Лекции Рубина (1123233)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ОГЛАВЛЕНИЕПРЕДИСЛОВИЕ ......................................................................... 4Лекция 1. ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХПРОЦЕССОВЛекция2............................................................................... 5ТИПЫ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ..............................................................20Лекция 3.

:КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ............... 36Лекция 4. РАСПРЕДЕЛЁННЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ....... 46Лекция 5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В ЭКОЛОГИИ .................. 52Лекция 6. ТЕРМОДИНАМИКА НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВВ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ВБЛИЗИ Р АВНОВЕСИЯЛекция7.Лекция8.................................................................................. 66ТЕРМОДИНАМИКА СИСТЕМ ВДАЛИ ОТ РАВНОВЕСИЯ .......................................................................................82ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СТРОЕНИЯБИОПОЛИМЕРОВ ....................................................................

879. ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНАЯДИНАМИКАБЕЛКОВ .......... 100Лекция 10. ФИЗИЧЕСКИЕМОДЕЛИДИНАМИЧЕСКОЙПОДВИЖНОСТИ БЕЛКОВ ........................................................... 111Лекция 11. МИГРАЦИЯ ЭНЕРГИИ И ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНА ВБИОСТРУКТУРАХ ................................................................. 117Лекция 12. МЕХАНИЗМЫ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА .........

126Лекция 13. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН. ИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ........... 131Лекция 14. ПАССИВНЫЙ ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗМЕМБРАНУ ............................................................................ 142Лекция 15. КАНАЛЫ И ПЕРЕНОСЧИКИ. АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ ........................................................................................ 148Лекция 16. ТРАНСПОРТ ИОНОВ В ВОЗБУДИМЫХ МЕМБРАНАХ ..........................................................................................

153Лекция 17. ПЕРВИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИЭНЕРГИИ В ФОТОСИНТЕЗЕ. .............................................. 158Лекция 18. ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭНЕРГИИ В БИОМЕМБРАНАХ ...... 165Лекция3ПРЕДИСЛОВИЕБиофизика-это наука, включающая теоретические построения имодели, основанные на современных физико-химических представлени­ях. Они отражают физические особенности молекулярной организации иэлементарных процессов живого, которые в свою очередь создают моле­кулярную основу биологических явлений.Изложение полного курсабиофизики требует обширного биологического материала, а также до­полнительного привлечения современных представлений физики, хи­мии,математики.Этонеобходимодлятого,чтобыучащиеся"почувствовали" специфическую природу и своеобразие молекулярныхбиологических процессов, увидели, как эти особенности проявляются вбиологических системах.

Именно в этом состоит суть современногобиофизического подхода к анализу биологических процессов. Однаковыполнение этой задачи сопряжено с большим объемом трудного учеб­ного материала, освоение которого требует много времени и возможно восновном лишь учащимися близкого к биофизике профиля. Так, учебникпо биофизике, вышедший вВысшая школа,1987),1987 г.(Рубин А. Б. Биофизика. Кн.1, 2.М.:предназначен в основном для студентов и аспи­рантов, специализирующихся в области биофизики и отдельных разделовфизико-химической биологии, и, конечно, весьма труден для учащихсядругого профиля.

Вместе с тем изложение теоретических основ и важ­нейших результатов биофизики для биологов широкого профиля воз­можно и в рамках семестрового лекционного курса, которыйчитает на биологическом факультете МГУ с1976 г.авторЭтим вызвано появ­ление настоящей книги, которая содержит краткое изложение основныхразделов биофизики и предназначена для биологов широкого профиля.Из-за ограниченности лекционного курса и необходимости сохра­нения его логической целостности и законченности в данную книгу невошли многие важные разделы биофизики, которые подробно изложеныв учебнике.Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю при­знательность Г.

Ю. Ризниченко за помощь в подготовке рукописи и рядценных советов и замечаний, а также А.И.Комарову, О.В.Халтуриной иС.С.Хрущёву за подготовку к печати второго издания книги.4Лекция 1. ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВБиологическая кине1Пка. В основе процессов обмена клетки сосредой и внутреннего метаболизма лежит сложная сеть организованныхопределенным образом во времени и пространстве различных реакций. Вбиологических системах каждый из составных элементов находится впостоянном и неразрывном взаимодействии друг с другом, что и опреде­ляет в основном природу динамического поведения целостных биологи­ческих систем, механизмы их саморегуляции и управления, называемыебиологической кинетикой. В результате этих процессов изменяютсяконцентрации различных веществ, численность отдельных клеток, био­массаорганизмов;могутизменятьсяидругиевеличины,напримертрансмембранный потенциал в клетке. Основные исходные предпосьшкипри описании кинетики в биологических системах в общем такие же, каки в химической кинетике.Считается, что изменения переменных величин в каждый моментвремени могут быть описаны соответствующими дифференциальнымиуравнениями.

Кроме переменных величин, кинетическая система обла­дает набором определенных параметров, которые не изменяются во вре­мя наблюдения за ней и характеризуют условия протекания реакций(температура, влажность, рН, электрическая проводимость). Как прави­ло, сами значения констант скоростей реакций определяются такимипараметрами.Рассмотрим простейший пример замкнутой популяции клеток, вкоторой одновременно происходят процессы размножения и гибели игде в избытке имеются питательные вещества. Возникает вопрос, какменяется численность клеток в такой системе со временем и может ли вней в конце концов установиться стационарное состояние, когда числоклеток меняться не будет. Эта типичная кинетическая задача решается спомощью дифференциальных уравнений.

Пусть в некоторый моментвремениt концентрация клеток в среде составит N. Скорость измененияdN- - складываетсяdtи скорости гибели ( Vгнбелн)концентрации клеток в средежения( Vразмн)dNdt=Vразмн-из скорости их размно­Vгнбелн.В простом случае скорость размноженияции клеток в единицу времени--увеличение концентра­пропорциональна их численности в ка­ждый момент, т. е.5гдеk1константа пропорциональности, зависящая от условий среды-(температура, наличие питательных веществ и др.).Аналогичногдеk2 -константа, определяющая интенсивность процессов гибели кле­ток. Отсюда следует, что(1.1)гдеk=k1-k2.Решив это уравнение, найдем, как меняется со временем концен­трация клеток в средеN= N(t).Интегрируя(1.1),получимfd: fkdt;=InN=kt+c·kt 'N=Noe ,(1.2)гдеN 0 - концентрация клеток в начальный момент временидения за системой.t=О наблю­Легко видеть, что в зависимости от соотношения констант скоро­стей процессов гибели(k2)и размноженияпопуляции будет различной.

Еслиk 1> k2, k >(k1)судьба этой замкнутойО, то в системе произойдетнеограниченный рост числа клетокN(t)~ оо приЕслиN(t)k 1 < k 2,t~ оо.то со временем популяция будет вымирать~О приt~ оо.И только в частном случае приk1 = k2число клеток будет оставать­ся ПОСТОЯННЫМN=No.Другим примером модели роста популяции в среде с ограничен­ным количеством питательных веществ служит известное уравнение ло­гистической кривой. Логистическое уравнение Ферхюлста имеет видdN =k1N(Nmax-N).dtN max6(1.3)ЗдесьNrmх-максимальнаяНОСТЬПОПУЛЯЦИИ,МОЖНаявусловиях.N(t),NчисленВОЗ­кданныхNКривая=описываемая этимуравнением,приведенана рис.В началь­(1.1).ный период роста, когдаN «: Nmax.кривая носитэкспоненциальныйрактер.Затемха­послеРис.точки перегиба наклонпостепенно1.1.

Логистическаякриваяуменьшает-ся и кривая приближается к верхней асимптотеN=Nmax,т. е. к максимально достижимомууровню в данных условиях.Однако по сравнению с обычной химической кинетикой биоло­гическая кинетика характеризуется следующими особенностями.1.В качестве переменных выступают не только концентрации ве­ществ, но и другие величины.2.Переменные изменяются не только во времени, но и в простран­стве (диффузия реагентов через биомембраны).3.Биологическая система пространственно гетерогенная, и усло­вия взаимодействия реагентов могут быть различны в разных точках сис­темы.4.Существуют специальные механизмы саморегуляции, действую­щие по принципу обратной связи.5.Степень полинома, стоящего в правой части дифференциальногоуравнения, не всегда связана с порядком реакции.Обычно в качестве простой модели открытой системы приводитсягидродинамическая модель сосуда, в который одновременно вливается ивытекает жидкость.

Уровень жидкости в сосуде целиком зависит от со­отношения скоростей притока и оттока жидкости .. При равенстве этихскоростей уровень жидкости остается постоянным, а в системе устанав­ливается стационарное состояние. Изменение скорости хотя бы одногоизпотоковвызоветсоответствующеесмещениестационарногоуровняЖИДКОСТИ в сосуде.7Принцип обра1НОЙ связи.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций