ЕКЗАМЕНАЦІЙНІ ПИТАННЯ 2013/14 н.р. спеціальність "біологія"
Тема 1. ТЕРМОДИНАМІКА РІВНОВАЖНИХ СТАНІВ.
1. Що називається термодинамічною системою? Типи 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. На які види поділяють роботу в біофізиці?
3. Ентальпія: формула, визначення. Чи залежить зміна ентальпії системи від шляху проходження процесу? Закон Гесса, його застосування в калориметрії.
4. Різні формулювання другого закону термодинаміки. 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?
5. 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?
6. Термодинамічні потенціали. Внутрішня енергія. Ентальпія ─ визначення, формула. Вільна енергія Гельмгольца ─ визначення, формула. Вільна енергія Гіббса ─ визначення, формула. Що таке функція стану? Як міняється вільна енергія при самовільних процесах?
7. Зміна стандартної вільної енергії й константа рівноваги. Якою повинна бути зміна вільної енергії, щоб реакція йшла у прямому напрямку? Дати визначення константи рівноваги, записати її вираз для реакції 2H2+O2 → 2H2O. Рівняння Вант-Гофа.
8. Хімічний і електрохімічний потенціали. Визначення, формули, одиниці вимірювання. Що таке стандартний хімічний потенціал, стандартні умови? Що таке число Фарадея?
Тема 2. ТЕРМОДИНАМІКА НЕОБОРОТНИХ ПРОЦЕСІВ.
1. Які доданки входять у зміну ентропії у відкритій системі і що вони означають? Знаки величин deS, dіS, dS в ізольованій системі, яка перебуває у рівноважному стані; у нерівноважному стані; у відкритій системі, яка перебуває у стаціонарному стані.
2. Спорідненість хімічної реакції: формула, визначення. Що таке ступінь проходження реакції? В реакції окиснення глюкози C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O утворилось 2 молі CO2 ─ визначити ступінь проходження реакції. Які значення може приймати спорідненість і що можна у кожному з цих випадків сказати про хід хімічної реакції?
3. Які доданки входять у формулу для швидкості зміни ентропії і що вони означають? Які знаки мають ці доданки і швидкість зміни ентропії в цілому у стаціонарному стані? Який знак має швидкість продукції ентропії для ізольованого потоку? Записати вираз для швидкості продукції ентропії у хімічній реакції. Що називається швидкістю реакції? Що виконує роль узагальненої сили та узагальненого потоку у процесі проходження біохімічної реакції? Що таке локальна швидкість продукції ентропії?
4. Що таке дисипативна функція та її вираз через швидкість продукції ентропії у самій системі внаслідок необоротних процесів. Вираз для дисипативної функції хімічної реакції. Як зміниться швидкість продукції ентропії при збільшенні спорідненості хімічної реакції? при збільшенні швидкості реакції? Загальний вираз для дисипативної функції будь-якого процесу. Які фізичні величини виконують роль узагальненої сили та узагальненого потоку у біохімічній реакції? при переміщенні тіла з певною швидкістю? у процесі електропровідності? у процесі дифузії? у процесі теплопровідності? у процесі фотосинтезу?
5. Співвідношення взаємозв'язку Онзагера. Загальний вираз для дисипативної функції будь-якого процесу. Основне рівняння лінійної нерівноважної термодинаміки. Теорема Пригожина. Що можна сказати про локальну продукцію ентропії у стані термодинамічної рівноваги?
6. Критерій стійкості системи. Чим відрізняється стійка рівновага від нестійкої? Принцип стійкості Ле-Шательє, приклади. Як змінюється ентропія та продукція ентропії у системі при самовільному процесі? Що можна сказати про швидкість продукції ентропії у стані термодинамічної рівноваги та у стаціонарному стані?
Тема 3. СТРУКТУРНА ОРГАНІЗАЦІЯ ТА КОНФОРМАЦІЇ БІОМАКРОМОЛЕКУЛ.
1. Закон Кулона. 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. Графік φ (r) для позитивного 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 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. 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. Біофізичні методи дослідження макромолекул. Осмос, 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. 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 в’язкої течії 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 Допплера. Що визначають цим методом? Електрофорез. Електрофоретична рухливість. Суть методу електрофорезу біомакромолекул. Що визначають цим методом? Як?
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 зв'язок між показником заломлення і швидкістю поширення променя? Питоме повертання. Яким приладом визначають спектр 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 та інтегральній формі. Оптична густина. Спектри поглинання та пропускання. Їх вимірювання. Коефіцієнт поглинання, його визначення. Довжина екстинкції, її визначення. Диференційний спектр. Що визначають методом диференціальної спектрофотометрії? Шляхи переходу молекули із збудженого синглетного рівня. Триплетний стан. Флуоресценція, фосфоресценція, люмінесценція. Спектр флуоресценції. Спектр збудження. Квантовий вихід флуоресценції. Закон Стокса.
5. 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.
6. 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 температуру плавлення ДНК, якщо молярна частка ГЦ-пар становить 40%.
Тема 5. ВЗАЄМОДІЯ ФЕРМЕНТУ ІЗ СУБСТРАТОМ.
1. Властивості ферментів. Молекулярна активність ферменту. Молекулярний механізм взаємодії ферменту із субстратом. Які фактори необхідні для ефективної дії ферментів? Теорія індукованої структурної відповідності ферменту й субстрату. Типи конформаційних перебудов ферментів. Структура алостеричних ферментів. Функціонування алостеричних ферментів на прикладі синтезу L-ізолейцину. Субодинична будова алостеричних ферментів.
2. Швидкість реакції. Як залежить швидкість реакції від температури? Характерний час проходження реакції. Що називається швидкою ферментативною реакцією? Яка проблема виникає при дослідженні швидких ферментативних реакцій? Метод зупиненого потоку. Метод температурного стрибка.
3. Взаємодія міоглобіну з киснем: рівняння реакції, ступінь насичення білка лігандом, рівняння Хілла, константа рівноваги реакції, графік залежності ступеня насичення від концентрації субстрату. Взаємодія гемоглобіну з киснем: те ж саме. Кооперативність. Перетворити рівняння Хілла в лінійне. Графік Хілла. Що і як можна визначити з цього графіка?
Тема 6. КІНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНИХ РЕАКЦІЙ.
1. Швидкість реакції. Записати вираз для швидкості реакції 2H2+O2→2H2O (кінетичне рівняння). Який порядок цієї реакції? Що називається порядком реакції? Довести, що концентрації реагентів у ході реакції першого порядку зменшуються з часом за експоненціальним законом. 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. Експериментальне визначення енергії 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]). Константа Міхаеліса. Як залежить порядок реакції від концентрації субстрату? Перетворити рівняння Міхаеліса – Ментен у лінійний вигляд. Графік Лайнуївера – Берка. Що можна визначити з графіка Лайнуївера – Берка?
4. Конкурентне інгібування ферментативних реакцій. Рівняння реакцій або 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?
5. Неконкурентне інгібування ферментативних реакцій. Рівняння реакцій або 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 7. СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНА ОРГАНІЗАЦІЯ БІОМЕМБРАН.
1. Функції клітинних мембран. Структурна організація мембран (з малюнком). Чому ліпіди розтікаються по поверхні води моношаром? Як можна визначити площу поверхні мембрани (метод Гортера)? Як визначають поверхневий натяг клітин? Метод заморожування-сколювання.
2. Будова фосфоліпідів. Будова і розміщення в організмі сфінгомієлінів. Будова і розміщення цереброзидів. Будова і розміщення гангліозидів. Ліпід-ліпідні взаємодії. Латеральна дифузія. Фліп-флоп. Кінки.
3. 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?
4. Чим відрізняються твердий кристалічний стан мембрани і рідкокристалічний? У чому полягає кооперативність фазового переходу мембрани? Температура фазового переходу.
ТЕМА 8. ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ЧЕРЕЗ БІОМЕМБРАНИ.
1. Пасивний транспорт. Типи пасивного переносу. Полегшена дифузія. Риси полегшеної дифузії.
2. Способи транспорту води. Реакція Брюнна. Чому венозна ділянка капіляра містить більше води, ніж артеріальна? Явище електроосмосу.
3. Константа Ставермана: Рисунок і постановка задачі. Сили, які діють на речовину й розчинник. Дисипативна функція. Її перетворення. Об’ємний та дифузійний потоки. Співвідношення Онзагера. Об’ємний та дифузійний потоки у випадку однакового рівня розчинів по обидва боки мембрани; Об’ємний та дифузійний потоки у випадку однакової концентрації розчинів по обидва боки мембрани. Означення константи Ставермана. Значення константи Ставермана у різних випадках проникності мембрани для речовини та розчинника. Від’ємний аномальний осмос.
4. Проста дифузія. Рівняння Теорелла. Хімічний потенціал (формула). Рівняння Фіка (вивести). Пояснити знак "–".
5. Стаціонарні процеси. Стаціонарний транспорт речовини через мембрану. Рівняння Фіка при стаціонарному транспорті речовини через мембрану. Профіль зміни концентрації речовини біля поверхні мембрани. Коефіцієнт розподілу речовини. Коефіцієнт проникності біомембран.
Тема 9. ІОННА ПРОНИКНІСТЬ БІОМЕМБРАН.
1. Пасивний транспорт. Механiзм полегшеної дифузії iонiв через бiомембрани. Рівняння процесів (реакцій). Залежність потоку субстрату через мембрану від його концентрації: формула, графік. Як зміниться потік субстрату через мембрану при збільшенні концентрації переносника вдвічі? Риси іонних каналів. Які фактори перемикають іонний канал з закритого стану у відкритий і навпаки? Яка пропускна здатність іонних каналів? Гіпотеза Мюллінса. Теорія Ейзенмана.
2. Розподіл концентрацій катіонів та аніонів поблизу поверхні мембрани (графічно). Розподіл потенціалу (графічно). Як і чому заряджаються приповерхневі шари мембрани та водного середовища? Подвійний електричний шар. Який знак поверхневого заряду мембран еукаріотичних клітин і чому?
3. Довжина екранування. Зобразити (графічно) розподіл іонів по обидва боки біля поверхні мембрани. Записати вираз для густини заряду через концентрації однозарядних катіонів та аніонів. Розмірність густини заряду. Припущення теорії Дебая – Хюккеля. Залежність потенціалу розчину від відстані від поверхні мембрани: формула, графік. Довжина екранування. Розмірність параметра Дебая – Хюккеля. Як зміниться довжина екранування при зростанні концентрації електроліту у 4 рази? при зростанні температури електроліту у 4 рази?
4. Транспортні антибіотики. Типи антибiотиків. Як можна розрізнити різні типи? Пропускна здатність різних типів транспортних антибiотиків. Графічно зобразити зміну струму через ділянку мембрани, що містить 2 каналоутворювачі. Чому рухливий переносник краще проникає через мембрану, ніж іон? Які іони переносить валіноміцин? Структура валіноміцину. Які іони переносить граміцидиновий канал? Описати граміцидиновий канал.
5. Активний транспорт iонiв. Перечислити відомі системи активного транспорту. Який фермент є основною складовою частиною Na+-K+-помпи? Джерело енергії Na+-K+-помпи і відповідне рівняння реакції. Модель Ярдецького (малюнок). Скільки циклів за секунду робить Na+-K+-помпи і як змінюється заряд мембрани за один цикл її роботи? Для чого існує Na+-K+-помпа?
Тема 10. МЕМБРАННИЙ ПОТЕНЦІАЛ.
1. Скільки іонів калію міститься всередині і зовні нервової клітини? Більше іонів Na міститься всередині чи зовні нервової клітини? Як відрізняється проникність мембрани нервової клітини у стані спокою для іонів калію та натрію? Потенціал спокою нервової клітини. Мембрана у стані спокою заряджена позитивно чи негативно? Пояснити причину виникнення мембранного потенціалу спокою. Калієвий рівноважний потенціал. Як можна виміряти мембранний потенціал? Пояснити причину виникнення потенціалу дії. Величина потенціалу дії. Швидкість поширення потенціалу дії.
2. Хімічний потенціал: формула, означення. Електрохімічний потенціал: формула, означення. Умова рівноваги для іонів по обидва боки мембрани. Вивести рівняння Нернста. Рівняння Нернста для одновалентних іонів при 20°C. Перфузія. Як зміниться мембранний потенціал, якщо зменшити концентрацію іонів калію всередині клітини у 10 разів?
3. Рівновага Гіббса – Доннана: Рисунок і постановка задачі. Доннанівська фаза. У яких напрямках переміщуються іони через мембрану, пояснити. Записати умови рівноваги для цих іонів. Вивести вираз для мембранного потенціалу. Порівняти концентрації катіонів та аніонів в обох фазах. Відношення Доннана. Обчислити концентрацію іонів Cl– у доннанівській фазі та відношення Доннана, якщо [K+]е=[Cl–]е=30 ммоль/л, [K+]і=60 ммоль/л.
4. Основні положення електродифузійної моделі. Рівняння Теорелла для потоку іонів через мембрану. Електрохімічний потенціал: формула. Знайти диференціал від нього. Вивести рівняння електродифузії Нернста – Планка для позитивних іонів. Що означають обидва доданки? Що означає знак «мінус» перед доданками? При якій умові результуючий іонний потік буде нульовим?
5. Основні положення теорії постійного поля. Графічно зобразити розподіл іонів та електричного потенціалу у мембрані і по обидва боки від неї згідно теорії постійного поля. З яких доданків складається рівняння Гольдмана для сумарного потоку іонів через мембрану? Що таке співвідношення Уссінга (словами)? Коли співвідношення Уссінга виконується і про що свідчить його невиконання? Як можна виміряти окремо потік іонів всередину клітини і назовні?
6. Вольт-амперна характеристика мембрани для випадку ne=nі; для випадку ne більше nі; для випадку ne менше nі. У яких випадках результуючий потік є нульовим, показати відповідні точки на графіку. Як зміниться потік іонів при ne=nі, якщо змінити знак мембранного потенціалу? Як зміниться потік іонів при ne=nі, якщо мембранний потенціал збільшити вдвічі? Одиниця вимірювання потоку іонів. Як залежить коефіцієнт проникності від товщини мембрани?
Тема 11. ЕЛЕКТРИЧНА ЗБУДЛИВІСТЬ КЛІТИН.
1. Як виникає потенціал дії? У скільки разів зростає при цьому провідність натрієвих каналів? Які фактори приводять до відкривання натрієвих каналів? Тривалість, швидкість поширення та амплітуда потенціалу дії. Зобразити спайк і пояснити всі його складові частини. Чому мембранний потенціал після збудження волокна зменшується? Що таке рефрактерний період, його тривалість. Як нормалізується концентрація іонів натрію і калію після збудження? Графік зміни провідності натрієвих і калієвих каналів під час потенціалу дії.
2. У чому полягає метод фіксації потенціалу? Еквівалентна електрична схема ділянки мембрани. Пояснити напрямки відповідних ЕРС. Рівняння Нернста для мембранного потенціалу. З яких частин складається трансмембранний струм? Як можна обчислити ємність мембрани? Вольт-амперні характеристики для натрієвого й калієвого струму.
3. Перфузія ізольованих нейронів. Метод "петч-клемп". Ворітні механізми потенціал-залежних іонних каналів. Як можна зафіксувати ворітний струм? Модель Хілле натрієвого каналу. Принцип дії та походження тетродотоксину та сакситоксину. Принцип дії новокаїну. Принцип дії тетраетиламонію. Які ще блокатори іонних каналів ви знаєте?
4. Принципи теорії Ходжкіна – Хакслі. Схема потенціального бар’єру мембрани. Кінетичне рівняння для швидкості зміни частки n-частинок у стані активації. Розв’язок кінетичного рівняння у графічній формі. Чому виникла потреба ввести у теоретичний розгляд не 1 n-частинку, а аж 4? Залежність провідності калієвих іонних каналів від часу (графік). Вираз для провідності калієвого каналу.
5. Принципи теорії Ходжкіна – Хакслі. Схема потенціального бар’єру мембрани. Кінетичне рівняння для швидкості зміни частки m-частинок у стані активації. Які частинки і скільки беруть участь у перемиканні каналу? Умова відкритості натрієвого каналу згідно теорії. Умова закритості натрієвого каналу згідно теорії. Вираз для провідності натрієвого каналу. Залежність провідності натрієвих іонних каналів від часу (графік). Чому згідно теорії натрієві канали поступово закриваються?
Тема 12. ПОШИРЕННЯ ЗБУДЖЕННЯ.
1. Локальні струми (з малюнком). Що таке рефрактерний період, його тривалість. Чому нервовий імпульс поширюється тільки в один бік? Будова мієлінізованого волокна. Сальтаторне проведення збудження. По якому волокні (з мієліном чи без) швидше проходить нервовий імпульс, пояснити. Як швидкість поширення сигналу залежить від діаметру волокна? Електротонічний потенціал.
2. Пояснити, чому нервове волокно можна розглядати як кабель із недосконалими електричними властивостями. Еквівалентна електрична схема аксона. Залежність електротонічного потенціалу від відстані до точки збудження: формула, графік. 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 аксоплазми? Чому сигнал при поширенні вздовж нервового волокна не затухає?
Тема 13. МЕХАНІЗМИ МІЖКЛІТИННИХ ВЗАЄМОДІЙ.
1. Будова щілинного з’єднання (з рисунком). Призначення щілинних з’єднань. Регуляція проникності щілинних з’єднань.
2. Будова і робота хімічного синапсу (з рисунком). Синаптична затримка, її величина. Будова і робота електричного синапсу. Навести приклади розміщення хімічних і електричних синапсів в організмі. Типи постсинаптичних потенціалів.
3. Непрямий механізм передачі сигналів від рецепторів мембрани всередину клітини. Схема, пояснення. Молекула-попередник і вторинний посередник при непрямому механізмі передачі сигналу. Який фермент каталізує дане перетворення? Механізми клітини переривання сигналу.
4. Прямий механізм передачі сигналів від рецепторів мембрани всередину клітини. Схема, пояснення. Молекула-попередник і вторинні посередники при прямому механізмі. Який фермент каталізує дане перетворення?
Тема 14. ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ.
1. Типи поляризації, який з них переважає у клітині? Графік залежності опору живої тканини від частоти. Коефіцієнт поляризації. У яких межах знаходиться значення коефіцієнта поляризації? Жива тканина має більший опір змінному чи постійному струму? Як змінюється опір тканин на перших стадіях запалення, пояснити. Як можна виявити ранню стадію ураження організму іонізуючим випромінюванням?
2. Імпеданс при послідовному з'єднанні активного Ra і ємнісного RC опору: формула, векторна діаграма. Тангенс кута зсуву фаз. Зсув фаз деяких біологічних тканин при частоті 1 кГц. Векторна діаграма для паралельного з'єднання активного опору і ємності. Імпеданс-годограф для паралельного з'єднання опору і ємності. Імпеданс-годограф для реальної живої тканини.
3. Основи теорії поляризації діелектриків Вагнера. Комплексна діелектрична проникність. Частотні залежності дійсної та уявної частин діелектричної проникності (графіки). Механізм виникнення діелектричних втрат. До якого числа прямує коефіцієнт діелектричних втрат при зменшенні частоти електричного поля, пояснити. До якого числа прямує коефіцієнт діелектричних втрат при зростанні частоти електричного поля, пояснити. Тангенс кута діелектричних втрат. При якій частоті електричного поля коефіцієнт діелектричних втрат досягає максимуму, якщо час релаксації τ=1 мкс?
Тема 15. БІОФІЗИКА СКЕЛЕТНОГО М'ЯЗА.
1. Типи м'язів. Структура м'язового волокна. Що таке міобласти? Розміри та схематична будова саркомера з протофібрилами. Зобразити взаємне розміщення протофібрил у перерізі. Співвідношення кількості товстих протофібрил до тонких у саркомері.
2. Що таке латентний період скорочення і яка його тривалість? Cаркоплазматичний ретикулум, його склад і призначення. Як можна штучно стимулювати вихід іонів Ca2+ із саркоплазматичного ретикулуму? Концентрація іонів кальцію у саркоплазмі в неактивованому стані та їх порогова концентрація для активації скорочення.
3. Механічна модель м'яза. Що входить у її елементи? Закон Гука, закон Ньютона для в’язкої течії рідини (пояснити словами). Динаміка зміни сил на кожному елементі механічної моделі м'яза при ізотонічному пасивному розтязі (графіки). Динаміка зміни видовжень кожного елемента механічної моделі м'яза при ізотонічному пасивному розтязі (графіки). Динаміка зміни сил на кожному елементі механічної моделі м'яза при ізометричному пасивному розтязі (графіки). Динаміка зміни видовжень кожного елемента механічної моделі м'яза при ізометричному пасивному розтязі (графіки). Графік залежності довжини м’яза від прикладеної до нього сили при пасивному розтязі.
4. Графік залежності сили, яку розвиває м’яз при подразненні, від часу, вказати відповідні часові проміжки. Описати метод швидкого вивільнення. Зобразити зубчатий тетанус і пояснити, коли і чому він можливий. Зобразити злитий тетанус. При якій частоті подразнення він виникає? У скільки разів тетанічна напруга більша за напругу одиночного подразнення і чому? Як і чому сила, яку розвиває м’яз, відрізняється від сили, яку розвиває активна компонента? Відповідні графіки.
5. Крива довжина – напруга м’яза: як одержують, при яких умовах, зобразити графік. Крива довжина – напруга саркомера. Чому активна напруга при попередньому укороченні м’яза зменшується? Чому активна напруга при попередньому видовженні м’яза зменшується?
6. Крива ізотонічних максимумів: графік, як її одержують? У чому полягає метод постнавантажувального скорочення? Графік залежності величини укорочення м’яза при подразненні від маси підвішеного вантажу. Як з графіка визначити роботу, виконуючу м’язом? У яких випадках робота рівна нулю? максимальна?
7. Рівняння Хілла, що таке P і V. Вигляд рівняння при нульовому і максимальному навантаженні. Залежність між коефіцієнтами, які у нього входять. Графік залежності швидкості укорочення м’яза від прикладеного до нього навантаження. Показати на графіку точки, які відповідають нульовій і максимальній масам вантажу. При яких умовах справедливе рівняння Хілла? Як з графіка визначити потужність м’яза? При якому навантаженні м’яз розвиває максимальну потужність?
Тема 16. МОЛЕКУЛЯРНІ МЕХАНІЗМИ М'ЯЗОВОГО СКОРОЧЕННЯ.
1. Будова молекули міозину з малюнком. Будова тонкої протофібрили. Будова товстої протофібрили з малюнком. Модель ковзання протофібрил з малюнком. Стерична модель регуляції скорочення.
2. Основні положення теорії Дещеревського. Через які послідовні стани проходить робочий цикл поперечних містків? Графік залежності сили, з якою діє окремий поперечний місток на актинову протофібрилу, від часу, пояснення. Чи залежать переходи між станами поперечного містка від станів інших містків? Проілюструвати цикл функціонування містка у вигляді рівнянь реакцій. Кінетичне рівняння для кількості містків у тягнучому стані. Кінетичне рівняння для кількості містків у гальмуючому стані. Як залежать від швидкості укорочення м’яза константи швидкостей реакцій, пояснити.
Тема 17. БІОФІЗИКА СЕНСОРНИХ СИСТЕМ.
1. Інтенсивність сприйняття, сила подразнення, абсолютний і верхній поріг сприйняття. Графік залежності інтенсивності сприйняття від сили подразнення. Показати на графіку абсолютний і верхній поріг сприйняття. Як зміниться інтенсивність сприйняття при зменшенні сили подразнення у 100 разів? Яке мінімальне значення може приймати інтенсивність сприйняття? Як зміниться різницевий поріг сили подразнення при збільшенні сили подразнення у 10 разів? Типи рецепторів. Види нюхових рецепторів. Види смакових рецепторів.
2. Схематична будова сітківки (з малюнком). Функції пігментного епітелію. Які м'язи регулюють інтенсивність поступаючого на сітківку світла? Який м'яз відповідає за попадання зображення предмета точно на сітківку? Яку ваду зору спричинює недостатнє стиснення кришталика ока? Яку ваду зору спричинює занадто сильне стиснення кришталика ока? Як повинен змінитись тонус циліарного м’яза, щоб око могло сприймати більш віддалені предмети? Як при цьому зміниться форма кришталика? Чому людина за допомогою зору здатна визначати відстань до предметів?
3. Будова і розташування фоторецепторних клітин (з малюнком). Будова зовнішнього сегмента. Перелічити відмінності між паличками і колбочками. Скільки паличок містить сітківка ока? Яке зображення виникає на сітківці? Скільки колбочок містить сітківка ока? Чому боковим зором ми слабо розрізняємо кольори?
4. Зорові пігменти паличок. Зорові пігменти колбочок. Будова молекули родопсину. У чому відмінність між родопсином і ретинохромом? Пояснити явище адаптації ока до яскравого світла з точки зору перетворення родопсину. Механізм генерації фоторецепторного потенціалу.
5. Інтенсивність звуку, як вона пов’язана з звуковим тиском. Обчислити силу звуку в децибелах, якщо на барабанну перетинку чиниться тиск 2•10–4 Па, а поріг чутності становить p0=2•10–5 Па. Обчислити силу звуку в децибелах, якщо енергія звукової хвилі перевищує поріг чутності в 1000 разів. Будова і принцип роботи слухової системи. Як ми розрізняємо звуки різної висоти? Будова і принцип роботи вестибулярного апарату.