Биомолекулы, их виды

Биомолекулы — это орг. вещ-ва, кот.синтезируются живыми орг. В состав биомолекул вкл. белки, полисахариды, нукл. кислоты, и более мелкие компоненты обм. вещ-в. БМ состоят из атомов C,H,N,O2,P и S. Др. атомы входят в состав биол. значимых вещ-в значительно реже.

Межмол. взаимод-вия 1). Ионное взаим-вие –вз. между двумя ионами с зарядами l ₁ и l ₂. 2). Ион-дипольные вз. – вз. между ионами и полярными группами мол. 3). Ориентационное вз - вз между 2 диполями или группой диполей, присутствующих в некоем участке пространства. 4). Индукционное вз - постоянные дипольные мол или атомные группы (Р₁) индуцируют в др. мол. или атоме дипольный момент (Р₂), с которым он и взаимодейтвует. 5). Дисперсионные вз. – вз. валентно насыщенных электронных обол. атомов и мол. Существует между молекулами газов (N₂, CO₂, O₂). 6). Водородные связи – спецф. связь, кот создается атомом Н, который находится в группах ОН, NH, FH, ClH и иногда SH, причем Н связывает эти группы с валентно насыщенными атомами N₂, O₂ и F. 7). Гидрофобные вз. - базируются на силах спецф. отталкивания между неполярными атомными группами и мол. воды.

Структура воды. Строение молекулы Мол. воды представляет собой маленький диполь, сод. + и - заряды на полюсах.Благодаря наличию водородных связей каждая мол воды образует водор. связь с 4-мя соседн. мол., образуя ажурный сетчатый каркас в мол льда. Однако, в жидком состоянии вода – неупорядоченная жидк; эти водородные связи - спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды. Амфифильные вещ-ва АВ стремятся сконцентрироваться на границах раздела. Мол этих вещ-тв обычно состоят из длинных углеводородных цепей, связанных с короткой полярной «головкой». В больш случаев полярность «головки» обусловлена наличием атомов N или O₂, неподеленные пары электронов кот обр водородные связи с мол воды. С др стороны, для попадания в воду углеводородная цепь должна разорвать водородные связи между мол воды, кот энерг препятствуют этому разрыву. Аномальные свойства воды Ан св воды – расширение объема на 10% при замерзании обеспеч плавание льда, то есть опять сохраняет жизнь подо льдом; исключительно большое пов нат. Мол на пов воды испытывают действие межмол притяжения с одной стороны. У воды пов нат = 72 мН/м при 25°С. Смачиваемость (соотношение сил адгезии и когезии характериз. также др.мол.явл – с.)поверхностное явл, возник на границе соприкосновения фаз, одна из кот тв тело, a другие - несовмещающиеся ж или ж и газ. C. проявляется в частичном или полном растекании ж по тв пов, пропитывании пористых тел и порошков. Пове́рхностное натяже́ние — термодинамич хар-ка поверхности раздела двух нах в равновесии фаз, опр работой обратимого изотермокинетического обр ед-ы площади этой пов раздела при условии, что t⁰C, объем системы и хим потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. Пов.нат. ж легко измер. методом капилл. подтяния ж. Если силы адгезии больше сил когезии, то жидк в таком капилляре поднимается на высоту h. Когда силы когезии больше сил адгезии, то ур-нь жидк в капил снижается. Диффузия — процесс взаимного проникновения мол одного вещ-ва между мол др, приводящий к самопроизв. выравниванию их концентр. по всему занимаемому объёму. Законы диффузии Фика - это эмпирические детерминистские модели реальных явл, описывающ отношения между переменными вел., определяющ. диффузию. 1-й з. устанавливает пропорциональность диф потока частиц градиенту их концентрации; 2-й з. описывает изм. концентрации, обусловл. диф. О́смос — процесс односторонней диф через полупроницаемую мемб мол раств-ля в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещ-ва (меньшей концентрации раств-ля). Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давл на раст-р, отделённый от чистого раств-ля полупроницаемой мембр, при кот прекращается диф раств-ля через мембр. О.Д. любого вещ-ва в растворе = давлению, кот. это вещ-во имело бы в газ.состоянии в таком же объеме и при той же t⁰C,как и объем и t⁰C данного раствора.При повышении t⁰C на каждые 10⁰ константа скорости гомогенной элем р-ции увелв 2-4 раза. закон осм. давл Вант-Гоффа., определяет давление мол. растворённого вещ-ва на полупроницаемую перепонку, отделяющую раствор от чистого раст-ля и непроницаемую для растворённого вещ-ва. Pосм=CRT. Для раствора электролита ур-ние В.Г.: Росм=[1 + альфа(k-1) CRT=[1+альфа(k-1) mRT/эМ(с длинным хвостиком)V (где m масса вещ-ва,растворен.в объеме V; эМ с хв. – молек.вес растворенного вещ-ва; R универсальная газвоая постоянная), T абсолютная температура; альфа – степень диссоциации; к – число инонов, образующихся при диссоциации одной мол. Свойства мембран (М) Все кл. М - подвижные текучие структ., т.к. мол липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости М. Химический состав мембраны. Достаточно высокое содержание липидов, они составляют М матрицу; белки составляют вариабильную часть; углеводы в виде гликопротеидов и гликолипидов. В М всегда находится небольшое количество воды (важная роль). Функции мембран: 1)барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пас и акт обмен вещ-в с окр ср. проницаемость М для разл атомов или мол зависит от их размеров, электр. заряда и хим. свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и кл. компартментов от окр ср. и снабжение их необход. вещ-ами. 2) транспортная — через М происходит транспорт вещ-в в кл и из кл. обеспечивает доставку пит. вещ-в, удал. конечных прод. обмена, секрецию разл. вещ-в, создание ионных градиентов, поддержание в кл. соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов. 3) механическая — обесп. автономность кл., ее внутрикл. структур, также соед. с др. кл. (в тканях). 4) энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и кл. дыхании в митохондриях в их М действуют системы переноса Е, в кот также участвуют белки; 5) рецепторная — нек. белки, нах. в М, явл рецепторами (мол, при помощи кот кл воспринимает те или иные сигналы). 6) ферментативная — М белки нередко являются ферментами. 7) С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов(Na и K). Модель мембраны. Согласно совр. жидкостно-мозаичной модели мембраны (модель Сингера и Николсона), липидный бислой является основой мембраны. Мол фосфолипидов расположены в нём так, что их длинные оси параллельны и ориентированы перпендик к пов М. М сохраняется в ж. состоянии благодаря t⁰C кл и хим составу жирных кислот. Пассивный транспорт — перенос вещ-тв по градиенту концентрации из обл высокой концентрации в обл низкой, без затрат Е.ПТ осуществ 3способами: 1) Вещ-ва, наход в водной фазе по одну сторону М, растворяются в липидно-белковом слое М, пересекают его и вновь переходят в водную фазу с противоположной стороны М. 2) Вещ-ва, кот. перемещаются через поры или каналы М, заполненные водой. 3) Мол транспортируемого вещ-тва соед.я с мол-переносчиком, встроенным в М и переносчик опосредует или облегчает транспорт – этот транспорт - облегченной или опосредованной диффузией (в отл. от АКТ.ТР. облегчённая диф направлена в сторону пространства (внутри- или внеклеточного) с меньшей концентрацией вещ-ва и не требует затрат кл. Е). Мол. переносчика всегда жирорастворимы, они ускоряют транспорт вещ-тв по их концентрационному или электрохим. градиенту. Активный транспорт перенос вещ-ва через кл или внутрикл М (трансмембранный А.т.) или через слой кл (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против град. концентрации, т. е. с затратой свободной Е орг. Источником Е служит Е макроэргических связей АТФ. Разл транспортные АТФазы, локализованные в кл М и участвующие в механизмах переноса вещ-тв, явл.я основным элементом мол. устр-в — насосов, обеспеч. избирательное поглощение и откачивание опр. вещ-тв (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (мол транспорт) реализуется с пом неск типов мол машин — насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и др мономеров) может сопрягаться с симпортом — транспортом др вещ-ва, движение кот против град. концентрации явля источником Е для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ. 1. Первично АКТ. ТР. Всегда сопряжён с использ Е АТФ и транспортирует вещ-тва против град. концентрации. Транспортеры очень спецф относительно переносимых частиц и могут регулироваться. 2. Вторично АКТ. ТР. Явл частным случаем облегчённой диф, но при этом транспорт одного вещ-ва против град. концентрации сопряжён с транспортом др вещ-ва по град. концентрации. Возможны 2 случая: симпорт и антипорт, в зависимости от направления транспорта. 3. Везикулярный транспорт. Осуществл. транспорт в замкнутых М. Транспорт обеспечя слиянием и разделением М везикул, частным случаем являются проц. фагоцитоза и пиноцитоза. Это един способ транспорта крупных, состоящих из больш. числа мол, частиц

3 тема Cостав и функции ОДА. Кост ске вып опор ф. По фор кости на: а) длинные (находятся в С конеч); б) корот (располо в запястье и предплюсне, т. е. там, где одновременно необходимы большая прочность и подвижность С); в) широкие или плоские (образуют стенки полостей, в которых находятся внутре орг – тазовая кость, кости мозгового черепа); г) смешанные (имеют различную форму). Соединения костей. Кости сочленяются различными способами. По степени подв разл сочлен: а) неподвижные; б) малоподвижные; в) подвижные соедин К, или суставы. Типы суст. По фор суст поверхн и по осям вращения выделяют суставы: а) с 3; б) с 2; в) с 1 осью вращения. Двиг часть - мышцами и их прид. Сухож соеди мыш с кост; фасц и апонев покр каждую мыш или групу мыш с образов отдель функц ед; связки образуют каналы, через которые прох сухож; синов влаг и сумки обеспеч скольж сухож. Мыше ткань сост 40% веса тела взрос чел. Мыш в орг насч около 400. Они осуще двиг акт, являются глав источ теплообр и громадной энергет лабор.

Строение мышц. Биофизика мыш. Сокр Мыш волок в свою очередь содержит 1000--2000 параллельных мыш фибрилл (миофибрилл) диаметром около 1 мкм. В мыш воло много ядер, митохондрий, черед темн и свет полосы, миофибри состоит из параллельно лежащих толс и тонк нитей -- протофибрилл, чередующихся опреде обр. толс нит обр миозина, а тонкие белка актина. Черед анизотр полос (А-диски) и светлых изотро (I-диски). В А-дисках миозиновые гексагональную (шестиугольную) упаковку. нити прикрепляются с каждой стороны к узкой белковой структуре, так называемой Z-мембране, кот пересе I-диск. Отрез миофибрилл, заключ между 2 Z-мембранами, наз саркомером. В мыш вол в том месте, где 2 типа протофи накл друг на друга, тонк протофибрилл в пучке в 2 раза больше, чем толс. Тонк протофибриллы оканч у края Н-зоны - обла с более низк оптич плотн, в сере А-диска. В центре А-диска темная полоска, линии М..Сa насос, A кото сокр и расслабл миоф. локал в мембр саркоплазм ретик мыш воло. Саркоплазм ретик состз труб, цис, пуз, они типичное мембранное строение ст. система саркоплазм ретику преддст собой впячивание плазмалеммы, иду вн в виде трубочек и охва кажд фибр на уров соеди А- и I-дисков. По поперечным трубочкам саркоплазматического ретикулума возбуждение в виде волны деполяризации передается от поверхности волокна, возбуждаемой нервным импульсом, к миофибриллам.Деполяризация мембран труб и пузырьк саркоплазм етикулума приводит к освобо сод в них моном кальция.. приводит к проявлению АТФ-азной активности актомиозина и к сокращению миофибрилл. Работа мышц. Уравнение Хилла. Режимы сокращения мышц. 1. Изотон сокр. Длина мыш уменьшается, а тонус не изменяется. В двигательных функциях не участвуют.2. изометр сокращения. Длин мыш не изм, но тонус возра. Лежат в основе стат работы поддержании позы тела.3. Ауксотон сокр. Измен и длина и тонус мышцы. передвижение тела.другие двигательные акты. Хилла уравнение мыш сокр, выр измен скор сокр мыш в завис от нагрузки.(P + a)(v + b) = b (P₀ + а), где v — скорость сокращения мышцы при нагрузке P, P₀ — максимальное значение изометрической силы при тетаническом раздражении всей мышцы, константы а и b — эмпирические величины. Константа а имеет размерность силы и равна около 4·10⁵ дин/см² поперечного сечения мышц различных видов, а константа b имеет размерность скорости (выражается в см/сек или l₀/cek, где l₀ — начальная длина мышцы) и для разных мышц различна.Работа: 1.Латентный период. Это время от момента нанесения раздражения до начала сокращения. Его длительность около -2 мсек. Во время латентного периода генерируется и распространяется ПД, происходит, высвобождения кальция,13 СР. взаимодействие актина с миозином и т.д.2. Период укорочения. В зависимости от типа мышцы (быстрая или медленная) его продолжительность от 10 до 100 Мсек.,3.Период расслабления. Его длительность несколько больше, чем укорочения. Рычаги в аппрате движения как преобразователи сил и скоростей. Кости, соединенные подвижно в суставах, представляют собой ры. Суст представ собой точку опоры ры. Если силы приложены по обе стороны от точки опоры рычага, то рычаг называется двухплечным или рычагом I рода, если по одну сторону, то II рода. Рычаг имеет следующие элементы: - точку опоры О; - точку приложения сил; - плечи рычага; - плечи сил. Мерой действия сил на рычаг является момент относительно точки опоры, т.е. произведение величины силы на ее плечо:M(F) = F * dВ аппарате движения имеются 3 рода ры.1. Ры 1 рода называют рычагом равновесия. В этом ры точка опоры располагается между точкой прил силы и точкой сопрот, причем 2 силы действуют в одном напр. Примером является удерживание головы в равновесном состоянии в атланто-затылочном суставе.2. Рычаг 2 рода является «рычагом силы». Точка сопротивления между точкой опоры и точкой приложения силы. Примером стопа при подъеме на полупальцы.3. Рычаг третьего рода, или «рычаг скорости», имеет наибольшее распространение при движениях. Точка прил мыш тяги располаг вблизи точки опоры и имеет знач меньшее плечо, чем противод ей сила сопрот. Примером действие сгибателей предплечья при поднимании или удерживании в кисти какой-либо тяже Кинематические пары и цепи. Сочленения. Объем движения суставов. соединение звеньев тела Тверд основ двиг апп сост его кост осе скелет. Все кости соед в скелет посред суста. Мыш, прикреп к кост, обусла движ чело. Таким образом, подвижно соединенные кости скелета под действием мышц обеспечивают двигательную функцию. Такая упрощенная модель тела человека называется биомеханической системой.. 2 костных звена, соеди суставом, образ биокинемат пару. В скелете больше вращательных (т.е. шарнирных соединений). Винтовая пара (т.е. вращение с поступательным перемещением) имеется только в голеностопн суст. Несколько биокинематических пар, соеди последов, образ биокинематическую цепь. Разли замкн и незамкн биокинематические цепи. Незамкнутая - имеет свободное (конечное) звено. Здесь возможны изолирова движ в отдел взятом звене. В замкнутых - нет свободного конеч звена. Здесь изолирова движ в одном звене не возможны, т.к. в движ неизбежно вовлек и другие соед. Незамк связь может перейти в замкн, если звено получит связь с другим звеном посредством опоры или захвата. .степени свободы в биокинематических цепях Количеством степеней свободы тела называется количество независимых координат, которые определяют перемещение тела в пространстве. Тело может передвигаться отн трех взаимно-перпендикулярных осей поступ и совершать вокруг них вращ движ. Если закрепить свободное тело в одной точке, то у него останется 3 степени свободы, т.к. оно может вращаться вокруг трех осей. Если закрепить еще одну точку, то тело будет иметь только 1 степень свободы - вращение вокруг оси. Если закрепить еще одну точку, то тело будет закреплено неподвижно и совсем не будет иметь степеней свободы. В теле человека закрепление части тела в одной точке имеет шаровидный сустав. Так в плече суст звено может только вращаться вокруг трех осей. В открытых (разомкнутых) биокинематических цепях степени свободы суммируются. Так, у бедра, относительно таза 3 степени свободы, у голени относительно бедра - 2 степени, значит у голени относительно таза уже 5 степеней свободы. Поэтому возможности комбинаций всех траекторий движения во всех суставах больше. В спортивной практике ограничивают число степеней свободы для рационального движения и экономии движения. Так, например, лодка на гладкой поверхности имеет 3 степени свободы: перемещение по осям Х,У и поворот на угол a. При крене добавляется четвертая степень свободы (угол j). К четырем степеням свободы добавляются перемещения в коленном суставе, тазобедренном, плечевом, локтевом, лучезапястном, перемещение банки и 3 степени свободы у весла. Деформацией наз. изменение взаимного расположения точек тела, кот. сопровождается измен. его форм и размеров, обусловл. действием внеш сил на тело. Виды деформации: 1. Упругая - полностью исчезает после прекращения действия внеш сил. 2. Пластическая (остаточная) - остается после прекращения действия внешнсил. 3. Упруго-пластическая - неполное исчезновение деформ. 4. Вязко-упругая - сочетание вязкого течения и эластичности. В свою очередь упругие деф. бывают след видов: а) деформ растяжения или сжатия происходит под действием сил, действующих в направлении оси тела. Упругая деформация подчиняется закону Гука: F=kΔl (где- F — сила натяжения стержня, — абсолютное удлинение (сжатие) стержня, а k наз. коэффициентом упругости (или жёсткости) Жесткость хар. способн. физ. среды сопротивляться образ. деформаций.). Упругость - свойство макроскопич. тел сопротивляться изменению их объёма или формы под возд. мех. напряжений. При снятии приложенного напр. объём и форма упруго деформиров. тела восстанавливаются. Под действ. внеш. напряж. атомы смещаются из своих равновесных положений, что сопровождается увелич. потенц. Е тела на вел, равную работе внеш напряж по измен объёма и формы тела. После снятия внеш напряж конфигурация упруго деформиров тела с неравновесн межатомными расстоян. и валентными углами оказыв неустойчивой и самопроизвольно возвращается в равновесное состояние, точнее, атомы колеблются около равновесных положений. Запасённая в теле избыточная потенц Е превращается в кин Е колеблющихся атомов, т. е. в тепло. Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравн скоростей — это опис введением силы трен