Ім'я файлу: Копча__КР__Варіант 12.docx
Розширення: docx
Розмір: 28кб.
Дата: 01.09.2021

Міністерство освіти та науки України

Національний університет “Львівська політехніка”

Кафедра технології біологічно активних сполук,
фармації та біотехнології



Контрольна робота


Дисципліна
«Біофізика»


Варіант 12

Виконав:

студент групи БТ-31

Копча О.В.

Прийняв:

к.х.н., доцент  Баранович Д.Б.

Львів 2020

Варіант 12

Терміни: 12, 37, 62, 18, 43, 69.

Питання: 12, 9, 7.

Терміни

  1. (Питання № 12) Дифузія - самовільне проникнення речовини з області з більшою концентрацією в область з меншою концентрацією внаслідок теплового хаотичного руху молекул. Для існування дифузії необхідний градієнт концентрацій.



  1. (Питання № 37) Перехідний стан термодинамічної системи - стан термодинамічної системи, при якому параметри (властивості) системи змінні в часі. Перехідним станом є стан термодинамічної системи, за якого система переходить з одного рівноважного або стаціонарного стану до інших рівноважних або стаціонарних станів. Тому перехідний — нерівноважний.




  1. (Питання № 62) Фотобіологічні процеси - процеси, які виникають в результаті поглинання світла однією з біологічно важливих сполук та закінчуються певною фізіологічною реакцією організма. Фотохімічні і фотофізичні процеси є ключовими в життєдіяльності біосистем. Переважна більшість фотобіологічних реакцій відносяться до ендергонічних реакцій, фотопродукти яких володіють більшим запасом внутрішньої енергії, ніж вихідні речовини. Поділяються на негативні (фототоксичні та фотоалергічні ефекти) та позитивні (зір, фотоперіодизм). З біологічного аспекта поділяються на фізіологічні (енергетичні, інформаційні, фотобіосинтетичні) та деструктивно-модифікуючі процеси (відбувається пошкодження біомолекул).



  1. (Питання № 18) Замкнуті термодинамічні системи - системи, які обмінюється з навколишнім середовищем енергією, але обмін речовин через її границі не відбувається (Δm=0, ΔU≠0). Обмін енергією може відбуватись внаслідок передачі теплоти (Q) або здійснення роботи (W).



  1. (Питання № 43) Спектр збудження люмінесценції (один з головних параметрів люмінесценції) – це залежність інтенсивності люмінесценції (Iл) від довжини хвилі збуджуючого світла. Залежність отримують при фіксованій довжині хвилі люмінесценції реєструючого монохроматора, спектр збудження люмінесценції записують на збуджуючому монохроматографі. Спектр збудження — це Iл/I0 як функція довжини хвилі збуджуючого світла (λзбудж). (Iл/I0 = f( λзбудж)).




  1. (Питання № 69) Четвертинна структура білка (структура утворена з субодиниць) – це складні білкові формування різної форми. Формування утворюються завдяки нековалентним (водневим, гідрофобним) зв'язкам між третинними структурами. До білків з четвертинною структурою відносяться гемоглобін, віруси тютюнової мозаїки, деякі ферменти.


Відповіді на питання

  1. (Питання № 12) Поглинання світла біосистемами. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

Поглинання світла зовні проявляється в ослабленні світлового потоку при проходженні через досліджуваний об'єкт. Ослаблення світлового потоку можна виміряти за допомогою приладів. На здатності молекул поглинати світло основана спектрофотометрія, фотоелектроколориметрія. Поглинання світла збільшується із збільшенням концентрації речовини (с, моль∙л-1 ), товщини розчину (l, см), здатності речовини до поглинання. Для монохроматичного світла ці закономірності описує закон Бугера-Ламберта-Бера (основний закон фотометрії). Поглинання світла досліджуваним зразком прямопропорційно залежить від концентрації речовини (с, моль∙л-1 ), відстані, яку світло проходить в розчині - довжини оптичного шляху (l, см), та здатності речовини поглинати світло даної довжини хвилі - коефіцієнта молярної екстинкції (, л∙моль-1 ∙ см-1 ).

D = Е, де Е = ε∙с∙l; D = lg ,

З попередніх рівностей випливає, що D = lg = ε∙с∙l,

де D - оптична густина зразка або екстинція (Е); I0, I - інтенсивність світла, яке падає та проходить; ε - молярний коефіцієнт поглинання (л•моль-1 ∙см-1 ) (його величина не залежить від умов вимірювання, а залежить лише від здатності молекули поглинати світло певної довжини); с - молярна концентрація речовини (моль∙л -1 ); l - товщина розчину (см) або оптичний шлях.

Закон Бугера-Ламберта-Бера справедливий для розведених розчинів, монохроматичного ввипромінювання, лінійної залежності між екстинцією і молярною концентрацією. При використанні натурального логарифма (замість десяткового) і вираженні концентрації у кількості молекул на 1 см3 , використовують не молярний коефіцієнт поглинання (ε), а поперечне січення поглинання (s, см2). Фізичний зміст поперечного січення поглинання (s) — ефективне січення молекули, при попаданні в яке відбувається поглинання фотона даної довжини хвилі. Спектр поглинання - залежності оптичної густини (D), молярного коефіцієнта поглинання (ε) або поперечного січення (s) від довжини хвилі. Поглинання видимого і ультрафіолетового світла відбувається головним чином за участі π- і n-електронів. Чим довша система спряження подвійних зв'язків у молекул і чим сильніше делокалізовані по молекулі π-електрони, тим більшій довжині хвилі відповідає максимум поглинання. За поглинання світла в УФ і видимій областях спектра відповідальні хромофорні групи, які входять до складу складних молекул (часто циклічні, ароматичні системи).

Спектри поглинання широко використовують для діагностики і наукових досліджень, наприклад для ідентифікації речовини в досліджуваній пробі, визначення концентрації речовини в розчині, оцінки конформаційної перебудови макромолекул, які призводять до зміни співвідношення хромофорів на їх поверхні. У оптично неоднорідних середовищах спостерігається значне розсіювання світла, яке обумовлено збільшенням оптичної густини D (Dвимірювання = Dпоглинання + Dрозсіювання). Для визначення вмісту/кількості у зразку речовини, яка поглинає світло, використовують спектр відображення (наприклад: вміст гемоглобіну у шкірі). Падаюче монохроматичне світло (І0), проникаючи у зразок (шкіру), послаблюється внаслідок поглинання. Частина світла після багатократного розсіювання клітинами шкіри відображається — виходить у зворотну сторону. Відношення інтенсивності світла, яке відбивається (І) до падаючого світла (І0) називається відзеркалюючою здатністю (І/І0).

  1. (Питання № 9) Перенесення заряджених частин — іонів. Рівняння Теорелла.

За умови відсутності градієнта концентрацій (dc/dx) головною рушійною силою перенесення йонів є електричне поле. Виконується електрична робота, яка витрачається для перенесення заряджених частинок (іонів) в електричному полі, що йде на створення мембранного потенціалу. Отже, якщо частинка (йон) у водному розчині або в середині мембрани знаходиться у зовнішньому електричному полі з градієнтом концентрації (dφ/dx), то вона буде рухатись. Справедливість закону Ома для таких систем означає, що між швидкістю руху частинки (v) і діючою силою (q∙ dφ/dx) є лінійна залежність:

v = ,

де q - заряд частинки;

u - коефіцієнт пропорційності -рухливість носія заряду (йона).

Перейшовши до густини струму отримаємо:

I = q n v,

де n — число частинок в одиниці об'єму.

Об’єднавши два попередні рівняння отримуємо:

I = ,

Потік частин (Ф) рівний потоку струму (І), поділеному на заряд кожної частинки (q):

Ф = = - ,

Якщо виразити потік частин (Ф) як функцію градієнта термодинамічного потенціалу (dG/dx) та врахувати, що q = z∙e (е – заряд електрона), то для моль отримаємо:

= ,

де NA — число Авогадро.

З двох попередніх рівнянь отримуємо вираз справедливий як для явища дифузії так і для електрофорезу в одному розчиннику:

Ф = - , = - ,

де c — молярна концентрація частинок (кмоль/м3 ).

Якщо змінюється концентрація речовини (c), її потенціал (φ) і хімічна спорідненість йона з навколишнім середовищем (μ0), зокрема з розчинником, для визначення густини потоку використовують рівняння Теорелла:

Ф = - ,

де — електрохімічний потенціал.

Таким чином, потік рівний добутку концентрації носія на його рухливість і на градієнт його електрохімічного потенціалу. Знак "–" вказує на направленість потоку в сторону зменшення електрохімічного потенціалу. Фізичний зміст електрохімічного потенціалу -зміна електрохімічного потенціалу рівна роботі, яку необхідно витратити щоби синтезувати 1 моль речовини (стан 2) з вихідних речовин (стан 1) і помістити її у розчинник; сконцентрувати розчин з концентрації с1 до с2; перемогти сили електричного відштовхування, що виникають при наявності різниці потенціалів (φ2 - φ1) між розчинами.

Підставивши вираз для електрохімічного потенціала

= μ02 - μ01 + R T ln( ) + z F 2 - φ1),

у рівніння Теорелла при умові, що в однорідному середовищі градієнт електрохімічного потенціалу рівний нулю (d /dx = 0), отримуєм електродифузійне рівняння Нернста-Планка для позитивних йонів. Перший доданок у електродифузійному рівнянні Нернста-Планка описує вільну дифузію (частина потоку направлена у бік меншої концентрації йонів), другий доданок — міграцію йонів в електричному полі (частина потоку направлена у бік меншого електричного потенціалу).

  1. (Питання № 7) Люмінесценція. Дезактивація збуджених молекул.

Люмінесценція - спонтанне світлове випромінювання збудженими молекулами абсорбованої ними енергії з електронного або збудженого стану, який не знаходиться в термічній рівновазі з середовищем. Випромінювання відбувається після поглинання енергії молекулою протягом часу, не коротшого ніж періоду світлових хвиль. Люмінесценція виникає внаслідок:

  • дії світлового, радіаційного, рентгенівського випромінювань;

  • дії електричного поля;

  • хімічних реакцій;

  • механічної дії.

Люмінесценцію характеризують:

  • за механізмом (резонансну, спонтанну, рекомбінаційну, згущену);

  • за тривалістю (короткочасну (флуоресценцію) та тривалу (фосфоресценцію));

  • за типом збудження:

    • фотолюмінесценція (світіння речовини в результаті її збудження світлом);

    • радіолюмінісценція (світіння під дією ядерних випромінювань - -, -, - випромінювання);

    • рентгенолюмінесценція (світіння люмінофора при збудженні рентгенівськими променями);

    • катодолюмінісценція (світіння люмінофора при його бомбардуванні електронами - катодними променями);

    • електролюмінесценція (світіння речовини в електричному полі);

    • триболюмінесценцій (світіння тіл внаслідок їх деформації);

    • хемілюмінесценція (світіння тіл внаслідок хімічних реакцій);

    • біолюмінесценція (світіння біооб'єктів, пов'язане з процесами їх життєдіяльності).

Колір та інтенсивність люмінесценції є аналітичними ознаками якісного та кількісного аналізу різних речовин. Якщо перехід у збуджений стан відбувається внаслідок поглинання світла в УФ або видимій областях, то випромінювання називається фотолюмінесценцією, якщо внаслідок енергії хімічних реакцій - хемілюмінесценцією. Люмінесценція широко використовується в науці і промисловості, наприклад люмінесцентні мікроскопи застосовують у гістологічних, цитологічних дослідженнях; імунний аналіз за допомогою флуоресцентних міток, приєднаних до антигена або антитіл; дослідження проникності гематоенцефалічного і гистогематичного бар'єрів по флуоресценції флуоресцеїну; у дослідженнях енергетичного стану речовини, просторової структури молекул, процесах міграції енергії; стимульована хемілюмінесценція клітин в присутності люминола є важливим показником функціонального стану фагоцитів, їх здатності до генерації активних форм кисню; для хімічного аналізу речовин, виявлення домішок (правило Каші); при створенні екранів електронних приладів (катодолюмінісценція), люмінесцентних джерел світла з високим ККД. Головними параметрами люмінесценції є:

  • спектр люмінесценції;

  • квантовий вихід люмінесценції;

  • спектр збудження люмінесценції;

  • поляризація люмінесценції;

  • час життя молекули у збудженому стані.

Інтенсивність люмінесценції (Iл) збільшується із збільшенням інтенсивності збуджуючого світла (I0), здатності речовини поглинати світло і її здатності вивільняти кванти люмінесценції. Квантовий вихід люмінесценції (φ) рівний співвідношенню кількісті випромінених квантів до числа проглинутих квантів. Спектр люмінесценції - залежність інтенсивності люмінесценції (Iл) від довжини хвилі люмінесценції. Залежність отримують при сталій довжині хвилі збудження, а спектр люмінесценції записують на реєструючому монохроматографі. Спектр збудження люмінесценції - залежність інтенсивності люмінесценції (Iл) від довжини хвилі збуджуючого світла. Залежність отримують при фіксованій довжині хвилі люмінесценції реєструючого монохроматора, спектр збудження люмінесценції записують на збуджуючому монохроматографі. Спектр збудження - це Iл/I0 як функція довжини хвилі збуджуючого світла (λзбудж). Час життя молекули у збудженому стані (τ). Якщо молекула перебуває у збудженому стані, в дану одиницю часу існує ймовірність переходу S1→S0. Ця ймовірність рівна константі швидкості переходу k (c-1), яка за фізичним змістом рівна любій мономолекулярній реакції. Величина, зворотна до константи швидкості переходу (k), називається часом життя молекули у збудженому стані (має розмірність часу). Час життя молекули у збудженому стані (τ) рівний часу, протягом якого кількість збуджених молекул (і інтенсивність флюоресценції) зменшиться у e раз. Дезактивації збуджених молекул (А*) відбувається внаслідок:

  • випромінювання люмонісценції: A* → A+hy;

  • безвипромінювальна внутрімолекулярна розтрата: A* → A;

  • гашення молекулами гасителя Q: A*+ Q → A+Q. У розчинах молекули люмінісцуючої сполуки за час життя у збудженому стані (τ) встигають багатократно зіштовхнутись з молекулами розчинника або інших речовин, при цьому може відбутись безвипромінювальна розтрата енергії збудження - гашення люмонісценції. Ефективними гасниками є парамагнітні йони (Fе2+, Mn2+, Ni2+ , Co2+), молекулярний кисень та певні галогени (І, Br).

Ймовірність кінетичного гашення триплетних станів буде значно вища, оскільки, час життя молекули у збудженому триплетному стані значно вищий, ніж у збудженому синглетному стані. Тому в розчинах фосфоресценція буває практично погашена, а флюоресценція - лише частково. Якщо відсутнє гасіння, вихід люмінісценції рівний 1 (φ=1), то час життя молекули у збудженому стані (τ) називають істинним часом життя молекули у збудженому стані (τ0). Очевидно, що τ0 = 1/k1. Якщо є процеси гасіння, то використовують поняття реального часу (τ), де τ = 1/(k1+k2), а квантовий вихід (φ) тоді рівний φ = k1/(k1+k2).
скачати

© Усі права захищені
написати до нас