при более частой-гладкий . Дв-ие в жив. природе обес-ет приспос-сть к изм-ям в окр.
среде, поддержание трофики и выживание раст-го и жив-го орг-ма. Сущ-ют различ. формы дв-ия от фототропизма до сложно организованных мышеч. дв-ий. В животном орг-е дв-ие осущ-ся за счет механохимических проц-в, кот-е обес-ся работой надмолекул. стр-р ферментов, сопровождаемых катализом и гидролизом АТФ. Рабочее тело-белок с механич. св-ми, изменяющимися за счет ферм-ых проц-в сорбции лиганда .
Такие процессы перенос Н по градиенту эл.хим-го потенциала лежат в основе работы бактериальных жгутиков и работы сократ. органелы- спазмонемы за счет переноса Са2 и его связывания она укор-ся . Эти с-ы раб-т в циклическом режиме, когда рабочее тело пол-т энергию от ист-ка претерпевает изм-я , передает её нагрузке во время рабочего хода и далее такой преобразователь возвращается в исх-е состояние. Скелет. мышца позвон-ых сост-т из отд-х многоядерных клеток - мышечных
волокон. Волокна имеют 2 пластинки поперечные , которые разделяют саркомеры. Нерв. импульс вызывает выброс Са2 из саркоплазмат-го ретикулума и проис-т обр-ие связи миозинового мостика с белком актином. Нити скользят до тех пор, пока сила мостика не упадет до 0, после чего мостик размыкается. Во время работы хода мостик преобр-т своб. энергию гидролиза АТФ в механическую А. При обратном ходе на обращение сост-ия мостика затраг-ся часть энергии
АТФ. Осущ-ся полный цикл превращений мостика. На своб. миозине проис-т гидролиз АТФ и долгоживущий миозинпродуктный комплекс соед-ся с актином. Бол. cвоб. энергия переходов, связанных с десорбцией продуктов гидролиза АТФ от актомиозина м б использована для совершения работы в мышце. Осн. освоб-ие своб. энергии гидролиза АТФ проис-т при десорбции фосфата.
66. Почему принято делить общий процесс фотосинтеза на световые и темновые стадии? Что делает энергетически возможным протекание темновых стадий фотосинтеза? Фотосинтез - это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии света. Фотосинтез в растительных клетках идет в хлоропластах. Суммарная формула 6СО2 6Н2О С6H12О6 6О2. Световая фаза фотосинтеза идет только на свету квант света
выбивает электрон из молекулы хлорофилла, лежащей во внутренней мембране тилакоида выбитый электрон либо возвращается обратно, либо попадает на цепь окисляющих друг друга ферментов. Цепь ферментов передает электрон на внешнюю сторону мембраны тилакоида к переносчику электронов. Мембрана заряжается отрицательно с наружной стороны. Положительно заряженная молекула хлорофилла, лежащая в центре мембраны, окисляет ферменты, содержащие
ионы марганца, лежащие на внутренней стороне мембраны. Эти ферменты участвуют в реакциях фотолиза воды, в результате которых образуются ионы Н протоны выбрасываются на внутреннюю поверхность мембраны тилакоида и на этой поверхности появляется положительный заряд. Когда разность потенциалов на мембране тилакоидов достигает 200 мВ, через канал АТФ-синтетазы начинают проскакивать протоны, при этом синтезируется
АТФ. Во время темновой фазы фотосинтеза из СО2 и атомарного водорода, связанного с переносчиками, синтезируется глюкоза за счет энергии АТФ. СО2 связывается с помощью фермента рибулезодифосфаткарбоксилазы с рибулезо-1,5-дифосфатом, который превращается после этого в трехуглеродный сахар. Синтез глюкозы идет в матриксе тилакоидов на ферментных системах. Суммарная реакция темновой стадии 6СО2 24Н С6Н12О6 6Н2О.
67. Потенциал покоя, его происхождения. Взаимодействие квантов с молекулами. Мембранный потенциал покоя образуется главным образом благодаря выходу К из клетки через неселективные ионные каналы. Утечка из клетки положительно заряженных ионов приводит к тому, что внутренняя поверхность мембраны клетки заряжается отрицательно относительно наружной. Мембранный потенциал, возникающий в результате утечки
К , называют равновесным калиевым потенциалом Ек . Его можно рассчитать по равнению Нернста где R - универсальная газовая постоянная, Т - температура по Кельвину , F - число Фарадея, К нар - концентрация ионов К снаружи клетки, К вн - концентрация ионов К внутри клетки. ПП, как правило, очень близок к Ек, но не точно равен ему.
Эта разница объясняется тем, что свой вклад в формирование ПП вносят поступление в клетку Na и Cl- через неселективные ионные каналы при этом поступление в клетку Cl- дополнительно гиперполяризует мембрану, а поступление Na - дополнительно деполяризует ее вклад этих ионов в формирование ПП невелик, так как проницаемость неселективных каналов для
Cl- и Na в 2,5 и 25 раза ниже, чем для К . прямой электрогенный эффект Na К ионного насоса, возникающий в том случае, если ионный насос работает асимметрично На 2 иона, поступающих в клетку K приходится 3 иона Na , выносимых во внешнюю среду . 68. Первичные фотохимические реакции. Фотохимическими называют реакции, протекающие под действием света.
Химическое действие света определяется его взаимодействием с электронами, находящимися на внешних слоях электронных оболочек атомов. Поскольку количество поглощенной энергии пропорционально произведению потока излучения Фе на время, в течение которого тело подвергается освещению, то различные световые потоки производят одинаковое фотохимическое действие, если Ф1Дt1 Ф2Дt2. Это есть основной закон фотохимии. После поглощения кванта света в молекуле могут происходить
разнообразные процессы. В начале 20 в. Альбертом Эйнштейном и немецким физиком Иоганном Штарком был сформулирован второй закон фотохимии. В соответствии с этим законом, первичный фотохимический акт происходит под действием одного кванта света - фотона. Поэтому этот закон называют также законом квантовой эквивалентности. После открытия лазеров было обнаружено, что у этого закона есть исключения в случае очень мощного лазерного
излучения возможно одновременное поглощение двух фотонов. Второй закон фотохимии служит основой для расчета квантового выхода фотохимической реакции, который равен числу прореагировавших или вновь образовавшихся молекул, деленному на число поглощенных квантов. Квантовый выход, определяемый экспериментально, позволяет судить о механизме фотохимической реакции. Квантовый выход фотохимической реакции К это величина, показывающая, какая часть молекул, поглотивших
фотоны, вступила в фотохимическую реакцию число прореагировавших молекул где N -число молекул, которые после поглощения фотона вступили в фотохимическую реакцию Nn -общее число молекул, поглотивших фотоны. Если бы каждый поглощенный фотон вызывал реакцию, то квантовый выход равнялся бы 100 . Однако обычно К не превышает несколько процентов или долей процента. 69. Что такое фоновая радиоактивность и как она определяется?
Под радиоактивностью понимается самопроизвольное спонтанное превращение неустойчивых изотопов хим. элементов в изотопы др. элементов, к-рое сопровождается испусканием ядрами элементарных частиц. Фоновая радиация - природное радиоактивное излучение, источниками которого являются космические лучи, газ радон и испытания ядерного оружия. Под фоновой радиоактивностью также пожно подразумевать активность, обусловленную присутствием в пробах естественных природных радионуклидов и содержанием в этих пробах
искусственных радионуклиде счет глобальных выпадений. Определение фоновой радиоактивности можно произвести 2-мя способами приборами и отбором проб почвы, растительности, воды . Отбор проб следует производить в теком месте, где данный объект ОС не подвержен искусственному облучению, то есть на значительном расстоянии от автодорог, промышленных предприятий и др антропогенных источников. Затем провести аналих на содержание радионуклидов.
70. Потенциал действия. Роль ионов Na и К в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах роль ионов Са и CI. Потенциал действия развивается на мембране в результате её возбуждения и сопровождается резким изменением мембранного потенциала. В потенциале действия выделяют несколько фаз фаза деполяризации фаза быстрой реполяризации фаза медленной реполяризации отрицательный следовый потенциал фаза гиперполяризации положительный следовый потенциал . Фаза деполяризации.
Развитие ПД возможно только при действии раздражителей, которые вызывают деполяризацию клеточной мембраны. При деполяризации клеточной мембраны до критического уровня деполяризации КУД происходит лавинообразное открытие потенциалчувствительных Na -каналов. Положительно заряженные ионы Na входят в клетку по градиенту концентрации натриевый ток , в результате чего мембранный потенциал очень быстро уменьшается до 0, а затем приобретает положительное
значение. Явление изменения знака мембранного потенциала называют реверсией заряда мембраны. Фаза быстрой и медленной реполяризации. В результате деполяризации мембраны происходит открытие потенциалчувствительных К -каналов. Положительно заряженные ионы К выходят из клетки по градиенту концентрации калиевый ток , что приводит к восстановлению потенциала мембраны. В начале фазы интенсивность калиевого тока высока и реполяризация происходит быстро, к концу фазы интенсивность
калиевого тока снижается и реполяризация замедляется. Усиливает реполяризацию поступление в клетку Ca2 Фаза гиперполяризации развивается за счет остаточного калиевого тока и за счет прямого электрогенного эффекта активировавшейся Na K помпы. Поступление в клетку Cl- дополнительно гиперполяризует мембрану Изменение величины мембранного потенциала во время развития потенциала действия связано в первую очередь
с изменением проницаемости мембраны для ионов натрия и калия. 71. Восстановление от радиационного поражения. Радиационными лучевыми поражениями называются патологические изменения в организме, возникающие в результате воздействия на него ионизирующего излучения. Под влиянием ионизирующего излучения в организме образуются вещества, обладающие высокой химической активностью, в первую очередь продукты радиолиза воды, возникают нарушения молекулярных связей на клеточном
уровне, прежде всего в клетках кроветворения, кишечного эпителия, половых желез. Характер и выраженность радиационных поражений зависит от вида ионизирующего излучения, его дозы, времени облучения, возраста и пола пациентов. Начальный период проявляется местными и общими реакциями, которые продолжаются от нескольких часов до нескольких суток. В этот период наблюдается покраснение кожи, тошнота, рвота, слабость, головная боль, повышение температуры
тела. При высокой дозе облучения наблюдаются расстройства сознания. Последующий латентный скрытый период длительностью от 2 до 4-5 недель протекает на фоне улучшения самочувствия больных, сопровождаясь, однако, патологическими изменениями в органах и тканях. Период выраженных клинических проявлений характеризуется тяжелым поражением кроветворной системы, кишечника, подавлением иммунитета, интоксикацией, повторными кровотечениями, присоединением инфекционных осложнений,
и сменяется при благоприятном течении через 2-3 недели периодом восстановления функций пораженных органов и улучшением состояния больных. Восстановление от облучения - восстановление исходной структуры или жизнеспособности клетки, ткани, органа, системы органов, организма после облучения. Восстановление ДНК - репарация. Восстановление организма - пролиферация тканей критических органов за счет сохранивших жизнеспособность стволовых клеток костного мозга и кишечника.
Процесс восстановления организма после облучения в умеренных дозах наступает быстро. При лёгких формах лучевой болезни выраженные клинические проявления могут отсутствовать. При более тяжёлых формах период полного восстановления иногда затягивается до года и больше. Как отдалённые проявления лучевой болезни у женщин отмечается бесплодие, у мужчин - азооспермия эти изменения чаще носят временный характер. Через много месяцев и даже лет иногда развивается помутнение
хрусталика так называемая лучевая катаракта . После перенесённой острой лучевой болезни иногда остаются стойкие невротические проявления, очаговые нарушения кровообращения возможно развитие склеротических изменений, злокачественных новообразований, лейкозов, появление у потомства пороков развития, наследственных заболеваний. 72. Основные методы регистрации радиоактивных излучений и частиц Их характеристика. Различные регистрирующие устройства позволяют изучать в основном заряженные частицы,
которые вызывают ионизацию среды, т.е. при соударении вырывают электрон из атомов частиц среды, сообщая ему энергию ионизации Ei. Однако незаряженные частицы, особенно с большой энергией также могут взаимодействовать с электронами атомов или ядрами и, в конечном итоге, могут быть зарегистрированы. Основные методы и устройства регистрации частиц. Ионизационная камера. Это герметичный сосуд с двумя электродами, заполненный газом воздух, водород, азот и др. при пониженном
давлении. Между электродами создается разность потенциалов в пределах 100- 1500 В. Регистрируемая частица, попадая в счетчик, вызывает ионизацию газа и появление тока в цепи. Камера работает в режиме насыщения- все электроны и ионы, образуемые частицей, достигают электродов, поэтому величина тока I пропорциональна числу частиц интенсивности излучения N, т.е. I kN. Отсутствие или наличие ударной ионизации влияет только на величину тока
I, которая в любом случае зависит от количества частиц N. Однако если и дальше увеличивать разность потенциалов, то мы попадаем в область самостоятельного разряда, который вызывается внешней частицей, но не прекращается при последующем отсутствии частиц и нужны специальные устройства для его гашения. Счетчик Гейгера- Мюллера СГМ . В основе его работы- самостоятельный газовый разряд.
Конструктивно СГМ выполнен в виде стеклянной трубки, покрытой изнутри тонким слоем меди катод и центральной вольфрамовой нити анод . Частицы высоких энергий - и др. проникают через стенку датчика, для -частиц в торце счетчика делают окошко из алюминиевой фольги или слюды. Возникающий самостоятельный разряд кратковременный, т.к. разрядный ток создает падение напряжения на сопротивлении R, которое велико и напряжение между электродами счетчика соответственно и
Е уменьшается настолько, что энергии электронов или ионов qE уже недостаточно для ионизации встречных молекул. Происходит быстрая рекомбинация электронов и ионов, газовый разряд прекращается. Счетчик приходит в исходное состояние и может регистрировать следующую частицу. Таким образом каждая частица, попадая в счетчик, дает импульс тока и скачок напряжения на R, который можно регистрировать любым счетчиком импульсов.
Если мощность излучения больше, то счетчик не успевает срабатывать и надо воспользоваться ионизационной камерой, в которой I kN. Камера Вильсона. Принцип её работы основан на конденсации пересыщенных паров воды или спирта на цепочке ионов, образующихся вдоль траектории движения регистрируемых частиц. Чаще всего камера выполнена в виде цилиндра с черным подвижным дном и стеклянным верхом. Внутри её находятся пары спирта или воды в смеси с аргоном или другим инертным газом.
При резком сжатии пары становятся пересыщенными и образующийся трек снимают на черном фоне. Действуя электрическими или магнитными полями в перпендикулярном вектору скорости частиц направлении, можно изменить траекторию и по её радиусу судить о скорости движения частиц, их массе. Толстослойные пластинки. Способ регистрации основан на действии заряженных частиц или их продуктов распада взаимодействия с веществом подобно квантам света при попадании в фотоэмульсию.
Так как плотность последней велика, то длина треков частиц невелика около 1 мм и обычно такие пластинки обследуют при поперечном срезе под микроскопом. Пузырьковая камера. Рабочее тело- перегретый жидкий водород или другое тело , в котором регистрируемые частицы создают центры парообразования в виде треков. Как и в камере Вильсона возможно действие поперечных магнитных В и электрических
Е полей. 73. Функционирование поперечнополосатой мышцы позвоночных. Молекулярные механизмы немышечной подвижности. Структурная организация скелетной мышцы Мышечное волокно и миофибрилла. Скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих точки прикрепления к костям и расположенных параллельно друг другу. Каждое мышечное волокно миоцит включает множество субъединиц - миофибрилл , которые построены из повторяющихся
в продольном направлении блоков саркомеров . Саркомер является функциональной единицей сократительного аппарата скелетной мышцы. Миофибриллы в мышечном волокне лежат таким образом, что расположение саркомеров в них совпадает. Это создает картину поперечной исчерченности. Саркомер и филламенты. Саркомеры в миофибрилле отделены друг от друга Z -пластинками, которые содержат белок бета-актинин.
В обоих направлениях от Z -пластинки отходят тонкие актиновые филламенты. В промежутках между ними располагаются более толстые миозиновые филламенты . Актиновый филламент внешне напоминает две нитки бус, закрученные в двойную спираль, где каждая бусина - молекула белка актина . В углублениях актиновых спиралей на равном расстоянии друг от друга лежат молекулы белка тропонина , соединенные с нитевидными молекулами белка тропомиозина.
Миозиновые филламенты образованы повторяющимися молекулами белка миозина . Каждая молекула миозина имеет головку и хвост . Головка миозина может связываться с молекулой актина, образуя так называемый поперечный мостик . Клеточная мембрана мышечного волокна образует инвагинации поперечные трубочки , которые выполняют функцию проведения возбуждения к мембране саркоплазматического ретикулума. Саркоплазматичекий ретикулум продольные трубочки представляет собой внутриклеточную сеть
замкнутых трубочек и выполняет функцию депонирования ионов Са . Двигательная единица. Функциональной единицей скелетной мышцы является двигательная единица ДЕ . ДЕ - совокупность мышечных волокон, которые иннервируются отростками одного мотонейрона. Возбуждение и сокращение волокон, входящих в состав одной ДЕ, происходит одновременно при возбуждении соответствующего мотонейрона .
Отдельные ДЕ могут возбуждаться и сокращаться независимо друг от друга. Фазы мышечного сокращения При раздражении скелетной мышцы одиночным импульсом электрического тока сверхпороговой силы возникает одиночное мышечное сокращение, в котором различают 3 фазы латентный скрытый период сокращения около 10 мс , во время которого развивается потенциал действия и протекают процессы электромеханического сопряжения возбудимость мышцы во время одиночного сокращения изменяется в соответствии с фазами потенциала
действия фаза укорочения около 50 мс фаза расслабления около 50 мс . Режимы мышечного сокращения В естественных условиях в организме одиночного мышечного сокращения не наблюдается, так как по двигательным нервам, иннервирующим мышцу, идут серии потенциалов действия. В зависимости от частоты приходящих к мышце нервных импульсов мышца может сокращаться в одном из трех режимов . Одиночные мышечные сокращения возникают при низкой частоте электрических импульсов.
Если очередной импульс приходит в мышцу после завершения фазы расслабления, возникает серия последовательных одиночных сокращений. При более высокой частоте импульсов очередной импульс может совпасть с фазой расслабления предыдущего цикла сокращения. Амплитуда сокращений будет суммироваться, возникнет зубчатый тетанус - длительное сокращение, прерываемое периодами неполного расслабления мышцы. Во время выполнения работы мышца может сокращаться изотонически - мышца укорачивается при постоянном
напряжении внешней нагрузке изотоническое сокращение воспроизводится только в эксперименте изометричеки - напряжение мышцы возрастает, а ее длина не изменяется мышца сокращается изометрически при совершении статической работы ауксотонически - напряжение мышцы изменяется по мере ее укорочения ауксотоническое сокращение выполняется при динамической преодолевающей работе. Молекулярные механизмы сокращения скелетной мышцы
Согласно теории скольжения нитей, мышечное сокращение происходит благодаря скользящему движению актиновых и миозиновых филламентов друг относительно друга. Механизм скольжения нитей включает несколько последовательных событий. Головки миозина присоединяются к центрам связывания актинового филламента. Взаимодействие миозина с актином приводит к конформационным перестройкам молекулы миозина. Головки приобретают АТФазную активность и поворачиваются на 120 .
За счет поворота головок нити актина и миозина передвигаются на один шаг друг относительно друга . Рассоединение актина и миозина и восстановление конформации головки происходит в результате присоединения к головке миозина молекулы АТФ и ее гидролиза в присутствии Са . Цикл связывание - изменение конформации - рассоединение - восстановление конформации происходит много раз, в результате чего актиновые и миозиновые филламенты смещаются друг относительно друга,
Z -диски саркомеров сближаются и миофибрилла укорачивается . 74. Проблема вкусовых рецепторных белков. Вкус - это химическое чувство, требующее, чтобы пищевое вещество было растворено в жидкости и приведено в контакт со специализированными вкусовыми клетками. После этого вкусовые клетки получают химические молекулы и развивают нервные импульсы для передачи в центральную нервную систему. На концах этих клеток нах-ся микроворсинки, содержащие специфические
белки. Это белки-рецепторы формируют 4 вкуса соленое, сладкое, горькое, кислое. Вкусовые рецепторы распределены по приблизительно 10 000 вкусовым почкам, в основном на языке, но также на глотке, мягком нёбе и гортани. Вкусовые почки - это центры вкусовых рецепторов для четырех различных вкусовых ощущений, расположенные в разных частях языка. Сейчас выделены белки и рецепторы сладкого монеллин, тиуматин и миракулин и их антагонисты гимнемовые
кислоты и зизифин . Монеллин белок, М 10000 в 3000 раз слаще сахарозы, способен вызывать электрический сигнал на мембране вкусовой луковицы. 76. Общие представления о структуре и функции рецепторных клеток в работе сенсорных систем. Для любого живого организма характерно свойство раздражимости, т.е. способность отвечать на раздражение. Последнее обеспечивается адекватными для данного рецепторного аппарата раздражителями световые, механические, электрические, химические и т.д .
Любое раздражение имеет свои основные параметры интенсивность, длительность, градиент и т.д которые оцениваются проявляются в деятельности анализаторов. В свою очередь анализатор как система состоит из 3-х частей звеньев - периферический конец, проводник и корковый конец. Первое звено- рецепторы- обеспечивает восприятие специфических форм энергии, которые для рецептора являются адекватными раздражителями.
Например для рецептора уха- это механические колебания от 16 до 25 000 Гц. Второе звено- проводниковое- обеспечивается работой афферентных нервов. Корковое звено- это третья часть анализаторов, в которой возникают ощущения и восприятия. То что корковая часть- это в определенном смысле самостоятельная часть анализатора подтверждается фактом, что ощущения могут возникать и без раздражения обусловлены изменениями в окружающей рецептор среде
и без возбуждения оно обуславливается обменом веществ в организме в следствие раздражения , например во сне или при галлюцинациях. Известно также, что возможна работа периферического звена без коркового звена жизнь без сознания . 77. Понятие фазатона мозга и движение аттрактора ВСОЧ в фазовом пространстве с возрастом человека Центральным регулятором ФСО является некоторая система на базе ЦНС, обеспечивающая интегрированное управление, условно называемая
фазатоном мозга ФМ . Фазатон мозга включает в себя 3 системокомплекса 1.нейро-моторный с. 2. нейро-трансмитерный с. 3. н-вегетативный с. НВС - проявляется в ПАР и в СИМ НС. Тропотрофный эффект, эрготропный эффект увеличивает концентрацию К в крови и его внутрикл.транспорт увеличивает концентрацию Са в крови Повышает показатели активности ПАР в НС, понижает
СИМ Повышает СИМ и понижает ПАР. НМС - нерв Павлова - работа сердца. По вазастрикторным данным есть люди ПАР и СИМ СИМ вазаделяторные -краснеют ПАР вазастрикторные -бледнеют НМС - гладкая и скелетная мускулатура автоматически активирует ФМ и ост-ые системы. Выплеск адреналина, дофамина. В мышцах есть флексоры и экстензоры. НТС - 2 типа- возбуждающий и тормозный медиаторы.
Возбужд адреналин, дофамин, нор-адреналин. Тормозные - ГАМК, Ацетил-холин, глицин спин.мозг . Т - тоническая фаза, PN - псевдо нормальная область, N - норматоник, F - фазатоник. Область начала координат - это область М - область смерти. С возрастом человек перемещается из верхней правой области в нижнюю левую область.
79. Оценка коэффициента асинергизма ч с помощью матрицы А в рамках компартментного подхода. Все количественные показатели ФСО характеризуют состояние кардио-респираторной системы КРС для ряда лиц, как критические, а для большинства - как адаптационные, но с отклонением от среднеевропейской нормы. Ситуация усугубляется высоким показателем уровня оксигемоглобина.
Пусть мы имеем две обобщенные координаты, описывающие вектор состояния ФСО x и гомеостаз в целом. В качестве x1 можно выбрать уровень фазического сухожильного рефлекса, а в качестве x2 - уровень катехоламинов, который может меняться под действием L-ДОПА наком, мадопар, синемет или угнетаться действием нейролептиков которые индуцируют атетоидные, торсионно-дистонические гиперкинезы . Откладывая по вертикали значения x1 и по горизонтали x2, мы получим
рис. 2 картину N - норма пересечение двух областей , фазическая патология F , тоническая патология T . Положение центров областей Т или F может смещаться постоянный нейромоторно-вегетативный баланс . А это значит, что и область N может постоянно меняться по размерам, а ее центр тяжести смещаться ближе к области Т или F. При этом у человека может преобладать тонический моторно-вегетативный гомеостаз или
фазический. Используя компартментный подход модели ФСО и ФМ можно представить в виде ориентированного графа. При этом структурная и параметрическая идентификация матмоделей подобных БДС может быть реализована в конечном виде, если мы имеем дело с линеаризованной динамической системой. В этом случае матмодель системы управления иерархической
БДС - ИБДС имеет вид системы дифференциальных уравнений dx dt Ax-bx ud 2 где x - вектор состояния ИБДС, A - блочно-треугольная матрица межкомпартментных и межкластерных связей, b - коэффициент диссипации возбуждения в БДС, d учитывает управляющий драйв. Для ИБДС с и d в отличие от вида 1 представляется не векторами, а матрицами. Входящая в 2 матрица A имеет n уровней иерархии, каждый из которых моделируется определенным кластером
ИБДС. При этом графу взаимодействий между уровнями иерархии единственным образом сопоставляется матрица A, у которой наличие отсутствие связей между уровнями задается соответственно ненулевыми или нулевыми блочными матрицами, стоящими под блочной диагональю. Каждому неразложимому диагональному блоку разложимой матрицы A соответствует свой кластер компартментов всей ИБДС.
Каждый отдельно взятый кластер описывается уравнениями вида 1 . Тогда исходное фазовое пространство модели представляется в виде прямой суммы подпространств и для кооперативных биологических систем A должна иметь неотрицательные компоненты A0 . В соответствии с расщеплением пространства R, вектор внешних воздействий d имеет вид Решение задачи структурной идентификации ИБДС сводится к идентификации матриц
Aij, входящих в матрицу A, идентификации числа уровней иерархии и положения каждого кластера в многоуровневой иерархической структуре ИБДС. В ряде наших работ представлено подробное описание алгоритмов этой идентификации. Отметим, что такая идентификация A ii и A ij должна сопровождаться установлением интервалов дискретизации регистрируемых сигналов, в рамках которых входные управляющие воздействия длительностью t1 длительность управляющих воздействий, поступающих на первый кластер и t2 длительность управляющих воздействий для
кластера 2-го уровня для двухкластерных систем, например не меняют порядки m1 и m2 и структуры исследуемых кластеров. Вывод о неизменности моделей кластеров делается по анализу собственных значений матриц A11 и A22. Определение и задание длительностей входных воздействий на кластеры i-ых уровней - это принципиальная задача, требующая теоретического и приборного обеспечения с помощью специальных фармпрепаратов или др терапевтическими методами у нас - гирудотерапия . 80.
Методы изучения конформационной подвижности изотопный обмен, люминесцентные методы, спиновая метка, гамма-резонансная метка ЯМР высоко разрешения, импульсные методы ЯМР. Метод изотопного обмена. Исторически возникновение понятия о конформационной подвижности белков связано с развитием метода изотопного обмена атомов водорода. Явление изотопного обмена состоит в том, что атомы водорода, входящие в основном в амидные пептидные
группы, могут вступать в обратимую реакцию обмена с атомами дейтерия и трития, находящимися в окружающем растворителе. Метод изотопного обмена дает уникальную возможность регистрировать ничтожные концентрации конформационно неравновесных состояний. Но он не позволяет установить, какая часть молекулы белка и каким образом должна перестроиться, чтобы ее NH-группы оказались доступными растворителю. Этим методом нельзя определить частоту конформационных движе нии, которая представляет собой важную
характеристику внутримолекулярной по движности белка. Ценность метода изотопного обмена определяется информацией о локальных конформационно неравновесных состояниях, которые, накапливаясь в достаточных концентрациях, могут способствовать конформационным переходам, сопровождающим функциональные процессы в белках. Сегодня люминесцентные анализ охватывает широкий круг методов определения разнообразных объектов от
простых ионов и молекул до высокомолекулярных соединений и биологических объектов. Детектируется люминесценция самого объекта или его производных, возможно также использование изменения люминесценции специфичных агентов. Для сложных проб люминесцентное детектирование сочетается с химическим разделением хроматография, электрофорез или с биологическим выделением иммуноанализ, метод полимеразной цепной реакции - ПЦР . Процесс люминесценции включает в себя переход молекул на возбужденный электронный
уровень, колебательную релаксацию в возбужденном состоянии, переход на основной электронный уровень либо с испусканием света собственно люминесцентное излучение , либо безызлучательно и колебательной релаксации в основном состоянии. Спиновая метка. Суть метода Присоединение к функц-ой группе белка свободного радикала и изучения хар-к его сигналов ЭПР. Наиболее удобны в этом отн-ии нитроксильные радикалы, сод-ие свободнорадикальную группу
N-О. Неспаренный электрон прин-т 2p-орбиталям N и О2 и фактически делакализован м ду атомами Nи О, эф-но взаимодействуют по диполь-дипольному механизму с магнитным моментом спина ядра атома азота. В силу этого происходит расщепление линии поглощения сигнала ЭПР СТС на три составляющие, соответствующее трем разным проекциям ядерного спина азота на направление Но. Вид спектра определяется главным образом анизотропным взаимодействием.
Гамма-резонансная метка. Этот метод дает важную информацию о динамике белков. Он позволяет определять амплитуды смещений атомов в структуре белка на коротких временах 10-7-10-9 с . Он основан на том, что при поглощении у-кванта происходит переход ядра из основного Е в возбужденное состояние Е-2 согласно обычному закону ?Е Е2 - Е1 hv, где для ядерных уровней ?Е составляет 103-105 эВ.
Поглощение у-квантов наблюдается на ядрах тяжелых атомов Fe, Cu, Pb. Для изотопа 57Fe, содержащегося в природных соединениях в количестве 2,2 , величина ?Е при резонансном поглощении составляет 14,4 КэВ, а время жизни ядра 57Fe в возбужденном состоянии ф 10 -7 с. Отсюда согласно соотношению неопределенностей для энергии можно найти, что естественная ширина резонансной линии поглощения у-квантов составляет очень малую величину
Г 10 -8 эВ. Спектры ЯГР ядерного гамма-резонанса отражают химическую и физическую структуру окружения ядра и характеризуются химическим сдвигом, квадру-польным расщеплением, формой линии и сверхтонкой структурой. В настоящее время ЯГР становится мощным орудием в расшифровке атомной структуры активных центров. Ядерный магнитный резонанс ЯМР . Одним из мощных методов изучения динамики биополимеров является метод ядерного магнитного резонанса. Сущность явления ЯМР сходна в основных чертах с электронным парамагнитным
резонансом. Ядра помимо ядер с четным числом протонов и нейтронов , к числу которых принадлежат основные изотопы углерода 612С и кислорода 816О , имеют отличные от нуля значения спина І принятое для ядер обозначение и магнитного дипольного момента. При этом магнитные моменты разных ядер отличны друг от друга. Условия резонанса для ядер, например протонов, входящих в состав молекул, будут отличаться от условий
для свободного протона вследствие экранирования электронными оболочками и влияния ядер химического окружения протона. Поэтому резонансное магнитное поле в должно быть заменено эффективным полем, учитывающим влияние окружения. Кроме того, магнитные моменты различных ядер взаимодействуют между собой и электронами в молекуле, причем характер этого взаимодействия также зависит от окружения ядра. Эти факторы влияют на параметры спектра ЯМР, давая тем самым информацию о химических свойствах и внутримолекулярной
динамике образца. Импульсные методы ЯМР. основаны на том, что система спинов, ориентированных в постоянном внешнем магнитном поле, возбуждается импульсом радиочастотного поля и выводится тем самым из равновесия. Это приводит к отклонению вектора микроскопической намагниченности от его первоначальной ориентации вдоль направления поля Но В результате система ядерных спинов начинает прецес-сировать вокруг Но, наводя ЭДС в приемной катушке, что регистрируется в виде сигнала свободной индукции после окончания
радиочастотного импульса. Сигнал свободной индукции представляет фурье-отображение спектра, по которому может быть восстановлен и сам спектр после соответствующей обработки с помощью ЭВМ. Этот метод позволяет резко ускорить регистрацию спектров и его широко применяют в современных спектрометрах ЯМР. Таким образом, метод ЯМР позволяет идентифицировать определенные виды внутримолекулярного движения в молекуле белка. Все это дает возможность осуществлять прямые экспериментальные исследования связи
между внутренней динамикой и функцией белковых молекул. 81. Определение с помощью ЭВМ показателей асимметрии в аттракторах метеофакторов Югры Р и Т . Аттрамктор англ. attract - привлекать, притягивать - множество точек в фазовом пространстве динамической системы, к которым стремятся траектории системы. Если траектория прошла достаточно близко к аттрактору, то со временем она уже не покинет окрестность
аттрактора и даже будет подходить к нему всё ближе и ближе, то есть будет наблюдаться эффект притяжения к аттрактору. Простейшим случаем аттрактора является точка. Аттракторами могут быть кривые, гладкие подмногобразия, а также произвольные сложные подмножества точек фазового пространства, в том числе фрактальные множества. Параметры порядка - показатели которые создают и описывают систему.
Фазовое пространство представляет множество всех состояний системы в фиксированный момент времени. Каждому возможному состоянию системы соответствует точка фазового пространства. Сущность понятия фазового пространства заключается в том, что состояние сколь угодно сложной системы представляется в нём одной единственной точкой, а эволюция этой системы - перемещением этой точки. По данным метеофакторов Югры т.е. это данные по температуре и давлению можно составить общую картину
систему погодных условий данной территории. Для это используем программу составленную в двухмерном пространстве. На экране квадрат фазовая плоскость , внутри него множество точек - которые создают аттрактор. Находятся такие величины как S площадь , центр аттрактора, статистический центр, Rx расстояние от центра до ребра квадрата .
| ! |
Как писать рефераты Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов. |
| ! | План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом. |
| ! | Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач. |
| ! | Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты. |
| ! | Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ. |
| → | Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре. |