Головна
Реферати » Реферати по біології » Конспект лекцій з біофізики

Конспект лекцій з біофізики

збільшення займаного нею об'єму і зниження щільності.

Розчинність різних речовин у воді

У воді добре розчиняються електроліти внаслідок високої діелектричної проникності води, так само речовини з великим дипольним моментом і речовини, здатні утворювати водневі зв'язки з молекулами води.

Малюнок. Нерозчинні речовини у воді: різні вуглеводні, масла, жири. Це пояснюється тим, що контакти між молекулами Н2О-Н2О і С6Н6-О молекулами виявляються вигіднішими, ніж С6Н6-Н2О. В будь-якій ситуації, коли вільна енергія розчину менше вільної енергії води і розчинної речовини, дана речовина добре розчиняється у воді (і навпаки).

Гнучкість полімерних молекул

Молекули біополімерів складні і володіють набором властивостей.
Інфрмаційно полімерних молекул базується на різноманітності мономерних ланок. Будь-яка біо молекула являє собою своєрідний біо текст і несе в собі певний обсяг інформації. Для біофізики важливі властивості та інформація молекул, для цього інформаційні молекули порівнюють з модельними молекулами. До них відносять каучук, він володіє еластчностью
(властивість, характерна для біополімерів). Еластичність - це здатність полімеру відчувати великі пружні деформації (що досягають 100%) при малому модулі пружності. Але в каучуку немає інформації, так як він складається з мономерів, це гідність використовується для порівняння з биополимерами для з'ясування біофункціі.

Молекули каучуку підкоряються законам Гука

? =? (L0-L) / L0, напруга? одно модулю пружності?, L0 - початкова довжина, L - кінцева довжина. Каучук має деякі властивості ідеального газу. Ентропійний характер пружності для ідеального газу означає, що при русі поршня усередині циліндра і зростанні тиску в ньому, ми переводимо його з більш ймовірного стану в менш верояное стислий стан, знижується ентропія газу. З каучуком відбувається теж саме. Між елементами каучуку, пов'язаними в лінійну ланцюг, існують зв'язки між якими можуть відбуватися обертання, в результаті чого змінюється конформація ланцюга. В біополімерах так само є такі зв'язки: С-С, С-N, С-О, навколо яких можуть відбуватися обертання - молекули біополімерів володіють конформационной лабільністю. Ці конформаційні властивості відіграють важливу роль, так як на них базуються всі функціонально важливі властивості біополімерів.

Клубок, глобула і умови їх існування

Малюнок. Завдяки обертанню навколо одиничних зв'язків, ланцюжок біополімерів згортається мимовільно в клубок.

N - кількість ланок l - середня довжина ланки (довжини ланок не рівні) h - відстань між початком і кінцем
Потрібно знайти розмір клубка. h = 0, так як кінець ланцюжка може равновероятно перебувати в будь-якому місці по відношенню до початку, тому знаходять h2, так як він не дорівнює нулю. h2 = Nl2 * (1 + cosQ) / (1-cosQ) малюнок. Q - кут обертання, кут між продовженням і ланкою ланцюга. h2 характеризує розміри полімерного статичного клубка. Стан клубка є найбільш імовірним станом биополимера. Йому відповідає максимальна ентропія.
Є прямі докази існування клубка біополімерів. Фотографії.
При згортанні в клубок між атомами виникають взаємодії двох типів.
1) Взаємодії ближнього порядку - взаємодії між сусідніми полімерними ланками.
2) Дальні взаємодії, дуже об'ємні ефекти. Вони виникають між атомами, які в цепочечной структурі биополимера відстоять далеко один від одного, але внаслідок вигинів ланцюга виявилися на невеликій відстані.

Внаслідок об'ємних ефектів щільність ланок у просторі, зайнятому молекулою биополимера, може змінюватися від точки до точки. Існує просторова кореляція. У стані клубка флукітуація (коливання) щільності має порядок самої щільності. Однак наявність об'ємних взаємодій може привести до такого стану в якому флуктуація густини виявиться малої проти щільністю. Такий стан носить назву глобули.
Умови існування клубка і глобули.
Важливі заряди, відстані між мономерами і t0. Збільшення t0 сприяє відштовхуванню ланок, зниження призводить до притяганню. Існують t0 при яких відштовхування між мономерами повністю компенсується їх взаємним притяганням. Така t0 відповідає точці Гетта Q (тепла). В Q-точці макромолекула представляє собою клубок з розмірами R? lN1 / 2. При збільшенні t0 вище Q-точки зростають сили відштовхування між мономерам і R
> lN1 / 2 але макромолекула буде у вигляді клубка. При зниженні t0 нижче Q-точки в об'ємних взаємодіях будуть переважати сили притягання між мономерам. Це призведе до конденсації полімерного клубка в щільне слабо флуктуірует освіту, яке називають глобулами, R? lN1 / 3. Таким чином зміна t0 призводить до зміни розмірів макромолекули, зміни щільності мономерів, і як наслідок до зміни енергії взаємодії і зміні агрегатного стану.
Вільна енергія взаємодії ланок залежить від щільності агрегації цих ланок.

Малюнок. Вид клубка при нульовій температурі, F-вільна енергія, n - число ланок. У стані клубка молекула має min вільної енергії при N

? 0. Де F = 0 будуть здійснюватися оборотні переходи між клубком і глобул. Переходи можуть бути двох видів:

1) переходи першого роду: при зміні t0 спостерігається тепловий ефект, S і внутрішня енергія змінюються стрибками.

2) фазовий перехід другого роду: без теплових ефектів. Теплоємність при цьому змінюється стрибкоподібно, S і внутрішня енергія змінюються плавно. В результаті питома V системи не відчуває стрибкуватість змін.
Таким чином вид переходу визначається властивостями макромолекули. У разі жорсткої полімерної ланцюга перехід клубок-глобула здійснюється як фазовий перехід першого роду, в разі гнучкої ланцюга - як фазовий перехід другого роду.

Малюнок. Графічна залежність щільності мономерних ланок від t0. n - щільність мономерних ланок, 1 жорстка ланцюг, 2 гнучка ланцюг. У разі гнучкою ланцюга немає конкретної Q точки, виділяється Q лише область. У реальних біо молекулах гнучкість ланцюга може змінюватися в силу відмінностей окремих ділянок.
Статистична картина фазового переходу ускладнюється в реальних молекулах.
Структури перебудови залежать від фізичної природи взаємодій між мономірні ланками і необов'язково усереднюються по всьому об'єму, зайнятому даної молекулою.

Статистична теорія полімерних ланцюгів
СТПЦ бере початок у 50х роках ХХ століття з Ленінграда. Основна ідея СТПЦ полягає в тому, що в полімерного ланцюга реалізуються не будь-які повороти атомних груп навколо одиничних зв'язків, але існують лише певні поворотні ізомери. Конформацію ротомеров можна встановити, якщо ми знаємо хімічну структуру ланцюга.

Малюнок. Етан. Вигідніших транс-конформація, так як навколо одиничної зв'язку обертається молекула і змінюється Е потенц.

Малюнок. Графічна залежність Е потенц. від кута обертання. ? = 0 при транс. При поворотах навколо одиничної зв'язку молекула етану долає своєрідний енергетичний бар'єр =

12200 Дж / моль.
Величина енергетичного бар'єру має в своїй основі енергію дисперсійних сил, якщо взаємодіючі ланки не полярні; якщо ж вони полярні, то крім дисперсійних сил, свій вклад вносять орієнтаційні і індукційні сили.

Малюнок. Бутан. СН3-СН2-СН2-СН3 енергетично більш вигідна транс-конформація, при якій СН3 групи перебувають на max відстані один від одного.

Час перетворення одного ротомера в іншій 10-10 с. Ротомери не можна розділити, вони безперервно переходять з однієї конформації в іншу.

Біофізика клітини. Мембранологія.

Всі клітини оточені цитоплазматичної мембраною, яка представляє собою функціональну структуру, товщиною в кілька молекулярних шарів, яка обмежує цитоплазму і більшість внутрішньоклітинних структур, а так же утворює єдину систему канальців, складок і замкнутих порожнин, розташованих усередині клітини. Товщина рідко перевищує 10 нм, в цій структурі щільно упаковані ліпіди і білки, тому суха вага мембрани складає більше Ѕ сухого ваги клітини.

У середині XIX століття Дюбуа-Реймон вперше повідомив, що між внутрішньою і зовнішньою поверхнею шкіри жаби є різниця потенціалів. Моль ввів термін "мембрана", він вивчав цитоплазму клітин рослин і з'ясував, що вона оточена напівпроникною мембраною. 1877 Пфейфер-ботанік, досліджуючи явище осмосу, користувався як природної, так і штучної мембраною з осадового ферроцианида. Cu> cходнства між ними> природна мембрана бере участь в явищі осмосу. Пізніше стали говорити про генерацію биопотенциала мембрани (кінець XIX століття). 1902 г - Бернштейн - мембранна теорія потенціалу спокою і потенціалу дії> розвиток мембранології.
Хакслі, Ходжкин і К0 вперше показала, що потенціли спокою і дії базуються на виборчій проникності мембрани до певних іонам
(К +) - неоднакове розподіл іонів по обидві сторони мембрани, в основі чого лежать процеси активного транспорту іонів через мембрану. За участю мембрани пов'язані: Фоторецепція, рецепція, БАВ, передача нервового імпульсу, синтез ДНК.

Хімічний склад мембрани

Досить високий вміст ліпідів, вони складають мембранну матрицю; білки складають вариабильности частина; вуглеводи у вигляді глікопротеїдів і гліколіпідів. У мембрані завжди знаходиться невелика к-ть води (важлива роль).

Ліпіди мембрани:

Класифікація

I. Класи:

1. Ліпіди - похідні гліцерину . Кефаліни - фосфодіетаноламін,

Лецитин - фосфатидилхолін.

2. Ліпіди - похідні сфингозина. Сфінгоміолін, цереброзиди.

3. Стерини - холестерин,?-ситостерин, Ергостерин, зімостерін і т.д.

4. Мінорні ліпіди-?-каротин, Вітамін К.

II. Групи:

1. Нейтральні ліпіди - холестерин, тригліцериди.

2. цвіттеріонов - 2 заряду диполя - фосфотіділетаноламін, фосфотіділхолін.

3. Ліпіди - слабкі кислоти, фосфотіділсерін.

4. Ліпіди - сильні кислоти - фосфотіділовие кислоти і сульфокислоти.

Мембранні білки

Насилу

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7