- •1 Использование 1 и 2 законов термодинамики в анализе биологических процессов
- •3 Ионные потоки через мембраны и их количественное описание уравнениями Нерста-Планка и Уссинга
- •6. Белки, биологическая роль, функциональная классификация белков.
- •8 . Роль нуклеиновых кислот в формировании свойств живой материи
- •10. Матричный синтез рнк. Транскрипция.
- •13.Углеводы. Биологическая роль. Классификация.
- •16. Липиды: структура, свойства и биологическая роль
- •17. Витамины, их биол. Роль. Водо- и жирорастворимые витамины.
- •18 Химическая природа и физиологическая роль важнейших гормонов.
- •21. Жизненный цикл клетки
- •23. Энергетические органоиды клетки.
- •24.Митоз, его стадии и значение.
- •25 Мейоз
- •27Особенности растительной клетки.
- •28 Проэмбриональный период. Гаметогенез.
- •34. Микроэлементы
- •36. Морфо-функциональная классификация тканей животных на эволюционной основе
- •38. Иммунитет
- •39.Центральные и периферические органы иммунной системы
- •42. Аллергия
- •43. . Онтогенез, его эволюционные изменения.
- •48 Строение синапсов.
- •51. Механизмы интеграции в цнс
- •54.Состав, свойства и функции крови. Константы крови и механизм их поддержания.
- •55 Регуляция дыхания
- •5 6 Фазы сердечного цикла
- •58 Рецепторы. Рецепторный и генераторный потенциал.
- •64. Типы мутаций и факторы их вызывающие
- •1. Триплетность
- •2. Вырожденность
- •70. Вид, критерии его выделения и специфические характеристики (ареал, экологическая ниша, генофонд)
- •3 Образование гамет у растений. Двойное оплодотворение.
- •72 Факторы эволюции: мутирование, миграция, естественный отбор, дрейф генов
- •74. Стадии видообразования. Модели и примеры видообразования.
- •75 Модели (алло-, сим-, парапатрическая) и примеры видообразования
- •76. Онтогенез как основа филогенеза. Филэмбриогенезы (анаболия, девиация, архамиксис)
- •78. Распространение и роль микроорганизмов в природе.
- •81 Плазмиды. Коньюгация, трансформация, трансдукция.
- •84 Разложение природных веществ
- •83. Превращение микроорганизмами соединений азота, серы, железа, фосфора
- •86 Общая хар-ка отделов водорослей. Типы морфологической организации, пигменты, запасные прод-ты фотосинтеза, размножение, распр-е и роль в природе.
- •89. Происхождение и направление эволюции высших растений.
- •90 Бесполое и половое размножение у растений. Соотношение фаз развития у низших и высших споровых растений
- •91. Характеристика голосеменных растений.
- •94Общая характеристика многоклеточных организмов. Онтогенетический филогенетический аспекты многоклеточности
- •96. Кольчатые черви. Метамерия трохофоры. Двойственность метамерии.
- •98Членистоногие: биоценотическая роль и практическое значение.
- •99Глокожие как целомические вторичноротые животные; биоценотическая роль и практическое значение.
- •100. Общая характеристика типа хордовых.
- •101. Характеристика подтипа оболочников
- •102. Надкласс рыбы, их характеристика и деление на классы.
- •104 Б. Характеристика класса рептилий
- •105 Характеристика класса птиц
- •106. Характеристика класса млекопитающих Характеристика млекопитающих
- •112 Популяция – элементарная единица вида и эволюции
- •113 Биогеоценоз: видовая, пространственная и функциональная структура
- •116 Экология человека
- •117 Глобальные экологические проблемы, пути их решения.
- •118. Возможности оптимизации взаимодействия человека, общества и природы.
1 Использование 1 и 2 законов термодинамики в анализе биологических процессов
Классическая термодинамика изучает превращение энергии одного вида в энергию другого вида, выявляя количественное соотношение между ними. 1-й закон термодинамики является следствием из закона сохранения энергии (общая сумма энергий остается постоянной независимо от изменения в самой системе). ∆Q=∆U-∆A, где ∆А=∆А’(полезная работа)+δA(работа против внешних сил). Теплота, поглощенная системой расходуется на повышение внутренней энергии системы и на совершение системой работы. Свободная энергия – все виды внутренних взаимодействий и связей. Это кинетическая энергия (хаотическая энергия молекул), потенциальная энергия (взаимодействие между молекулой и ядром), внутримолекулярная энергия (обеспечивает строение и существование отдельных молекул). Источником свободной энергии у растений являются кванты света, а в организмах животных источником свободной энергии является энергия химического распада пищевых субстратов. Всякая химическая энергия – это энергия электронов, которые занимают самые высокие орбиты в молекуле, поэтому накапливание химической энергии в молекуле – это по сути подъем электронов на удаленные орбиты. В ходе биологического окисления происходит опускание электронов, за счет этого освобождается энергия, которая прямо или косвенно утилизируется в живых системах.
2-й закон термодинамики показывает направление протекания того или иного процесса. Энтропия – это отношение теплоты, произведенной в обратимом процессе при постоянной температуре к величине этой температуры. S=Q/T. Самопроизвольно процессы идут с повышением энтропии.
dQ=dU-dA → dQ=TdS, TdS=dU-dA
dS=dQ/T
универсальное уравнение термодинамики – dA=dU-TdS.
Бывает два вида свободной энргии: - свободная энергия Гельмгольца F. При этом T=const, V=const.
Свободная энергия Гиббса G. T=const, P=const. dG=dH-TdS.
Биологические системы это открытые системы, то есть у них происходит постоянный обмен веществом, энергией и информацией с внешней средой. Биосистемы находятся в динамическом равновесии, которое обеспечивается гомеостазом. Развитие биологических систем сопровождается уменьшением энтропии, но это не противоречит второму закону термодинамики, т.к. при этом происходит увеличение энтропии во внешней среде
3 Ионные потоки через мембраны и их количественное описание уравнениями Нерста-Планка и Уссинга
– уравнение Онзагера
– плотность ионного потока, U – подвижность ионов,
– электрохимический потенциал,
– электрическая работа,
– химическая работа.
–стандартный химический потенциал, который характеризует работу вещества в стандартных условиях;
R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура; С – концентрация вещества; Z – количества заряда у ионов (равно его валентности); F – число Фарадея – 9,65*104 Кл/моль; φ – величина электромагнитного потенциала в каждом конкретном случае.
– величина потока, учитывающая градиент концентрации и электрического поля (Уравнение Нэрнста-Планка)
Упростим с помощью постоянной поля Гольдмана. Допущения:
1.Мембрана гомогенна.
2.Проникающий через мембрану ион мгновенно проходит через нее.
3.Градиент электрохимического поля постоянен.
– уравнение Гольдмана.
P – пропускная способность мембраны;
– обобщенный потенциал.
Уравнение учитывает поток во всех направлениях – суммарный поток:
, или
Если и , следовательно – соотношение потоков Уссинга.
При отсутствии электрического поля потоки переносимых через мембрану ионов не зависят друг от друга, а лишь от собственной концентрации.
Если критерий Уссинга выполняется, то поток осуществляется по принципу облегченной диффузии. Если нет, то потоки взаимосвязаны и на переносимые ионы действует внешняя сила, т.е. есть сопрягающий фактор. Следовательно, доказано, что существует активный транспорт через мембрану.
Вклад Сколла: гидролиз 1 АТФ сопровождается переносом 3 Na из клетки и 2 K в клетку.