Агрохімія і ґрунтознавство
Фізика з основами біофізики рослин
ПИТАННЯ НА КОЛОКВІУМ
Тема 1. МЕХАНІКА, БІОМЕХАНІКА.
1. Особливості будови рослини. Типи тканин. Розташування та функції запасливих тканин. Функції покривних тканин. Функції провідних тканин. Органи рослин. Функції кореня. Типи коренів.Функції коренеплодів, приклади. Пагін, його функції. Брунька, будова і функції. Стебло, функції. Листки, функції.
2. Тропізм. Визначення. Геотропізм. Які органи мають позитивний, а які – негативний геотропізм? Фототропізм. Які органи мають позитивний, а які – негативний фототропізм? Приклад поперечного геліотропізму. Хемотропізм. Термотропізм. Гідротропізм. Тригмотропізм.
3. Типи і види деформацій. Пружна і пластична деформація. Формулювання закону Гука. Деформація розтягу – стиску. Закон Гука в інтегральній та диференціальній формі. Механічна напруга, одиниці вимірювання. Модуль Юнга. Закон Гука для деформації зсуву. Закон Гука для деформації кручення. Момент сили, одиниця вимірювання. Закон Гука для деформації згину. Який вид деформації мають окремі волокна стержня, якщо він в цілому підданий деформації згину? Одиниця вимірювання геометричного моменту інерції.
Тема 2. МОЛЕКУЛЯРНА ФИЗИКА, ТЕРМОДИНАМІКА.
1. Поверхневий натяг. У який бік діє рівнодійна сил взаємодії на приповерхневі молекули рідини? Коефіцієнт поверхневого натягу, одиниці вимірювання. Яку форму приймає краплина рідини при вільному падінні і чому? З якою силою треба потягнути кільце з контурною довжиною 10 см, щоб відірвати його від поверхні води (σ=0,07 Н/м)? Як залежить поверхневий натяг від температури? Як змінюють поверхневий натяг поверхнево-активні речовини?
2. Тиск під викривленою поверхнею рідини. Обчислити додатковий тиск повітря всередині мильної бульбашки діаметром 14 см (σ=0,07 Н/м). У який бік спрямований додатковий тиск з боку плівки? Як залежить додатковий тиск від діаметру бульбашки? Формула Лапласа.
3. Змочування. Зобразити краплину рідини на ТТ у випадку часткового змочування, показати крайовий кут, в яких межах знаходиться його значення? Зобразити меніск рідини у пробірці у випадку часткового змочування. Зобразити меніск рідини у пробірці у випадку повного змочування. Чому рівний крайовий кут у випадку повного змочування? Зобразити краплину рідини на ТТ у випадку часткового незмочування, показати крайовий кут, в яких межах знаходиться його значення? Зобразити меніск рідини у пробірці у випадку часткового незмочування. Зобразити меніск рідини у пробірці у випадку повного незмочування. Чому рівний крайовий кут у випадку повного незмочування? Зобразити краплину рідини на ТТ у випадку повного незмочування.
4. Капілярні явища. Капіляр. Зобразити меніск рідини в капілярі у випадку часткового змочування. Величина і напрям додаткового тиску під викривленою поверхнею рідини. Гідростатичний тиск стовпчика рідини. Зв’язок радіуса кривизни меніска з радіусом капіляра. Прирівняти додатковий і гідростатичний тиски. Вираз для висоти підняття стовпчика рідини в капілярі. Як залежить висота підняття стовпчика рідини від крайового кута? Як залежить висота підняття стовпчика рідини від коефіцієнта поверхневого натягу? Як залежить висота підняття стовпчика рідини від радіуса капіляра? У яких випадках рідина в капілярі не піднімається, а, навпаки, опускається? Зобразити меніск рідини в капілярі у випадку часткового незмочування.
5. Явища перенесення. Величина і напрям градієнту концентрації. Рівняння Фіка. Коефіцієнт дифузії, від чого і як він залежить? Способи передачі тепла. Природа явища в’язкості. Розподіл швидкостей рідини в капілярі (малюнок). Градієнт швидкості, його величина і напрям. Як залежить величина і напрям градієнту швидкості від точки поперечного перерізу? Закон Ньютона для в’язкої течії рідини, напрям сили в’язкості. Від чого і як залежить швидкість проходження рідини через капіляр?
6. Закони термодинаміки. Внутрішня енергія. Перший закон термодинаміки (формулювання, формула). Те ж саме стосовно біологічних об'єктів. На які види поділяють роботу в біофізиці? Різні формулювання другого закону термодинаміки.
7. Ентропія та інформація. Ентропія, одиниці вимірювання. Формула Больцмана для ентропії. Інформація, одиниця вимірювання інформації, її визначення. Закон збереження інформації. Що таке термодинамічна ймовірність? Як змінюється з часом ентропія та інформація мертвого організму? Як змінюється інформація організму у процесі росту? Молекули розміщені в посудині, розділеній посередині перегородкою ─ у якому випадку ентропія та інформація системи буде мінімальною чи максимальною?
8. Хімічний і електрохімічний потенціали. Хімічний потенціал: визначення, формула, одиниці вимірювання. Електрохімічний потенціал: визначення, формула. 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?
Тема 3. ГІДРОДИНАМІКА, ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ЧЕРЕЗ БІОМЕМБРАНИ.
1. Властивості рідин. Чому текучість газів зазвичай більша, ніж рідин? Чому стисливість газів більша, ніж рідин? Як змінюється густина рідини при нагріванні? В якому інтервалі температур вода при нагріванні стискається? Більш впорядковану структуру мають рідини чи гази? Визначити висоту стовпчика води, який чинить на дно посудини тиск, рівний атмосферному.
2. Основні закони гідродинаміки. Рівняння нерозривності. Визначити швидкість рідини у вузькій частині труби з площею поперечного перерізу 0,5 см2, якщо у широкій (10 см2) її швидкість – 0,2 м/с. Рівняння Бернуллі. Статичний, гідравлічний та динамічний тиск. Водяний манометр. Як змінюється статичний тиск рухомої рідини у вузькій частині горизонтальної труби порівняно з її широкою частиною?
3. Будова біомембран. Функції клітинних мембран. Структурна організація мембран. Як можна визначити площу поверхні мембрани? Як можна визначити поверхневий натяг клітин? Метод заморожування-сколювання. Будова фосфоліпідів. Латеральна дифузія. Фліп-флоп. Чим відрізняються твердий кристалічний стан мембрани і рідкокристалічний? Температура фазового переходу. Методика одержання плоских бішарових мембран за Мюллером. Що таке ліпосоми і як їх одержують?
4. Пасивний транспорт і транспорт води. Типи пасивного переносу. Риси іонних каналів. Хімічний потенціал (формула). Рівняння Фіка (вивести). Пояснити знак "–". Полегшена дифузія. Риси полегшеної дифузії. Рівняння процесів (реакцій) для рухливого переносника. Залежність потоку субстрату через мембрану від його концентрації: формула, графік. Як зміниться потік субстрату через мембрану при збільшенні концентрації переносника вдвічі? Способи транспорту води.
5. Явище осмосу. Пояснити явище осмосу. Навести приклади. Осмотичний тиск. Вивести вираз для осмотичного тиску з рівняння Менделєєва – Клапейрона. Принцип дії осмометра. Закон Вант-Гофа для ідеального розчину. У якому напрямку відбувається дифузія молекул води через мембрану клітини, якщо вона знаходиться в гіпотонічному розчині? Як в результаті зміниться тиск всередині клітини? У якому напрямку відбувається дифузія молекул води через мембрану клітини, якщо вона знаходиться в гіпертонічному розчині? Як в результаті зміниться тиск всередині клітини?
Тема 4. ЕЛЕКТРИКА, БІОЕЛЕКТРИКА.
1. Взаємодія електричних зарядів. Як зміниться сила взаємодії між точковими зарядами, якщо відстань між ними збільшиться вдвічі? Як зміниться сила взаємодії між точковими зарядами, якщо один з них збільшити вдвічі? Як зміниться сила взаємодії між точковими зарядами, якщо один з них змінить свій знак на протилежний? Як зміниться сила взаємодії між точковими зарядами, якщо обидва змінять свій знак на протилежний? Закон Кулона (формула).
2. Напруженість електричного поля, потенціал. Залежність сили Кулона від напруженості електричного поля (формула). Напруженість електричного поля точкового заряду (формула). Вираз для електричного потенціалу точки в електричному полі точкового заряду q. Визначити роботу по переміщенню заряду 0,1 Кл з точки з потенціалом 10 В у точку з потенціалом 20 В. Визначити роботу по переміщенню заряду 0,1 Кл з точки з потенціалом 20 В у точку з потенціалом 10 В. Позитивні та негативні заряди самовільно переміщаються у бік більшого чи меншого потенціалу? Чи може точка простору мати нульовий потенціал? У якому випадку точка простору має від’ємний потенціал? Як називається різниця потенціалів, одиниця вимірювання.
3. Сила й густина струму, закон Ома. Сила струму, одиниця вимiрювання. Густина струму, одиниця вимiрювання. Закон Ома для однорідної ділянки кола. Закон Ома в диференцiальнiй формi.
4. Рівняння Нернста. Умова рівноваги для іонів по обидва боки мембрани. Вивести рівняння Нернста. Рівняння Нернста для одновалентних позитивних іонів при 20°C. Рівняння Нернста для іонів хлору при 20°C.
5. Потенціал спокою. Що таке мембранний потенціал, одиниці вимірювання. Більше іонів калію міститься всередині чи зовні рослинної клітини? Більше іонів хлору міститься всередині чи зовні рослинної клітини? Як відрізняється проникність мембрани рослинної клітини у стані спокою для іонів калію та хлору? В яких межах знаходиться різниця потенціалів між внутрішнім середовищем рослинної клітини та зовнішнім розчином, що омиває клітину? Мембрана у стані спокою заряджена позитивно чи негативно?
6. Збудливість рослинних клітин. Які зовнішні подразники можуть викликати виникнення потенціалу дії у рослинних клітинах? Які канали відкриваються в мембрані рослинної клітини при її збудженні? Які іони і куди переходять по цих каналах? Як при цьому змінюється мембранний потенціал? Тривалість та швидкість поширення потенціалу дії. Зобразити спайк і пояснити його складові частини.
7. Поширення потенціалу дії у рослині. Що таке плазмодесма та яка її функція? Пояснити, чому провідний пучок можна розглядати як кабель із недосконалими електричними властивостями. Чому поздовжній струм при його проходженні по провідному пучку постійно зменшується? Константа довжини кабелю. Як константа довжини кабелю залежить від товщини аксона? Як константа довжини кабелю залежить від поперечного опору мембрани? Як константа довжини кабелю залежить від питомого опору цитоплазми?
Тема 5. ОПТИКА, ФОТОБІОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ.
1. Механізми поглинання світла та перетворення енергії. Схема електронних рівнів. Умова поглинання кванта світла. Шляхи переходу молекули із збудженого синглетного рівня на основний. Триплетний рівень, фосфоресценція.
2. Спектри. Спектр флуоресценції. Спектр збудження. Квантовий вихід флуоресценції. Коефіцієнт поглинання. Коефіцієнт пропускання. Які значення може приймати коефіцієнт пропускання? Оптична густина. Як за відомим коефіцієнтом пропускання обчислити оптичну густину розчину? Які значення може приймати оптична густина розчину? Спектри поглинання та пропускання. Чому рівний коефіцієнт пропускання та оптична густина повністю прозорого для даної довжини хвилі розчину? Чому рівний коефіцієнт пропускання та оптична густина повністю поглинаючого для даної довжини хвилі розчину? Закон Стокса, пояснення.
3. Закон Ламберта – Бера. Графік залежності інтенсивності світлового променя від глибини проникнення в речовину. Закон Ламберта – Бера в диференційній формі. Закон Ламберта – Бера в інтегральній формі. У скільки разів зменшиться інтенсивність променя, якщо оптична густина розчину D=1, D=2? Яка частина світлового променя пройде через 30 см розчину, якщо при проходженні 10 см поглинається 90% інтенсивності? Визначити коефіцієнт поглинання у цьому випадку. Графік залежності коефіцієнта пропускання від глибини. Графік залежності оптичної густини від глибини. Довжина екстинкції. Як з експериментальних даних визначити довжину екстинкції (2 способи)? Як з експериментальних даних визначити коефіцієнт поглинання (2 способи)?
4. 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. Послідовність фотохімічних процесів в ароматичних амінокислотах у розчинах. Послідовність фотохімічних процесів в ароматичних амінокислотах у складі білка. Зшивка білків з ДНК.
Тема 6. БІОФІЗИКА ФОТОСИНТЕЗУ.
1. Окисно-відновні реакції та редокс-потенціал. Пояснити причини виникнення електродного потенціалу при зануренні металу у розчин власної солі. Подвійний електричний шар. Від чого залежить величина і знак електродного потенціалу? Який знак електродного потенціалу при зануренні металу у чисту воду? При якій умові рівноважний електродний потенціал рівний нулю? Вираз для електродного потенціалу (загальний та для Т=298 К). Нормальний (стандартний) електродний потенціал. Окисно-відновний електрод. Що відбувається при зануренні платинового електрода у розчин з окисненою та відновленою формами однієї й тієї ж речовини? Рівняння Нернста – Петерса. Вираз для окисно-відновного потенціалу при Т=298 К. Стандартний редокс-потенціал.
2. Хімічна реакція фотосинтезу. Сумарне рівняння фотосинтезу. Спряжені окисно-відновні півреакції фотосинтезу. Скільки квантів світла витрачається на утворення 1 молекули O2? Етапи фотосинтезу.
3. Пігментні молекули та хлоропласти. Структура хлоропластів. Які знаєте пігментні молекули? В яких організмах вони містяться?
4. Фотосинтетична одиниця. Що таке реакційний центр? Для чого рослині антенний хлорофіл? Фотосинтетична одиниця.
5. Організація та функціонування реакційних центрів двох фотосистем. Компоненти фотосинтетичного апарату. Явище спілловеру. Яка з фотосистем є більш довгохвильова?
6. Електронно-транспортні ланцюги у мембранах тилакоїдів. Схема електронно-транспортних комплексів у мембрані тилакоїда. Яка речовина є донором електронів для ПБК ІІ? Відповідне рівняння реакції. Куди поступає електрон від цього донора? Що відбувається з пластохіноном? Куди поступають електрони від пластохінону? Який рухливий переносник переносить далі електрони на ПБК І? Який рухливий переносник переносить далі електрони на НАДФ? Куди рухаються протони після розкладу води? Куди в кінцевому рахунку поступають електрони і протони? Відповідне рівняння реакції.
7. Z-схема фотосинтезу. ПБК ІІ. Z-схема фотосинтезу. 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?
8. Z-схема фотосинтезу. ПБК І. Z-схема фотосинтезу. 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?