64. Фотобиологические процессы. Их значение для живой материи. Классификация фотобиологических процессов. Общие закономерности фотобиологических процессов.
Свет выполняет две важных функции в живых системах: Энергетическую – обеспечение живых систем энергией от Солнца, и информационную – обеспечение взаимодействия живых систем с окружающей средой.
По характеру использования энергии света все процессы делятся на эндэргонические – при которых энергия света превращается в энергию химических связей с высоким запасом свободной энергии, и экзэргонические – при которых большая часть энергии рассеивается в тепло, а часть энергии используется для преодоления активационного барьера.
По значению процессы делятся на: физиологические – аккумуляция энергии, реакции синтеза, активного транспорта, фотоинформационные и фоторегуляционные процессы; деструктивно-модификационные – повреждение и модификация молекул биологического объекта.
Все фотобиологические процессы протекают по общей схеме:
-
Поглощение света молекулой.
Не все молекулы поглощают свет, поглощается свет не любой длины волны и не всеми атомными группами молекулы. Атомные группы, поглощающие свет определённой длины волны – хромофорные группы. Наиболее хорошо поглощают свет группы с делокализованными π-электронами в длинных цепях сопряжения. Эти электроны могут легко переходить на более высокие энергетические уровни. Процесс релаксации делокализованных электронов наиболее долгий. После поглощения кванта света хромофорная группа переходит на более высокое энергетическое состояние.
-
Дезактивация возбуждённого состояния.
-
Внутримолекулярная инверсия. Молекула может вернуться на более низкий энергетический уровень с излучением теплоты или теплоты и флуоресценции.
-
Фотохимическая реакция. Уровень энергии возбуждённого состояния превышает энергетический барьер разрыва химических связей, это приводит к протеканию химической реакции.
-
Миграция энергии и Конформационные превращения. При этом может происходить миграция энергии к другим атомным группам или молекулам, что сопровождается изменениями конформации.
-
Проявление специфического фотобиологического эффекта. Например, перенос протона, регуляторный акт, изменение проницаемости мембран, биосинтез.
- Биофизика
- 1. Биофизика как наука. Предмет, задачи и объект исследования биофизики. Философские проблемы биофизики.
- 5. Химическая реакция с обратной связью. Построение простейшей математической модели. Определение координат особых точек, их типа и степени устойчивости.
- 6. Модель "Хищник – Жертва". Определение координат особых точек, их типа и степени устойчивости.
- 7. Мультистационарность. Понятие о биологических триггерах. Способы переключения в триггерных системах. Понятие о бифуркациях.
- 8. Автоколебательные процессы в биологических системах. Их свойства и условия возникновения.
- 10. Динамический хаос. Его характеристика. Динамический хаос и самоорганизующиеся системы. Значение динамического хаоса для самоорганизующихся систем.
- 11. Первый и второй законы термодинамики. Их формулировка и физический смысл. Обратимые и необратимые процессы.
- 12. Понятие термодинамического равновесия. Равновесные и неравновесные системы. Критерии эволюции системы к состоянию термодинамического равновесия.
- 13. Принципы экстремумов в термодинамике. Их сущность и значение.
- 14. Энтропия. Её физический смысл с позиций термодинамики и молекулярной физики. Связь энтропии и информации.
- 15. Изменение энтропии в открытых системах. Определение скорости продукции энтропии в открытых системах.
- 16. Понятие термодинамического равновесия. Общие свойства систем вблизи термодинамического равновесия.
- 17. Сравнительная характеристика стационарного состояния и термодинамического равновесия. Критерии эволюции системы к стационарному состоянию. Теорема Пригожина.
- 19. Скорость продуцирования энтропии вблизи стационарного состояния системы. Теорема Пригожина.
- 20. Общие свойства систем вдали от термодинамического равновесия.
- 21. Диссипативные структуры: их классификация. Условия возникновения диссипативных структур. Характеристика отдельных видов диссипативных структур.
- 22. Информация в биологии.
- 23. Феномен белка в биофизике. Уникальность строения и свойств белка.
- 24. Элементарные взаимодействия в белках. Их виды. Ковалентные, координационные связи и силы Ван-дер-Ваальса. Их характеристика.
- 25. Элементарные взаимодействия в белках. Водородные связи и гидрофобные взаимодействия. Их характеристика.
- 26. Первичная структура белка. Пептидная связь и её свойства. Пространственная конфигурация полипептидной цепи. Факторы её определяющие. Карты Рамачандрана.
- 27. Вторичная структура белка. Типы вторичной структуры, их особенности. Образование вторичной структуры белка.
- 28. Третичная структура белка. Классификация белков по типу третичной структуры.
- 29. Физическая теория фазовых переходов. Понятие фазового перехода. Типы фазовых переходов. Образование и разрушение пространственной структуры белка с позиции теории фазовых переходов.
- 30. Денатурация белка. Её термодинамическая характеристика. Этапы денатурации белка. Механизмы денатурации. Способы денатурации.
- 32. Механизмы ферментативного катализа на примере работы сериновых протеаз.
- 33. Конформационные изменения в белке. Их значение для работы белка.
- 34. Внутримолекулярная динамика белка. Изменения конформации гемоглобина при оксигенации. Роль аллостерических регуляторов.
- 35. Прогнозирование и дизайн белковых структур.
- 37. Законы поглощения электромагнитного излучения веществом. Спектрофотометрия, её физические основы.
- 38. Спектроскопические методы в биофизике. Их физические основы, задачи спектроскопии, классификация спектроскопических методов.
- 39. Метод электронного парамагнитного резонанса. Физические принципы и применение в изучении биополимеров.
- 40. Метод ядерного магнитного резонанса. Физические принципы и применение в изучении биополимеров.
- 41. Метод мессбауэровской спектроскопии. Его физические принципы и использование в изучении биополимеров.
- 42. Использование поляризованного света в изучении биополимеров.
- 43. Рентгеноструктурный анализ. Его физические принципы и использование при изучении биополимеров.
- 45. Фазовые переходы в биологических мембранах. Их характеристика и функциональное значение.
- 46. Свободнорадикальное окисление в биологических мембранах. Характеристика процесса и его значение для клетки.
- 47. Транспорт веществ через мембраны. Термодинамическая характеристика процесса. Ионное равновесие в мембранных системах. Уравнение Нернста для равновесного потенциала.
- 48. Электродиффузионная теория пассивного транспорта. Уравнение Нернста-Планка. Его вывод и решение.
- 49. Пассивный транспорт неполярных веществ. Уравнение Нернста-Планка для транспорта неполярных веществ. Закон Фика. Механизмы транспорта неполярных соединений.
- 50. Уравнение Гольдмана. Его вывод и физический смысл. Понятие проницаемости и проводимости мембраны.
- 51. Классификация транспорта веществ через мембраны. Термодинамическая и биологическая характеристика отдельных видов транспорта.
- 52. Ионный транспорт через каналы. Основные свойства ионных каналов. Общий план строения ионного канала. Физические принципы работы ионного канала.
- 53. Регуляция работы ионных каналов. Механизмы регуляции. Фармакологическая блокада ионных каналов.
- 54. Облегчённая диффузия. Характеристика процесса.
- 55. Мембранный потенциал покоя. Его механизмы. Расчёт величины мембранного потенциала.
- 56. Мембранный потенциал действия. Механизмы и общие свойства мембранного потенциала действия. Расчёт величины мембранного потенциала действия.
- 57. Модель Ходжкина-Хаксли. Её характеристика и значение для биофизики клетки.
- 58. Молекулярные механизмы сопряжения окисления и фосфорилирования.
- 59. Молекулярные механизмы активного транспорта.
- 60. Молекулярная организация сократительного аппарата миофибрилл.
- 61. Мостиковая гипотеза мышечного сокращения. Рабочий цикл мостика, его этапы. Механизмы механохимического сопряжения в сократительном аппарате.
- 62. Механика и энергетика мышечного сокращения.
- 63. Миграция энергии и электронов в биологических структурах.
- 64. Фотобиологические процессы. Их значение для живой материи. Классификация фотобиологических процессов. Общие закономерности фотобиологических процессов.
- 65. Фотопревращения бактериородопсина. Их характеристика.
- 66. Фотоинформационные и фоторегуляционные процессы.
- 67. Фотодеструктивные процессы. Их общая характеристика. Фотосенсибилизация, её виды и механизмы. Основные типы фотодеструктивных изменений в биологических молекулах.
- 69. Фотодеструктивные процессы. Действие ультрафиолетового излучения на нуклеиновые кислоты. Механизмы фотореактивации и фотозащиты.
- 70. Фотодеструктивные процессы. Их общая характеристика. Действие ультрафиолетового излучения на белки.
- 71. Виды ионизирующих излучений. Их физическая характеристика. Понятие дозы ионизирующего излучения. Виды дозиметрических показателей.
- 72. Действие ионизирующего излучения на вещество.
- 75. Действие ионизирующего излучения на биологические макромолекулы. Механизмы радиационного повреждения макромолекул. Модификация радиочувствительности.
- 76. Действие ионизирующего излучения на клеточном уровне.