ti

Билет 1.

Билет 2.

Билет 3

Билет 4.

Билет 5

Билет 6

Билет 7

Билет 8.

Билет 9.

Билет 10.

Билет 11.

Билет 12.

Билет 13

Билет 14

Билет 15.

Билет 16.

Билет 17

Билет 18

Билет 19

Билет 20

Билет 21

Билет 22

Билет 23

Билет 24

Билет 25

Билет 26

Билет 27

Билет 28

Билет 30 ?

Билет 31

Билет 32

Билет 33

Билет 1.

Первый и второй законы термодинамики в биологии. Характеристические функции и их использование в анализе биологических процессов. Расчеты энергетических эффектов реакций в биологических системах.

Первый закон термодинамики полностью годен для биологических систем.

Первый закон. Количество теплоты δQ, поглощенной системой из внешней среды, идет на увеличение ее внутренней энергии dU и совершение общей работы δА, которая включает работу против сил внешнего давления Р по изменению объема dV системы и максимально полезную работу δ А '_мах , сопровождающую химические превращения

δQ = dU + δА, где работа δА = pdV + δА’ max или δQ = dU + pdV + А’ max

Опытная проверка первого закона проводилась в специальных калориметрах, где измеряется теплота, выделенная организмом в процессах метаболизма, при испарениях, а также вместе с продуктами выделения. Поступающие в организм питательные вещества распадаются с освобождением заключенной в них свободной энергии, которая и используется для жизнедеятельности. Опыты проводились для реакций основного обмена на сравнительно коротком промежутке времени, когда не происходит накопления биомассы в результате роста и не совершается значительной работы. При этом выделенная организмом теплота полностью соответствует энергии, поглощенной вместе с питательными веществами. Т.е. сами по себе организмы не являются независимым источником какой-либо новой энергии.

При постоянном давлении вводится еще одна функция состояния системы - энтальпия:

H = U+pV, dH=dU + pdV

Q_v = ∆U

Qp = ∆Н

Величины ∆U и ∆Н зависят только от начального и конечного состояний системы и не зависят от пути, по которому может происходить превращение.

Тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении и объеме, не зависит от пути реакции, а определяется только разницей энтальпий исходных веществ и продуктов реакции (закон Гесса).

Изменение энтальпии при образовании 1 моля химического соединения из простых веществ, находящихся в наиболее устойчивом стандартном состоянии (1 атм, 25 °С), называется стандартной теплотой образования данного вещества (H°).

Второй закон термодинамики дает критерий направленности самопроизвольных необратимых процессов. Всякое изменение состояния системы описывается соответствующим изменением особой функции состояния энтропии S, которая определяется суммарной величиной поглощенных системой приведенных теплот Q/T.

Малое изменение энтропии dS равно для равновесных или больше для неравновесных процессов, чем поглощенная системой элементарная приведенная теплота δQ/T:

dS ≥ δQ/T

В изолированных системах δQ = 0 и, следовательно, dS >0

Необратимые изменения в изолированных системах всегда идут с увеличением энтропии до ее максимальных значений при окончании процесса и установлении термодинамического равновесия. Увеличение энтропии означает падение степени упорядоченности и организованности в системе, ее хаотизацию.

Второй закон носит статистический характер. Этот закон соблюдается наиболее точно для макроскопических систем с большим количеством молекул, где вероятности отклонения от среднестатистическог распределения в объеме системы крайне малы. В системах с малым количеством частиц вероятность таких отклонений увеличивается. Число возможны х микросостояний, или способов распределени частиц, которыми осуществляется данное макросостояние системы называется термодинамической вероятностью. S=klnW (Больцман).

Термодинамические потенциалы (характеристические функции) — это термодинамические функции, которые выражают явном виде все термодинамические свойства системы. U— внутренняя энергия, Н - энтальпия, F =U - TS - свободная энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал), G=H-TS - свободная энергия Гиббса (изобарно-изотермическнй потенциал). На основании первого и второго законов термодинамики для равновесных (обратимых) процессов термодинамические потенциалысвязаны с

ледующими уравнениями:

dU= Tds-pdV,

dH=TdS+Vdp,

dF= - SdT - pdV,​

dG = - SdT + Vdp.

Эти уравнения справедливы для закрытых систем, где совершается только механическая работа. В термодинамических расчетах удобно применять последние два потенциала, так как их естественные переменные удобны для систем, где протекают химические реакции.

Изменение любого вида энергии, сопровождающее изменение количества вещества в системе, называется химическим потенциалом µ, т. е.µ_i=(∂U/∂n_i)_s,v,nj=(∂H/∂n _i)_s,p,nj==(∂F/∂n_i)_T,V,nj==(∂G/∂n _i)_T,p,nj,

где n_i - число молей 1-го компонента системы, n_j - постоянные количества всех компонентов, кроме i-го.

Если происходят химические реакции или система является открытой, тогда dG = -SdT +Vdp + cумма по j(µ_jdn_j)

Если в системе имеет место изменение заряда системы, вместо химического потенциала используется электрохимический потенциал

dG = -SdT + Vdp + сумма по j(µ_j+z_i Fфи)dn_j

Возбудимость и потенциал действия, ПД (фазы ПД( локальный потенциал, Спайк, следовая деполяризация и гиперполяризация), серии ПД);

Возбудимость – это способность отвечать возбуждением (генерацией потенциала действия) в ответ на действие раздражителей любой природы.

Потенциал действия —волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на небольшом участке возбудимой клетки (нейрона или кардиомиоцита), в результате которого наружная поверхность этого участка становится отрицательно заряженной по отношению к соседним участкам мембраны, в то время, как в покое она заряжена положительно. Потенциал действия является физиологической основой нервного импульса.

Свойства ПД:

1. Наличие порогового значения

2. Подчиняется закону “все или ничего”:если деполяризующий потенциал больше порогового, то развивается ответ (ПД), амплитуда которого не зависит от амплитуды возбуждающего импульса, и ПД нет, если амплитуда стимуляции меньше пороговой

3. Есть период рефрактерности: абсолютная(ваще невозбудима) и относительная (можно вызвать ПД

4. ] стимуляцией, большей чем та, что вызывала ответ до этого)

5. В момент возбуждения резко уменьшается сопротивление мембраны.

Типичный модельный объект - гигантский аксон кальмара. На нем в том числе была установлена зависимости силы тока от продолжительности стимуляции.

Для возбуждения аксона необходимо некоторое количество электричества, причем сила тока должна быть тем больше, чем меньше время воздействия.

Данная зависимость представляет собой гиперболу, описываемую уравнением:

Iп=(a/дельта t)+b

Величина b - реабаза - минимальное значение возбуждающего тока при дельта t стремящемся к бесконечности.

а- константа, характеризующая пороговое количество электричества.

Фазы ПД:

1. Предспайк — процесс медленной деполяризации мембраны до критического уровня деполяризации (местное возбуждение, локальный ответ). Деполяризация за счет медленных Na токов в аксоплазму.

2. Пиковый потенциал, или спайк, состоящий из восходящей части (деполяризация мембраны) и нисходящей части (реполяризация мембраны). К реполяризации происходит инактивация Na каналов и открытие потенциал-зависямых K каналов (ток из аксоплазмы).

3. Отрицательный следовой потенциал — от критического уровня деполяризации до исходного уровня поляризации мембраны (следовая деполяризация). Падение ниже ПП, так как Na не вносит своего вклада (каналы закрыты), восстанавливается работой АТФаз.

4. Положительный следовой потенциал — увеличение мембранного потенциала и постепенное возвращение его к исходной величине (следовая гиперполяризация).