Задача 1
Розрахувати зміщення максимуму спектру флюоресценції (200 нм), якщо відомо, що втрата енергії кванта флюоресценції від поглинання становить 50%.
Рішення:
Флюоресценція - це явище, при якому промениста енергія невидимою короткохвильової частини спектру (ультрафіолет) абсорбується об'єктом, частина цієї енергії втрачається, а решта випускається вже у видимому діапазоні і відчувається нами, як колір.
Оскільки енергія кванта випромінювання пропорційна його частоті, то частота при цьому зменшується, а довжина хвилі зростає.
E = hс / ,
де Е - енергія кванта, h - постійна Планка, - довжина хвилі, с - швидкість світла.
Е / Е 1 = 2, отже, Е 1 = Е / 2
= E / hс
1 = E 1 / hс
1 / = E 1 / Е = Е/2/Е = 2
1 = 200 * 2 = 400 нм
Задача 2
Відбувається паралельну освіту речовин В і С з речовини А сконстатамі Кв і Кп відповідно (Кв = 5Кс). Визначити якої речовини (В і С) і у скільки разів утворюється більше.
Рішення:
А → В, Кв
А → С, Кс
Кв = 5Кс
]/ [А] Кв = [B] / [А]
Кс = [С] / [А]
]/ [А] 5Кс = [B] / [А]
] [А] = 5Кс / [B]
[А] = Кс / [С]
5Кс / [В] = Кс / [С]
] = 1/[С] 5 / [B] = 1 / [С]
] / [ C ] = 5 [B] / [C] = 5
Таким чином, речовини В утворюється в 5 разів більше.
Задача 3
Активний транспорт підтримує позаклітинний градієнт для іонів Nа + як 100:1. Скільки потрібно для цього енергії на 1 моль іона, якщо позаклітинна концентрація Nа + 10 ммоль?
Рішення:
Активний транспорт має місце в тому випадку, коли перенесення здійснюється проти градієнта концентрації. Таке перенесення вимагає витрати енергії клітиною. Активний транспорт служить для накопичення речовин всередині клітини. Джерелом енергії часто є АТР. Для активного транспорту окрім джерела енергії необхідна участь мембранних білків. Одна з активних транспортних систем в клітці тварин відповідає за перенесення іонів Na + і K + через клітинну мембрану. Ця система називається Na + - K + - насос. Вона відповідає за підтримання складу внутрішньоклітинного середовища, у якій концентрація К + вище, ніж Na +.
Вдруге активний транспорт не залежить від концентрації Na + поза клітини, а залежить від концентрації градієнта іонів Na +. Градієнт Na + є рушійною силою, проміжною стадією в процесі використання енергії (у системі вдруге активного транспорту).
можно найти по формуле: Вільну енергію F можна знайти за формулою:
F = RTlnС1/С2
С1 = 100 ммоль
С2 = 10 ммоль
Приймаючи температуру в клітці рівної 37 С, отримуємо:
F = RTlnС1/С2 = 8,314 * 37 * ln 10 = 708,31 Дж
Задача 4
Яким був імпеданс тканини при частоті поляризації рівним 5, імпеданс при частоті 10 кГц дорівнював 5 кОм.
Рішення:
Пасивні електричні властивості біологічних тканин характеризуються імпедансом (повним опором), величина якого визначається ємнісної і активної провідністю з відповідною індуктивністю тканин.
В області низьких частот імпеданс тканин визначається, в основному, їх резистивним властивостями. До цієї області відносяться тканини, що володіють високою електропровідністю (нервова тканина). В область середніх частот входять тканини, електричні властивості яких визначаються і резистивні та ємнісними властивостями (паренхіматозні органи). В області високих частот електричні властивості тканин носять ємнісний характер (мембрани, ліпіди). Уповільнені механізми поляризації в цій області частот можуть призводити до значних діелектричним втрат в тканинах (нагрівання).
Таким чином, живу клітину можна представити у вигляді коливального контуру з ємністю і опором, причому ємність (мембрана) визначається вільнорадикальних реакцій та системою антиоксидантного захисту, а опір - ферментативним окисленням.
Між опором і частотою поляризації існує оберненопропорційна залежність.
Таким чином, зі збільшенням частоти поляризації опір зменшується, тоді при частоті поляризації дорівнює 5, імпеданс дорівнюватиме 2,5 кОм.
Задача 5
Відбулося зниження периферичного опору судин на 20%. Яка в цьому роль в'язкості крові, якщо "загальна" довжина судинного русла знизилася в 1,2 рази, а "загальний" радіус збільшився в 1,5 разу?
Рішення:
Закон Пуазейля є основним законом гемодинаміки хоча строго кажучи він застосовний тільки для непульсуюча ламінарного потоку при однорідною і постійної в'язкості рідини (Mc Donald, 1960). Цінність цього закону полягає в тому, що він дає кількісну характеристику основних факторів забезпечують рух крові по судинах і їх взаємозв'язок.
У додатку до гемодинаміці закон Пуазейля найчастіше записують в наступному вигляді:
Q = (P1-P2) / R
Q - обсяг крові, що протікає за одиницю часу через поперечний переріз судини.
P1 - P2 - градієнт тиску на початку і кінці системи.
R - опір кровотоку.
У свою чергу опір кровотоку описується наступною формулою:
R = 81 υ / Π r 4, де
l - довжина судини
r - радіус судини
υ - в'язкість крові
R = 81 υ / π r 4
υ = R π r 4 / 81
1 π υ 1 = R 1 π 1 4 / 81 1 r 1 4 / 81 1
/ l 1 = 1,2, следовательно, l 1 = l / 1,2 l / l 1 = 1,2, отже, l 1 = l / 1,2
1 / r = 1,5, следовательно, r 1 = 1,5 / r r 1 / r = 1,5, отже, r 1 = 1,5 / r
/ R 1 = R / R 1 = 1 = R / 1,2 1,2, отже, R 1 = R / 1,2
Тоді
1 π r 1 4 / 81 1 = ( R / 1,2) π (1,5 / r ) 4 / 8 ( l / 1,2) υ 1 = R 1 π r 1 4 / 81 1 = (R / 1,2) π (1,5 / r) 4 / 8 (l / 1,2)
/ 1,2) π (1,5 / r ) 4 / 8 ( l / 1,2) / R π r 4 / 81 υ 1 / υ = (R / 1,2) π (1,5 / r) 4 / 8 (l / 1,2) / R π r 4 / 81
υ 1 / υ = 5,0625
Тобто при зниженні периферичного опору судин на 20% в'язкість крові в'язкість крові збільшилася в 5,0625 разів.
Список літератури
Фізіологія людини / Під. ред. Р. Шмідта, Г. Тевса, Т. 3. Кров. Кровообіг. Дихання. М.: Світ, 1986.
Основи фізіології людини / Під. ред. Б.І. Ткаченко. Санкт-Петербург: Міжнародний фонд історії науки, 1994. Т. 1.
Каро К., Педлі Т., Шротер Р., Сід У. Механіка кровообігу. М.: Світ, 1981.
Беркембліт М.Б., Глаголєва Є.Г. Електрика в живих організмах. - Москва: Наука, 1988.
Біоніка. - Москва: Наука, 1965.
Богданов К.Ю. Фізик в гостях у біолога. - Москва: Наука, 1986.
Еноховіч А.С. Довідник з фізики. - Москва: Просвещение, 1990.
Іваницький Г.Р. Світ очима біофізика. - М.: Педагогіка, 1985.
Ільченко В.Р. Перехрестя фізики, хімії та біології. - Москва: Просвещение, 1986.
Кац Ц.Б. Біофізика на уроках фізики. - Москва, Просвещение, 1988.