Особенности кинетики биологических процессов

Лекция

Тема занятия: Кинетика биологических процессов

Цель и задачи:  рассмотреть особенности кинетики биологических процессов, основные кинетические модели

 Базовые понятия и термины: кинетика, модель, адекватность модели, кинетическое уравнение, стационарное состояние, жёсткий и мягкий триггер,  модель Мальтуса, модель Вольтерра-Лотки, поправка Ферхюльста.

Тип занятия: лекция (спецкурс)

Методы: словесно-наглядный

Студент должен знать:

- особенности кинетики биологических процессов

-особенности и принципы построения моделей Мальтуса и Вольтерра-Лотки

Рекомендуемые материалы

- механизмы триггерных и колебательных систем в биологии

- принципы построения кинетических уравнений и моделей

 Студент должен уметь:

 - создавать простые кинетические уравнения, уметь расшифровывать смысл входящих в них переменных величин

I. Вступление

 Организационный момент: проверка общей готовности студентов к занятию, контроль посещаемости занятия

Целевая установка и изучение нового материала:

Цель: рассмотреть особенности кинетики биологических процессов, основные кинетические модели

 II. Основная часть.

 Рассматриваемые вопросы:

1. Основные особенности кинетики биологических процессов

2. Стационарные состояния биологических систем.

3. Модели триггерного типа и колебательные процессы в биологии.

4.    Математическое моделирование (модели Мальтуса и Вольтера). Основные этапы моделирования. Основные допущения. Понятие об адекватности модели.  

A. 1)Множественность переменных – значительно усложняет рассмотрение изменения состояния системы во времени. 2) наличие не только дифференциала по времени, но и по пространству 3) различие в условиях протекания одного процесса – например, пищеварение – начинается в ротовой полости, заканчивается в тонком кишечнике 4) наличие механизмов саморегуляции – процесс может быть ускорен, замедлен или отложен на неопределённое время. Такие изменения трудно предсказать.

B. Стационарным называют такое состояние открытой системы, при котором основные макроскопические параметры системы остаются постоянными. В состоянии равновесия в системе прекращаются все процессы, кроме теплового движения молекул, при этом выравниваются все градиенты.  В стационарном состоянии идут химические реакции, диффузия, перенос ионов и другие процессы, но они так стабилизированы, что состояние системы в целом не изменяется. В стационарном состоянии существуют градиенты между отдельными частями системы, но они сохраняют постоянные значения.

C. Система обладающая двумя и более устойчивыми состояниями, между которыми возможен переход называется триггерной. Так, например, переход мышцы от спокойного состояния к сокращению осуществляется триггерным действием периферического нерва. Триггерный переход бывает силовой и несиловой.  Колебательных систем изучено много: периодические биохимические реакции, колебания в гликолизе, периодические процессы фотосинтеза, колебания численности видов и т.д. Автоколебательные системы поддерживают незатухание колебаний за счёт внутренних сил самой системы и амплитуда этих колебаний определяется свойствами самой системы. Реальные биологические системы подвергаются бесконечному числу случайных внешних и внутренних влияний, но в устойчивом режиме функционирования динамический характер поведения системы сохраняется.

D. Моделирование биологических систем - процесс создания моделей биологических систем с характерными им свойствами.

Модель – упрощённое представление реальных объектов. Модели: физические, математические, биологические. Объектом моделирования может стать любая биологическая система. Модель естественного роста Мальтуса. Допущения модели: 1) количество пищи бесконечно 2) пространство бесконечно 3) нет патологических процессов 4) условия среды постоянны.  X=X₀×e^ɛt, где X- количество особей через определённый промежуток времени, X₀- начальное количество особей, ɛ - коэффициент естественного прироста, t- время, e- экспоненциальный рост. Позже Ферхюльст ввёл поправу, что количество пищи ограничено и рост популяции не может длиться бесконечно и в конце-концов выходит на «плато», когда процессы рождаемости и смертности примерно равны.

Модель Ло́тки — Вольтерра́ (более правильным является произношение Вольте́рры, однако этот вариант мало распространён в русском языке) — модель межвидовой конкуренции, названная в честь её авторов (Лотка, 1925; Вольтерра 1926), которые предложили модельные уравнения независимо друг от друга. Такие уравнения можно использовать для моделирования систем «хищник-жертва», «паразит-хозяин», конкуренции и других видов взаимодействия между двумя видами. Ограничения модели: 1) хищники питаются одним видом жертв 2) данными жертвами питается только один вид хищников 3) отсутствуют патологические процессы  4) хищники вершина пищевой пирамиды.

"2.1 - Химический состав и физические свойства нефти" - тут тоже много полезного для Вас.

III. Заключение (подведение итогов)

Ответы на вопросы студентов. Уборка рабочих мест.