- •1.Предмет изучения и основное содержание биофизики.
- •2. Общие принципы описания кинетического поведения биологических систем, принцип узкого места, понятие фазовой траектории.
- •3. Качественное исследование простейших моделей биопроцессов. Поведение переменных на фазовой плоскости вблизи состояния равновесия.
- •4. Биологические триггеры. Фазовый портрет тригерной системы. Способы переключения стационарных состояний тригерной системы.
- •5. Колебательные процессы в биологии. Фазовый портрет автоколебательной системы.
- •6. Термодинамика систем вблизи равновесия. Первый и второй закон термодинамики. Живые системы.
- •Термодинамика живых систем
- •7. Второй закон термодинамики в открытых системах. Поддержание неравновесных состояний в бисистемах.
- •8. Теорема Пригожина
- •9. Термодинамика систем вдали от равновесия.
- •10. Энтропия, информация и биологическая упорядоченность.
- •11.Пространственная организация макромолекул.
- •Слабые невалентные взаимодействия в биологических системах.
- •13. Электронно-конформационные взаимодействия в макромолекулах
- •14. Спин электрона.
- •18. Механизмы переноса электрона и миграции энергии в биоструктурах.
- •19. Механизмы ферментативного катализа. Конформационные перестройки и высота барьера активации реакции
- •20. Молекулярная организация биологических мембран. Жидкомазаичная модель мембраны. Межмолекулярные взаимодействия в мембранах.
- •21. Механические и конформационные свойства мембран. Фазовые переходы биомембран.
1.Предмет изучения и основное содержание биофизики.
Биофизика — наука о наиболее простых и фундаментальных взаимодействиях, лежащих в основе биологических процессов. Теоретическое построение и модели биофизики основаны на физических понятиях энергии, силы, типов взаимодействия, на общих понятиях физической и формальной кинетики, термодинамики, теории информации.
организации живого. На современном этапе развития биофизики произошли принципиальные сдвиги, связанные, прежде всего с бурным развитием биофизики сложных систем и молекулярной биофизики. Для анализа конкретных биологических процессов используются теоретические модели, разрабатываемые в таких разделах, как кинетика, термодинамика, теория регуляции биологических систем, строение биополимеров и их электронные и конформационные свойства.
С развитием биофизики в биологию проникли и точные экспериментальные методы исследований (спектральные, изотопные, дифракционные, радиоспектроскопические). Основной итог начального периода развития биофизики — это вывод о принципиальной приложимости в области биологии основных законов физики как фундаментальной естественной науки о законах движения материи. Важное научное значение для развития разных областей биологии имеют полученные в этот период экспериментальные доказательства закона сохранения энергии (первый закон термодинамики), утверждение принципов химической кинетики как основы динамического поведения биологических систем, концепции открытых систем и второго закона термодинамики в биологических системах, наконец, вывод об отсутствии каких-либо особых «живых» форм энергии.
Важнейшее содержание биофизики составляют:
нахождение общих принципов биологически значимых взаимодействий на молекулярном уровне,
раскрытие их природы в соответствии с законами современной физики, химии с использованием новейших достижений математики,
разработка на основе этого исходных обобщенных понятий, адекватных описываемым биологическим явлениям.
Роль новых методов в биофизике: различные оптические методы, рентгено-структурный анализ с использованием синхротронного излучения, ЯМР- и ЭПР-спектроскопия, γ-резонансная спектроскопия, различные электрометрические методы, микроэлектродная техника, методы хемилюминесценции, лазерной спектроскопии, метод меченых атомов и др.
Результаты биофизического исследования приобретают важное биологическое значение, когда параметры первичных молекулярных механизмов удается непосредственно связать с особенностями конкретных биологических процессов и явлений. Современная биофизика вносит достойный вклад в решение целого ряда важнейших проблем современной биологии: регуляции биологических систем и управления ими; молекулярной динамики и механизмов функционирования биополимеров (ферментативный катализ); трансформации энергии в биоструктурах; мембранных транспортных процессов; мышечного сокращения; биоконверсии солнечной энергии.
В области молекулярной биофизики основу для понимания механизмов функционирования макромолекул составляют современные представления об электронно-конформационных взаимодействиях (ЭКВ) (М. В. Волькенштейн). Трансформация энергии и появление продуктов реакции в комплексах достигается в результате внутримолекулярных взаимодействий отдельных частей макромолекулы. В настоящее время интенсивно разрабатываются физические модели внутримолекулярной подвижности белка.
Современный этап развития биофизики характеризуется тем, что на первый план выступает проблема формулировки исходных теоретических понятий, отражающих фундаментальные механизмы взаимодействий в биологических системах на молекулярном уровне.