Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Гуанилатциклазная мессенджерная система





Довольно долгое время циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) рассматривался как антипод цАМФ. Ему приписывали функции, противоположные цАМФ. К настоящему времени получено много данных, что цГМФпринадлежит самостоятельная роль в регуляции функции клеток. В частности, в почках и кишечнике он контролирует ионный транспорт и обмен воды, в сердечной мышце служит сигналом релаксации и т.д. Биосинтез цГМФ из ГТФ осуществляется под действием специфической гуанилатциклазыпо аналогии с синтезом цАМФ:

 

 

31. Термодинамикабиол.с-м. В основе ф-ния биол. с-м лежат проц. поглощения, пр-ва и трансформац. энергии. Энергия в биол. с-ме испол-ся для их роста, развития, размн., движения, трансп. в-в с/з кл-ные мембраны, способн. трансформ-ть энергию – это важн. св-во биол. с-м. Раздел физики изуч-щий проц. трансформации энергии наз. термодинам. Термодинам. биолог, с-м – это термодин.с-м далеких от равновесия (неравновесная термодин.) – разраб. рус. физ. Пригожиным. Термодин. основана на 3 зак. (началах),получен-х эксперемент-м путём. Т. явл. феноменологической наукой, т.е. наука, к. основ. на эксперемент-х исслед-ях. 3 начала Т. 1-ое: Зак. сохранения Е. С-ма – часть простр-ва, сод. опр-ный набор предметов и отд-ная границей от окр. ср. В завис. от проницаемости границы с-мы м.б. закрытыми, (граница непроницаема для энергии и в-ва).с-мы м.б. изолированными (в-во не м. перенос. ч/з мембр., а энергия м.), открытыми (граница прониц. для энерг.и в-ва). Все БИОС-мы открытые. Состоян. с-мы опис-ся набором физ. и хим. величин, к. наз.параметрами. m,c,V,мю,Н,р - параметры, опис-щие с-му. Состояние с-мы м. изобразить в виде точки на фазовой плоскости Мы живём в 4-х мерном пространстве. Люб. проц., протек. в с-ме опис-ся в виде линии в фазовом простр-ве параметров. Параметры, хар-е состояние с-мы, к. не зависят от пути, по к-му с-ма пришла в это состояние, а зависят тол. от самого состояния наз. ф-ми состоян. или термодинамическими ф-ми: Е с-мы, Н (энтальпия– та часть внутр. энергии, к. превращ-ся в тепло), G – своб. Е Гипса (та часть внутр. Е с-мы,. к. м. б. превращена в работу.), S – мера беспорядка в с-ме (энтропия). Равновесное состояние – так состояние с-мы, находясь в к-м с-ма м. существ-ть бесконечно долго, будучи выведенной из равновесного состоян. с-ма стремится в него возвратится. Биолог. с-мы нах. в неравновесном состоян. (равнов. состоян. для неё гибель). Процессе, осуществл-мый в виде перехода ч/з множ-ва равновесных состояниё наз. равновесным. Равновесн. процессы – бесконечно медленные процесс., они предст-т идеализир-ное описание реальных процессов. Е. равновесн. состоян. с-мы мы предст-м в виде точки в фазовом простр-ве, а равновесн. проц. мы предств-м в виде линии в фазовом пространстве.

(график)

Равновесн. проц. явл. обратимым. В реальности равновесн. прац-в не сущ-т поскол. всякий проц. пред-т переход с-мы из одного состояния в другое и связан с нарушением равновесия. Равновесн. прац. хар-ся тем, ч. м. пренебречь взаим-ем с-мы с окр. ср. В люб. биол. с-ме в обязат-м порядке присут-т времен. параметр, при этом ось времени направлена из прошлого ч/з наст.в будущее. Термодинамика– наука, изучающая з-ны превращения Е.

Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии).

Был открыт учен. Майером(нем. Врач), он доказал 1-й закон термодинамики(1841г.)

∆Е = ∆Q – ∆A

Энергия закрытой системы постоянна. Изменение внутренней энергии системы (∆Е) равно количеству теплоты, поступившей в систему (∆Q) минус работа (∆A), которую система совершает над окружающей средой. Внутрен. Е с-мы явл-ся суммой Е всех компонентов, входящих в с-му.

1) Энтальпия (теплосодержание)– это термодинамическая ф-ция, хар-ая ту часть энерг. С-мы, к-ая м.б. выделена в виде тепла.

∆Q = ∆Е + ∆A

∆Н=∆Е + р∆V – энтальпия

 

 

32. 2-е нач. Т опр-т возможность протек-я того или иного процесса. Невозможен процесс ед-ным рез-том к-го было бы охлаждение более холодного тела и нагревание более горячего. Клаузиус:энергия мира постоянна, энтропия мира возраст-т. Энтропия (беспорядок)S= Q/T формула Больцмана. Q- изменение теплоты в системе, T- Т при кот. это изменение произошло. Формула Людвига-Больцмана S=klnW В реальных с-мах все прац. протек-т встор. энтропии. k-константа Больцмана, W-вероятность данного состояния. к.18в. Лавуазье док-л сохран-ние Е на мышке 1824г. Сади Карно – написал работу «Размышление о движущей силе теплоты». Майер и Джоуль связь. с 1-м нач. Т. Клаузиус, Людвин, Больцм. – 2-е нач.Т. Самой большой вероятностью обладает состояние с-мы, к. м. реализов-ся самым большим числом способов. Энтропия с-мы прямо пропорц-на логорифму вероятности дан. состояния. Один из важнейших зак. природы - зак. возрастания Энтропии – это статический зак. В прир. действ-т 2 типа зак: 1. динамическ. – к. выполн-ся всегда (зак. Ньютона), 2. статические (зак.,выполняемые для огромного числа случаев). Энтропия и информация. 1 из точек зрения гласит ч. пр-во информ. предст. соб. запоминанием случ-го выбора есть точка зрения, согл. к-й пр-во инф. закл-ся в отделение её от шума. Чем < вероятность, тем > инф. I=log2(р1/р), где I – кол-во инф. о событ, р1 – вероятн. событ. после проведения эксперемента, р – вероятн. о событии до провед-ся экспер-та р1=1 I=log2 (р1 /р) =log2(1/р)= - log2р Инф. в 1 dit –это инф. о событ. вер-сть к-со ½. Инф., поступ-я в с-му м. расход-ся на уменшение энтропии. Кол-во энергии расходуемое на с-з молек. белка, в расчете на 1 пептидную связь в 20 – 30 раз > кол-ва энергии, неох-мой для ощ-ния р-ций образ-я хим. связей. Избыток энергии расх-ся на получении инф. о послед-сти АК-х остатков. Энтропия с-мы – логорифм вероятности состояния системы. S=k ln W. Чем более вероятное состояние системы, тем > энтопия этого состояния. Самое вероятное состояние, хар-ся mах. энтропией. А.Б.Рубин: В биологии нах-т успешное применение методы хим. кинотики, математ-го моделирования, т., теор. инф. и синергетики, связан-е с выяснением мех-змов соорганизации с-м. Одним из важн-х св-в живых с-м явл. их способность поглащать и трансформир-ть энергию, используя её в метаболических процессах. Стало ясно, ч. метаболические проц. подчин-ся зак. сохранения энергии. Однако из рассмотрения этого зак. выпадает фактор времени согласно 2-му зак. Т. вводится величина, наз. энтропией, к.в изолирован. с-ме всегда возраст-т до своего знач. предостережения равновесия. Однако в открыт. с-ме в том числе и биологическое равновесное состояние означает фактические разрушение.

3 зак. Т. (теорема Нернета): энтропия мира стремится к нулю, когда темпер. мира стрем-сяк обсалютн. нулю.(S→0 при t→0)

Свободная Е Гибса- часть внутр. Ес-мы, к-я м.б. построена на совершение полезной работы (график)

 

33 Уравнение Онзагера. Теорема Пригожина. В открытых биос-мах для поддержания сущ-ния этих с-м пост-но должны протекать процессы (метаболические процессы). С т. зр. термодин-ки любой процесс можно охарактеризовать в виде потока Ј (йот). Любой термодинамический поток вызывается соответствующей термодинамической силой Х – причина потока.

Пример: термодинамический поток: 1) химическая р-я (превращение в-ва); 2) диффузия (перенос в-ва); 3) перенос тепла; 4) перенос заряженных частиц (эл. ток); термодинамическая сила: 1) разность хим. потенциалов (∆μ); 2) градиент конц-ии; 3) разность температур; 4) напряжение эл. потенциалов.

Феноменологическое уравнение: термодинамический поток Ј пропорцианален термодинамической силе Х. Онзагер док-л, что величина термодинам потока прямопропорциональна термодин силе, его вызывающей: Ј = L * Х,

где L – феноменологический коэффициент (коэф-т пропорциональности).В с-ме протекает і процессов, где і изменяется от 1 до n.

Ј і = L і * Х і; Ј і = L іk * Х k; Ј k = L kі * Х і.

Ур-ние Онзагера описывает любой процесс, протекающий в клетке. Согласно т-ме Онзагера феноменологические коэф-ты, связывающие одни и те же силы и одни и те же потоки, равны:

L kі = L іk.– соотношение Онзагера. Любой поток можно вызвать любой термодин силой.

Т-ма Пригожина. Пригожин ввел для рассмотрения с-м, не находящихся в сост-ии равновесия ф-ю, названную производством энтропии (диссипативная ф-я) σ. Производство энтропии σ – кол-во энтропии, производимое в единице объема с-мы в единицу времени за счет необратимых процессов, протекающих в с-ме.

σ = Σ Ј і * Х і.

Формулир-ка: если в с-ме действуют n независимых сил (n = 1, 2, …, j), из которых j сил поддерживается постоянными (силы под номерами 1, 2, …, j поддерживается постоянно) по величине, то все силы с номерами, больше j исчезнут при приближении с-мы в состояние с минимальным производством энтропии (стационарное сост-ие). Важное следствие т-мы Пригожина – открытые с-мы стремятся в сост-ие с минимальным производством энтропии. Открытые системы, в которых протекают необратимые процессы, стремятся в стационарное состояние, в котором диссипативная функция минимальна (σ ≥0). Следствие т-мы Пригожина – математическая форм-ка 2-го начала термодинамики для открытых с-м: σ ≥ 0. Т. о. в природе сущ-ет 2 вида с-м (структур):1) динамические; 2) диссипативные, которые могут сущ-ть пост-но, производя энтропию за счет протекания процессов, на поддержание которых необходим постоянный приток информации, энергии и в-ва из окружающей среды. Рассеивание поступающей из вне энергии обеспечивает поддержание таких структур. Неравновесное сост-ие открытой с-мы – диссипативная структура.

 

34 Дыхательная цепь. Теория Митчелла. Митохондрии содержатся в цитоплазме клетки и представляют собои микроскопические палочковидные образования. Внутреннее пространство мит. окружено 2 мембранами: наружная-гладкая,внутренняя–кристы(складки). В митохондриях сосредоточено большое количество ферментов. Наружная мембрана не содержит не одного из компонентов дых. цепи. Внутр. Мембрана – ферменты дых. цепи. С внутренней мембраной митохондрии связано аккумуляция части освобождающейся энергии. Клетка использует хим. тип энергии, хранящийся в виде хим. связей. В митохондриях энергия окисления субстратов используется для синтеза макроэргических связей, к-рые используются для окислительного фосфорилирования (на внутр. мембране митохондрий). В 1961 Питер Митчелл сформулировал хемио-осматическую гипотезу. Смысл гипотезы: в ходе окисления субстратов происходит генерация трансмембранного электро-хим. потенциала, связанного с возникновением протонного градиента на мембране. Далее этот протон. градиент используется для синтеза АТФ. В ходе окисления субстратов электроны переносятся на молекулу кислорода и она восстанавливается до молекулы воды. О2+4е=Н2О Поток электронов вдоль внутр. мембраны митохондрий создает градиент протонов через митохондриальную мембрану. Трансмембранный протонный градиент используется для синтеза АТФ АТФ-синтетазой. rрН – протондвижущая сила или протонный градиент. В электрон- транспорт. цепь, обеспечивающую возникновение протонного градиента входят 4 комплекса переноса заряда локализованных во внутр. мембране митохондрий и несколько низкомолекул. переносчиков электронов свободно диффундирующих в мембране.

I - НАДН- убихинон-оксидредуктаза (электрон от НАДН окисляет в убихинон)

Q – убихинон, II – сукцинат-убихинон оксидредуктазы (электрон от сукцината переносит на убихинон), III – убихинон цитохром С оксидредуктаза, IV- цитохром С кислород оксидредуктаза (электрон с цитохрома С переносят на О2) или цитохромоксидаза.

АТФ-синтаза состоит из двух субъединиц (F0,F1) АДФ+Фн=АТФ. Электрон-транспорт. цепь работает практически без тепловых потерь. Электрохим. градиент создаваемый работой ЭТЦ равен rμн+ = F*φ+2,3RTrрН, где F – постоянная Фарадея, φ – электрический потенциал, R- универсал. газовая постоянная, rрН- протонный градиент.

Электро-хим. потенциал – свободная энергия системы использующаяся для синтеза АТФ. В нек. бактериях для синтеза АТФ используется градиент ионов натрия.

Электроны поступают в дыхательную цепь различными путями. При окислении НАДН + Н+ комплекс I переносит электроны через ФМН и Fe/S-центры на убихинон. Образующиеся при окислении сукцината, ацил-КоА и других субстратов электроны переносятся на убихинон комплексом II или другой митохондриальной дегидрогеназой через связанный с ферментом ФАДН2 или флавопротеин. При этом окисленная форма кофермента Q восстанавливается в ароматический убигидрохинон. Последний переносит электроны в комплекс III, который поставляет их через два гема b, один Fe/S-центр и гем с1 на небольшой гемсодержащий белок цитохром с. Последний переносит электроны к комплексу IV, цитохром с-оксидазе. Цитохром с-оксидаза содержит для осуществления окислительно-восстановительных реакций два медьсодержащих центра (CuA и CuB) и гемы а и а3, через которые электроны, наконец, поступают к кислороду. При восстановлении О2 образуется сильный основной анион О2-, который связывает два протона и переходит а воду. Поток электронов сопряжен с образованным комплексами I, III и IV протонным градиентом.

35-36. Абсорбционная спектроскопия. Спектр поглощения. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Спектральные методы широко применяются для изучения разнообразных свойств и реакций биологических систем и макромолекул. Среди спектральных методов наибольшее распространение получили оптические методы, основанные на взаимодействии молекулярных систем с оптическим излучением. Основные параметры светового излучения:

-длина волны λ (нм) и частота излучения ν (Гц), связанные соотношением

ν = с/λ (с - скорость света),

-энергия кванта света Е = ħ∙ν (ħ – постоянная Планка),

- интенсивность излучения I = n∙E (n- число квантов в световом потоке). Энергия квантов света в видимой области, вызывающих фотобиологические реакции, составляет 170-340 кДж/моль. Оптический диапазон длин волн включает ультрафиолетовое (200-400 нм), видимое (400- 800 нм), инфракрасное (800-10000 нм) излучение. Поглощение света веществом – внутримолекулярный одноэлектронный физический процесс. Свет поглощается молекулами (их комплексами, отдельными атомами, ионами, радикалами), при этом электрон переходит из основного в энергетически более высокое возбужденное состояние. В электронных переходах участвуют валентные или оптические электроны, располагающиеся на внешней электронной оболочке. Каждый электронный уровень представляет набор колебательных и вращательных подуровней, переходы между которыми связаны с энергией колебательных и вращательных движений атомов вокруг химических связей. Квантовая природа света выражается в том, что вся энергия кванта света поглощается сразу за время 10-15- 10-14с, поглощение света – процесс дискретный.

Физическая реакция поглощения света может быть записана в следующем виде:

М + ħ∙ν→ М٭, где

М٭ – возбужденное состояние молекулы, отличающееся от основного состояния в первую очередь дополнительным запасом энергии и формой электронного облака.

Свет представляет электромагнитную волну, при взаимодействии с веществом свет ведет себя подобно потоку частиц (квантов света или фотонов). Энергия фотонов определяется длиной волны излучения. Поглощение света происх-т только электронами, находящимися на внешней эл оболочке (оптическими/валентными).

Из квантов света с различными энергиями могут поглощаться только те, энергия которых соответствует энергии переходов между какой-либо парой уровней в молекуле вещества. Способность молекул поглощать свет лежит в основе спектрофотометрии. Поглощение света проявляется в ослаблении светового потока после прохождения через исследуемый объект, и оно тем больше, чем выше концентрация вещества (с, моль∙л –1), толщина раствора (1, см), способность вещества к поглощению. Для монохроматического света эти закономерности выражаются законом Бугера — Ламберта — Бера:

Д=lg∙I0/I = εcl, где D — так называемая оптическая плотность образца, I0 и I — интенсивности падающего и прошедшего через раствор вещества света. Величину ε (моль-1 л см-1) называют молярным коэффициентом экстинкции. КМЭ численно равен оптической плотности раствора концентрации 1 моль/л. Пользуясь законом БЛБ можно оппппределить концентрацию.

Электронные спектры поглощения возникают в результате переходов электронов в возбужденные состояния и наблюдаются в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях (120-1000 нм). Энергии переходов составляют 1000-120 кДж/моль (240-30 ккал/моль). При поглощении такой энергии одновременно происходит изменение в колебательных и вращательных состояниях, вследствие чего электронные спектры состоят из широких полос.

Интенсивность полос поглощения определяется вероятностью перехода молекул из основного в возбужденное состояние. Спектр поглощения представляет зависимость вероятности поглощения от длины волны (или частоты) света.

Помимо величины оптической плотности Д вещества используют величину пропускания Т=I/I0. Из определения оптической плотности видно, что Д=lg ∙1/Т.

Спектр поглощения вещества зависит от химической природы вещества, его состояния, характера окружения, температуры. Измерения электронных спектров поглощения позволяют делать заключение о характере исследуемого вещества, структуре и свойствах его молекул и т.д.

Если в исследуемом объеме находится несколько веществ (при отсутствии взаимодействия между ними), то для оптической плотности выполняется закон аддитивности для каждой длины волны: ДАВ=ДА+ДВ,

где ДАВ –оптическая плотность смеси веществ А и В при данной длине волны.

 







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 1054. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!




Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...


Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...


Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Тема 2: Анатомо-топографическое строение полостей зубов верхней и нижней челюстей. Полость зуба — это сложная система разветвлений, имеющая разнообразную конфигурацию...

Виды и жанры театрализованных представлений   Проживание бронируется и оплачивается слушателями самостоятельно...

Что происходит при встрече с близнецовым пламенем   Если встреча с родственной душой может произойти достаточно спокойно – то встреча с близнецовым пламенем всегда подобна вспышке...

Механизм действия гормонов а) Цитозольный механизм действия гормонов. По цитозольному механизму действуют гормоны 1 группы...

Алгоритм выполнения манипуляции Приемы наружного акушерского исследования. Приемы Леопольда – Левицкого. Цель...

ИГРЫ НА ТАКТИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Методические рекомендации по проведению игр на тактильное взаимодействие...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия