бфх содержание курса

Биофизическая химия (бакалавры)

Введение. Предмет и задачи биофизической химии, ее связь с родственными дисциплинами. Значение биофизической химии для биотехнологии. Принципиальные особенности применения законов физики и физической химии к биологическим системам.

Раздел 1. Термодинамика биотехнологических и микробиологических процессов

Изолированные, закрытые и открытые системы. Равновесные и неравновесные процессы. Состояние равновесия, стационарное состояние. I и II начала термодинамики, применимость к открытым системам.

Понятие о нескомпенсированной теплоте. Основной постулат термодинамики открытых систем. I теорема Пригожина. Скорость возникновения энтропии в открытых системах. Формализм понятия «негэнтропия». Критика теорий Больцмана-Шредингера. Термодинамическое обоснование возможности осуществления сопряженных процессов.

Гипотеза Томпсона. Понятие о плотности потока (обобщенной координате) и обобщенной термодинамической силе. Неравенство де Донде. Термодинамическая сила и плотность потока в химической реакции.

Основные положения линейной термодинамики неравновесных процессов Онзагера, применимость к биотехнологическим системам. II теорема Пригожина. Термодинамическое описание стационарного состояния биотехнологических систем.

Термодинамика открытых систем вдали от состояния термодинамического равновесия.

Расчет энергии Гиббса для реакций, протекающих в реальных растворах. Введение поправок на частичную диссоциацию кислот, на реакцию аниона.

Раздел 2. Основы биоэнергетики.

Схема энергообмена в природе (различные типы работ, производимых в открытых системах). Строение структурных элементов микробных клеток и их функции в процессах трансформации энергии.

Строение и функции клеточных мембран. Состав и свойства биополимеров, входящих в их состав. Различие в составе биополимеров клеточных мембран микроорганизмов в зависимости от условий окружающей среды. Физико-химические характеристики транспорта веществ через клеточную мембрану (пассивный, активный транспорт). Классификация типов транспорта с позиции переноса ионов через мембрану.

Трансмембранная разность электрохимических потенциалов. Na⁺,K⁺-насос (превращение химической энергии в электрическую). Ca²⁺-помпа (преобразование химической энергии в механическую). Электрохимический трансмембранный потенциал протонов. Характеристика и свойства мембран митохондрий. Синтез макроэргических связей в процессе дыхания. Разобщение процессов дыхания и фосфорилирования. Гипотеза Митчелла.

Оксигенный, аноксигенный фотосинтез (трансформация квантов электромагнитной энергии в клетках микроорганизмов). Основные элементы цепи переноса электронов в процессе фотосинтеза. Фотосинтетические генераторы электрохимического потенциала. Механизмы регуляции экз- и эндэргонических процессов клетки. Регуляция клеточного метаболизма на уровне синтеза ферментов (индукция, репрессия) и их активности.

Моделирование физико-химических процессов в биологии (биологические, физические, математические модели). Особенности стехиометрических расчетов биохимических процессов. Расчет тепловых эффектов и затрат свободной энергии в процессе микробного синтеза.

Основная литература

1. М.Н.Манаков, Д.Г.Победимский. Теоретические основы технологии микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1990.

2. Е.П.Агеев. Термодинамика неравновесных процессов в общем курсе физической химии. – М.: Издательство МГУ, 1980.

3. В.Ф.Антонов и др. Биофизика. – М: Владос, 2003.

4. Д. Николс. Биоэнергетика. Введение в хемиосмотическую теорию. Пер. с англ. под ред. И.А.Козлова. – М.: Мир, 1985.

Дополнительная литература

1. В.Калоус, З.Павличек. Биофизическая химия. Пер. с чешск. под ред. А.П.Сергеева. – М.: Мир, 1985.

2. А.Б.Рубин. Биофизика (в 2-х томах). – М.: Высшая школа, 1987.

3. Ю.А.Владимиров и др. Биофизика. – М.: Медицина, 1983.

4. А.Ленинджер. Основы биохимии (в 3-х томах). Пер. с англ. под ред. С.Е.Северина. – М.: Мир, 1984.