Тема 1. ТЕРМОДИНАМІКА БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ.

1. Що називається термодинамічною системою, типи систем. Параметри термодинамічних систем. Що таке функції стану? Рівноважний і нерівноважний стани. Стаціонарний стан. Релаксація. Час релаксації. Оборотні й необоротні процеси.
2. Перший закон термодинаміки (формулювання, формула). Те ж саме стосовно біологічних об'єктів. Знаки величин, які входять в останню формулу. На які види поділяють роботу в біофізиці? Ентальпія: формула, визначення. Чи залежить зміна ентальпії системи від шляху проходження процесу? Закон Гесса.
3. Формулювання другого закону термодинаміки через поняття ентропії, інші формулювання. Що таке приведена теплота, чи її зміна є функцією стану? Ентропія, одиниці вимірювання. Чи є функцією стану ентропія? Як змінюється ентропія та інформація організму у процесі росту? Молекули розміщені в посудині, розділеній посередині перегородкою ─ у якому випадку ентропія системи буде мінімальною?
4. Інформація, одиниця вимірювання інформації, її визначення. Закон збереження інформації. Формула Больцмана для ентропії. Що таке термодинамічна ймовірність? Як змінюється з часом ентропія та інформація мертвого організму? Молекули розміщені в посудині, розділеній посередині перегородкою ─ у якому випадку інформація системи буде максимальною?
5. Термодинамічні потенціали. Внутрішня енергія. Що таке функція стану? Ентальпія: формула, визначення. Вільна енергія Гельмгольца: формула, визначення. Вільна енергія Гіббса: формула, визначення. У якому напрямку йдуть самовільні процеси?
6. Зміна стандартної вільної енергії й константа рівноваги. Пояснити за допомогою графіка, що таке зміна вільної енергії, зміна стандартної вільної енергії, напрям хімічної реакції. Якою повинна бути зміна вільної енергії, щоб реакція йшла у прямому напрямку? Дати визначення константи рівноваги, записати її вираз для реакції 2CO+O₂→2CO₂. У якому випадку K>1? У якому випадку K<1? У якому випадку K=1? Чи зміниться вона і як, якщо в рівнянні реакції поміняти місцями вихідні речовини і продукти реакції? Вивести рівняння Вант-Гофа.
7. Хімічний і електрохімічний потенціали. Хімічний потенціал: визначення, формула, одиниця вимірювання. Електрохімічний потенціал: визначення, формула, одиниця вимірювання. Що таке стандартний хімічний потенціал, стандартні умови? Що таке число Фарадея і як його обчислити? Як зміниться електрохімічний потенціал іонів хлору, якщо електричний потенціал розчину зросте?
8. Спорідненість хімічної реакції: формула, визначення. Що таке ступінь проходження реакції? В реакції окислення глюкози C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O утворилось 3 молі CO₂ – визначити ступінь проходження реакції. Які значення може приймати спорідненість і що можна у кожному з цих випадків сказати про хід хімічної реакції?

Тема 2. ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ БІОМАКРОМОЛЕКУЛ У РОЗЧИНАХ.

1. Закон Кулона (формула). Чому між атомами чи молекулами виникають електростатичні сили, хоча в цілому вони є електронейтральні? Як залежить сила взаємодії між атомами від відстані між ними? Який тип сил Ван-дер-Ваальса виникає між групами –OH? між групами –OH і –CH₃? між групами –CH₃? Водневі зв'язки, димери мурашиної кислоти, структура льоду і води, зв'язки між пептидними групами. Причина виникнення гідрофобних сил.
2. Взаємодія макромолекул у розчині (теорія Дебая – Хюккеля). Залежність потенціалу ізольованого точкового заряду від відстані, формула. Графіки φ(r) для позитивного і негативного заряду. Графічно зобразити розподіли концентрації катіонів c⁺(r) та аніонів c^–(r) біля точкового позитивного та негативного заряду. Припущення теорії Дебая – Хюккеля. Залежність потенціалу точкового заряду у розчині з іонами від відстані, формула. Графічно зобразити потенціал точкового позитивного та негативного заряду у розчині з іонами. Що називається товщиною іонної оболонки? Що таке параметр Дебая – Хюккеля, його розмірність. Як залежить товщина іонної оболонки від температури розчину, пояснити. Як залежить товщина іонної оболонки від концентрації розчину, пояснити.
3. Іонна сила розчину: загальна формула, формула для двох типів іонів з протилежними одиничними зарядами, одиниці вимірювання. Як зміниться товщина іонної оболонки при зростанні температури розчину в 4 рази? Як зміниться товщина іонної оболонки та іонна сила розчину при зростанні концентрації розчину в 4 рази? Як залежить товщина іонної оболонки від іонної сили розчину? Явище висолювання, його застосування.
4. Віскозиметрія та седиментація. Будова і робота віскозиметра Оствальда. Від чого і як залежить швидкість витікання рідини? Для чого застосовується віскозиметр? Седиментація. Як вимірюють швидкість седиментації? Що визначають цим методом?
5. Механізм виникнення явища в’язкості. Закон Ньютона. Характеристична в'язкість розчину полімеру, формула. Залежність характеристичної в’язкості від молекулярної маси для розчину полімерних клубків та від форми макромолекул. Які значення приймає коефіцієнт Сімхі для різних молекул? Які макромолекули мають більшу характеристичну в’язкість: глобулярні чи фібрилярні?
6. Суть методу квазіпружного розсіювання світла макромолекулами. Ефект Доплера. Що визначають цим методом? Електрофорез. Електрофоретична рухливість. Суть методу електрофорезу біомакромолекул. Що визначають цим методом? Як?

Тема 3. КІНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНИХ РЕАКЦІЙ.

1. Швидкість реакції. Записати вираз для швидкості реакції H₂+O₂→H₂O. Який порядок цієї реакції? Що називається порядком реакції? Показати графічно, як міняються концентрації реагентів у ході даної реакції. Навести приклади реакції першого і нульового порядку.
2. Енергія активації. Рівняння Арреніуса. Що означають множники? Як залежить швидкість реакції від температури? Перетворити рівняння Арреніуса у лінійне. Як з графіка визначити енергію активації?
3. Рівняння реакції взаємодії ферменту й субстрату. Кінетичне рівняння для швидкості зміни концентрації фермент-субстратного комплексу. Вираз для концентрації фермент-субстратного комплексу у стаціонарному стані. Рівняння Міхаеліса – Ментен. Графік v([S]). Чому для цієї залежності характерне насичення? Константа Міхаеліса. Порядок реакції.
4. Рівняння Міхаеліса – Ментен. Графік v([S]). Чому для цієї залежності характерне насичення? Константа Міхаеліса. Порядок реакції взаємодії ферменту й субстрату. Графічний метод Лайнуївера – Берка. Що можна визначити з графіка Лайнуївера – Берка?
5. Конкурентне інгібування ферментативних реакцій. Рівняння реакцій, схема. Кінетичні рівняння для швидкості зміни концентрації фермент-субстратного комплексу та фермент-інгібіторного комплексу. Графік v([S]) та відповідний графік Лайнуївера – Берка. Як зміниться константа Міхаеліса та максимальна швидкість реакції при застосуванні конкурентного інгібітора?
6. Неконкурентне інгібування ферментативних реакцій. Рівняння реакцій, схема. Кінетичні рівняння для швидкості зміни концентрації фермент-субстратного комплексу та фермент-субстрат-інгібіторного комплексу. Графік v([S]) та відповідний графік Лайнуївера – Берка. Як зміниться константа Міхаеліса та максимальна швидкість реакції при застосуванні неконкурентного інгібітора?

Тема 4. БІОФІЗИКА БІЛКІВ ТА НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ.

1. Функції білків в організмі. Первинна структура. Поліконденсація амінокислот. Пептидний зв’язок. Типи вторинної структури білків. Надвторинна структура. Третинна структура. Домени. Принцип методу диференціальної скануючої мікрокалориметрії. Криві плавлення льоду та білка. Що і як можна визначити по кривій плавлення?
2. Дисперсія оптичного повертання білків. Трансформація світлового променя у процесі проходження через установку. Чому оптично активна речовина повертає площину поляризації? Який звязок між показником заломлення і швидкістю поширення променя? Питоме повертання. Яким приладом визначають спектр ДОП? Для чого застосовують метод ДОП?
3. Круговий дихроїзм білків. Трансформація світлового променя у процесі проходження через установку. Яка причина еліптичності променя, який пройшов крізь оптично активну речовину? Яким приладом визначають спектр КД? Молярна еліптичність. Що і як визначають методом КД? Як обчислити еліптичність променя, якщо відомі молярні частки типів вторинної структури білка?
4. Чому білок поглинає ультрафіолет? Закон Ламберта – Бера в диференційній формі. Закон Ламберта – Бера в інтегральній формі. Оптична густина. Спектри поглинання та пропускання. Коефіцієнт поглинання. Довжина екстинкції, як її визначити. Диференційний спектр. Що визначають методом диференціальної спектрофотометрії?
5. Схема енергетичних рівнів. Шляхи переходу молекули із збудженого синглетного рівня. Триплетний стан. Флуоресценція, фосфоресценція, люмінесценція. Спектр флуоресценції. Спектр збудження. Квантовий вихід флуоресценції. Закон Стокса. Для чого застосовують флуоресцентну спектроскопію?
6. Просторова будова ДНК. Назвати уотсон-кріковські пари ДНК. Горизонтальні взаємодії. Стекінг-взаємодії. Роль водного середовища у стабілізації подвійної спіралі ДНК. Експериментальне визначення кроку спіралі та відстані між комплементарними парами ДНК.
7. Гіперхромний ефект. Як і на скільки змінюється оптична густина розчину ДНК на довжині хвилі 260 нм при денатурації? Крива плавлення ДНК. Температура плавлення ДНК. Графік залежності температури плавлення ДНК від молярної частки ГЦ-пар. Визначити молярні частки ГЦ- і АТ-пар в ДНК, якщо її температура плавлення становить 85°С.

Тема 5. ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ЧЕРЕЗ БІОМЕМБРАНИ.

1. Функції клітинних мембран. Структурна організація мембран. Чому ліпіди розтікаються по поверхні води моношаром? Як можна визначити площу поверхні мембрани? Як можна визначити поверхневий натяг клітин? Метод заморожування-сколювання.
2. Модельні мембранні системи. Методика одержання плоских бішарових мембран за Мюллером. Чому ці мембрани називають чорними? Через які мембрани краще проникають іони натрію та калію: природні чи штучні, і чому? Що таке ліпосоми і як їх одержують? Як використовують ліпосоми у медицині? Що таке протеоліпосоми і як їх одержують?
3. Пасивний транспорт. Типи пасивного переносу. Риси іонних каналів. Хімічний потенціал (формула). Рівняння Фіка (вивести). Пояснити знак "–". Полегшена дифузія. Риси полегшеної дифузії. Способи транспорту води. Електроосмос.
4. Осмос. Пояснити явище осмосу. Навести при¬клади. Осмотичний тиск. Вивести вираз для осмотичного тиску з рівняння Менделєєва – Клапейрона. Принцип дії осмометра. Закон Вант-Гофа для ідеального розчину.
5. Коефіцієнт проникності біомембран. Стаціонарний транспорт речовини через мембрану. Профіль зміни концентрації речовини біля поверхні мембрани. Рівняння Фіка при стаціонарному транспорті речовини через мембрану. Коефіцієнт розподілу речовини. Коефіцієнт проникності біомембран.

Тема 6. ФОТОБІОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ.

1. Фотобіологічні процеси. Фотофізіологічні та фотодеструктивні процеси. Основні етапи фотобіологічного процесу. Закон поглинання світла Ламберта – Бера в диференційній формі. Закон Ламберта – Бера в інтегральній формі. Спектри поглинання та пропускання. Коефіцієнт поглинання. Довжина екстинкції, як її визначити.
2. Схема електронних рівнів молекули. Збуджені стани молекул. Шляхи переходу молекули із збудженого синглетного рівня. Триплетний стан. Флуоресценція, фосфоресценція, люмінесценція. Правило Коші.Закон Вавілова. Правило Стокса.
3. Механізми міграції енергії. Внутрімолекулярна та міжмолекулярна міграція енергії. Механізми міграції енергії. Які умови необхідні для здійснення індуктивно-резонансного механізму? Екситони.
4. Основні закони фотохімії. Закон Гротгуса – Дрепера. Закон фотохімічної еквівалентності Ейнштейна. Квантовий вихід фотохімічної реакції. Спектр дії фотохімічної реакції. Які висновки можна зробити, якщо спектр дії суміші речовин відрізняється від її спектра поглинання.
5. Особливості фотодеструктивної дії ультрафіолетового світла на біологічні об'єкти. Дія ультрафіолету на мікроорганізми, тваринні та рослинні клітини. Корисні застосування ультрафіолету. Реакція фотодимеризації в ДНК. Реакція фотогідратації в ДНК.
6. Дія УФ-світла на білки. Послідовність фотохімічних процесів в ароматичних амінокислотах у розчинах. Послідовність фотохімічних процесів в ароматичних амінокислотах у складі білка. Зшивка білків з ДНК.

Тема 7. БІОФІЗИКА ФОТОСИНТЕЗУ.

1. Фотосинтез. Сумарне рівняння фотосинтезу. Спряжені окисно-відновні півреакції фотосинтезу. Скільки квантів світла витрачається на утворення 1 молекули O₂? Етапи фотосинтезу.
2. Структурна організація хлоропластів. Пігментні молекули. Структура хлоропластів. Які знаєте пігментні молекули? В яких організмах вони містяться?
3. Експериментальні докази існування двох фотосистем у хлоропластах вищих рослин. Ефект червоного падіння. Ефект Емерсона. Ефект Блінкса. Як пояснюють останні ефекти? Що таке реакційний центр? Для чого рослині антенний хлорофіл? Фотосинтетична одиниця.
4. Організація та функціонування реакційних центрів двох фотосистем. Компоненти фотосинтетичного апарату. Явище спілловеру. Яка з фотосистем є більш довгохвильова?
5. Z-схема фотосинтезу. ПБК ІІ. Кванти світла якої довжини може поглинути Р680? Що відбувається з Р680 при поглинанні кванта світла? Чому без поглинання кванта світла Р680 не може передати електрон феофітину? Звідки поповнює втрату електрона Р680? З котрого боку мембрани тилакоїда відбувається розклад води? На які складові розкладається вода? Яка їх подальша доля? Чому електрон передається по ланцюжку феофітин → пластохінон → Р700, а не навпаки? Який рухливий переносник доставляє електрон на ПБК І?
6. Z-схема фотосинтезу. ПБК І. Кванти світла якої довжини може поглинути Р700? Що відбувається з Р700 при поглинанні кванта світла? Чому без поглинання кванта світла Р700 не може передати електрон фередоксину? Звідки поповнює втрату електрона Р700? Куди передає електрон фередоксин? Який кінцевий пункт міграції електрона по нециклічному шляху? Які складові необхідні для синтезу вуглеводів? Звідки вони беруться? За рахунок якої енергії це відбувається? Роль АТФ-ази. Що відбувається при освітленні квантами з довжиною хвилі 680<λ<700 нм?

Тема 8. РАДІАЦІЙНА БІОФІЗИКА.

1. Природа іонізуючої радіації. Який результат дії іонізуючого випромінювання на атоми? Що називається іонізаційним потенціалом? Типи іонізуючого випромінювання. Природа та одержання рентгенівського випромінювання. Природа і джерела γ-променів. Які з цих променів мають більшу довжину хвилі? Що таке β-частинки, їх природа. Що таке α-частинки, їх природа. Джерела нейтронів.
2. Дози й потужності іонізуючих випромінювань. Експозиційна доза, одиниці вимірювання. Потужність експозиційної дози, одиниці вимірювання. Поглинута доза, одиниці вимірювання. Потужність поглинутої дози, одиниці вимірювання. Еквіва¬лентна доза випромінювання, одиниці вимірювання.
3. Механізми поглинання іонізуючої радіації. Що таке трек, від чого залежить його діаметр? Фотоелектричний ефект. Ефект Комптона. Механізми взаємодії нейтронів із речовиною. Пряма дія радіації. Теорія мішені. Непряма дія радіації.
4. Кисневий ефект і коефіцієнт кисневого підсилення. Дія іонізуючої радіації на клітини. Як впливає присутність кисню на радіаційні пошкодження тканин? Коефіцієнт кисневого підсилення. Чи впливає на руйнівну дію іонізуючого випромінювання введення кисню після опромінення? Радіаційно-хімічний вихід продукту. Генетичні і соматичні ефекти опромінення. Генні мутації. Хромосомні мутації.
5. Дозові криві виживання клітин. Модифікація променевого ураження клітин. Дозова крива. Виживаємість. Графік дозової кривої виживання клітин. Як з графіка одержати екстраполяційне число та квазіпорогову дозу? Методи модифікації променевого ураження. Радіопротектори, пояснити їхню дію. Чи захищають організм радіопротектори при введенні в організм після опромінення? Радіосенсибілізатори, їх застосування. Фактор зміни дози, від чого він залежить?

Перейти вище