Контрольная Биофизика 4, номер: 138695

"ЗАДАЧА 1
1а
Дайте определение электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), нарисуйте блок-схему аппарата ЭПР, представив на ней: электромагнит, создающий магнитное поле, генератор электромагнитного излучения СВЧ-диапазон, исследуемый образец, электронное устройство для записи спектров.
1б
Что такое спектр ЭПР? Как по виду спектра получить информацию о подвижности молекул исследуемого образца, о числе свободных радикалов-молекул или молекулярных групп, имеющих неспаренные электроны с некомпенсированными спинами? Приведите график двух спектров ЭПР, один из которых соответствует образцу в жидком, другой-в твердом состоянии (прочие условия одинаковы).

1в
В ЭПР-спектрометре образец облучается электромагнитным излучением с длиной волны 3 см. Каково резонансное значение индукции магнитного поля?

ЗАДАЧА 2
2а
Представьте на рисунке жидкостно-мозаичную модель мембраны, изобразите фосфолипидный бислой, белки-поверхностные и интегральные.
2б
Почему плоский конденсатор можно использовать в качестве модели фосфолипидного бислоя биомембран? Полагая удельную электроемкость мембраны (емкость на единицу площади) 0,5*10-2 Ф/м2, электричекую постоянную ?0 = 8,85*10-12 Ф/м, диэлектрическую проницаемость ?=2, оценить расстояние между пластинами модельного конденсатора, примерно соответствующее толщине липидного бислоя.
2в
Известно, что микровязкость мембраны у концов липидных хвостов меньше, чем около полярных голов. Это было показано методом ЭПР с использованием спин-меток. Нарисуйте два спектра ЭПР: первый соответствует прикреплению спин-метки около полярной головы фосфолипидной молекулы, второй-прикреплению спин-метки к концу хвоста фосфолипидной молекулы.


ЗАДАЧА 3
3а
Что такое активный и пассивный транспорт? Приведите определения этих процессов. Приведите примеры активного и пассивного транспорта.

3б
Напишите уравнение Теорелла и дайте определение входящих в него величин. Объясните смысл использования знака «минус» в его правой части?
Решение:
3в
Запишите формулу электрохимического потенциала разбавленного раствора и дайте определения входящих в нее величин. Найдите производную электрохимического потенциала по координате, подставьте в уравнение Теорелла и получите уравнение Нернста-Планка. Получите закон Фика как частный случай уравнения Нернста-Планка для незаряженных частиц.

ЗАДАЧА 4
4а
Представьте схему опыта Уссинга с кратким объяснением его идеи. Запишите уравнение Уссинга-Теорелла. Объясните, о чем мог бы свидетельствовать результат равенства двух измеряемых потоков направленного внутрь и направленного наружу (если бы он был получен в эксперименте). Были ли равны эти потоки в реальном эксперименте? О чем это свидетельствовало? Приведите подробный ответ.
4б
Что такое ионные насосы? Приведите три примера и изобразите схематично механизм их работы. Какие сопряженные процессы происходят при работе ионных насосов?
ЗАДАЧА 5
5а
Что такое потенциал покоя биомембраны? Какое его примерное значение регистрируется в эксперименте? Каков знак потенциала покоя? Нарисуйте и кратко опишите схему микроэлектродного измерения биопотенциалов.

5б
Назовите причины, в связи с которыми между поверхностями невозбужденной мембраны существует разность потенциалов.

ЗАДАЧА 6
Выведите формулу Нернста для величины потенциала покоя между поверхностями биомембраны, исходя из условия равновесия, выражающегося равенством электрохимических потенциалов внутри клетки и в межклеточной жидкости.
Рассчитайте ту величину потенциала покоя, которая существовала бы между поверхностями биомембран, если бы она была обусловлена различием концентраций:
А) ионов Na+ внутри и снаружи клетки (сНАР/сВН)Na=6; б) ионов CI- внутри и снаружи клетки (сНАР/сВН)CI =3; в) ионов K+внутри и снаружи клетки (сНАР/сВН)К =36. Какой знак имеет потенциал покоя в пункте а)? В каком из случае: б) или в) получается результат, наиболее близкий к экспериментальному? Что следует из проведенного рассмотрения: различием концентраций какого типа ионов реально обусловлено существование потенциала покоя?

ЗАДАЧА 7
Как изменятся величина и знак потенциала покоя, если:
А)внутриклеточную жидкость поменять местами с межклеточной со всем их содержимым?
Б) не меняя концентрации ионов [Na+] НАР [Na+]ВН и [K+]НАР увеличить [K+]ВН в «е» раз? Считать начальное отношение и найти, на сколько изменится мембранный потенциал покоя? Величину RT/F считать равной 0,025 В
В) не меняя концентраций [Na+] НАР [К+]ВН и [K+]НАР увеличить [Na+]ВН в два раза?
ЗАДАЧА 8
Что такое потенциал действия? Нарисуйте график зависимости потенциала действия аксона кальмара от времени. Чему равна амплитуда потенциала действия? Как она изменится, если:
А) не меняя концентраций ионов натрия, увеличить [K+]ВН (при этом [K+]НАР оставить без изменения). Изобразить в одном масштабе два графика для потенциала действия: до увеличения [K+]ВН и после него.
Б) не меняя концентраций ионов калия, увеличить [Na+]НАР (при этом [Na+]ВН оставить без изменения). Изобразить в одном масштабе два графика для потенциала действия: до увеличения [Na+]НАР и после него.
ЗАДАЧА 9
9а
Что означает закон «все или ничего» для потенциала действия? Считая ответьте, возникнет ли потенциал действия, если возбуждающий импульс увеличит мембранный потенциал от значения потенциала покоя:
А)на 20 мВ; б) на 60 мВ? Ответ проиллюстрировать графиками, на которых изобразить, что произойдет с мембранным потенциалом в первом и во втором случае.
9б
Что означает понятие «рефрактерность мембраны, по отношению к внешнему электрическому возбуждению»? Считая длительность потенциала действия (включая период остаточной рефрактерности) равным примерно 2 мс, выяснить, сколько потенциалов действия возникнет:
А) в ответ на 2 возбуждающих импульса, следующих друг за другом с интервалом ?t=1 мс;
Б) в ответ на серию возбуждающих импульсов, состоящую из 1000 импульсов частотой v=1000 Гц?
ЗАДАЧА 10
Выполните задания и ответьте на вопросы:
Нарисуйте друг под другом четыре графика:
А) зависимость изменения мембранного потенциала (??М) от времени на внешний возбуждающий импульс, «преодолевающий» ??ПОРМ;
Б) зависимость от времени потока ионов Na+ через биомембрану в процессе возникновения потенциала действия;
В) зависимость от времени потока ионов K+ через биомембрану в процессе возникновения потенциала действия;
Г) зависимость от времени суммарного тока ионов Na+ и K+ через биомембрану в процессе возникновения потенциала действия;
Чему равен общий (суммарный) ток ионов в тот момент, когда ??М на графике а) достигла максимального значения? Чему в этот момент равен ток ионов натрия, если ток ионов калия равен 5мА. Одинаковы ли в этот момент направления этих двух потоков? Ответ обоснуйте.

ЗАДАЧА 11
Предположим, что скорость изменения численности популяции dN/dt прямо пропорциональна самой численности популяции в любой момент времени. Полагая коэффициент пропорциональности известным и равным ?, составить дифференциальное уравнение и решить его, считая, что начальная численность популяции известна и равна N. Проанализировать полученный ответ: а)построить график зависимости N(t) при ??0, ??0 и при ?=0; б)проанализировать полученное решение N(t) на предмет применимости к анализу временной зависимости численности населения России за последнее столетие: принять во внимание, что экспоненциальная зависимость N(t) означает, что за любые одинаковые промежутки времени численность популяции N увеличивается к концу промежутка в одинаковое число раз по сравнению с его началом. Далее считая, что за 50 лет с 1900 г. по 1950 численность населения России возросла примерно вдвое (от 100 млн. человек до 200 млн. человек), найти, какой она должна была бы стать к 2000 г., если бы полученное решение адекватно описывало рассматриваемый процесс. Сравнить полученный ответ с реальными данными? Какие упрощающие предположения необходимо обязательно принять во внимание для того, чтобы реальный процесс изменения численности популяции мог быть описан заданной в условии задачи моделью?
ЗАДАЧА 12
12а
Изучите математическое представление модели, отражающей динамику изменения численности особей в популяции хищников и жертв (так называемая модель «хищник-жертва»). Запишите еще раз исходные дифференциальные уравнения для скоростей изменения числа хищников и жертв. Какие упрощающие предположения должен был принять во внимание автор этой модели для того, чтобы записать эти уравнения?
12б
Что необходимо сделать, чтобы выяснить возможно ли стационарное состояние в рассматриваемой системе? Проделайте еще раз соответствующие математические выкладки и найдите стационарное число хищников и жертв. Изобразите зависимости от времени числа хищников и числа жертв при возникновении в системе случайных малых отклонений от стационарного состояния, предварительно записав эти зависимости аналитически. Постройте зависимость числа хищников от числа жертв- «фазовую диаграмму» системы и проанализируйте полученный график:
А)одновременно ли число хищников и число жертв достигают максимальных значений? Сколько раз за 1 период «колебаний» число хищников и число жертв достигнут своих максимальных значений?
Б)будет ли «фазовая диаграмма» иметь форму эллипса, если ее построить для популяции зайцев и рысей? В чем принципиальное различие временных зависимостей числа хищников и жертв - записанной и построенной вами и представленной в учебнике для реальной популяции? В чем причина имеющихся расхождений?



ЗАДАЧА 13
Изучите математическое представление фармакокинетической модели. Составьте дифференциальное уравнение для двух случаев: а) инъекция-одноразовое введение фиксированной массы препарата в кровь; б)инфузия-непрерывное введение лекарственного препарата в кровь при условии, что скорость введения постоянна, а начальная доза равна нулю. Решите эти два дифференциальных уравнения и постройте соответствующие графические зависимости (зависимости концентрации препарата в крови от времени).
Проанализируйте смешанный способ введения препарата в кровь-сочетание непрерывного введения с постоянной скоростью с однократным: для нахождения зависимости массы препарата от времени произведите сложение двух ранее полученных решений. Постройте графики зависимости массы препарата в крови от времени в трех случаях:

Постройте соответствующие графики зависимости концентрации препарата в крови от времени.
ЗАДАЧА 14
14а
При непрерывном введении лекарственного препарата в кровь с нулевой начальной дозой скорость введения равна 1 мг/час, а коэффициент выведения 0,5 час-1.Какая масса препарата будет находиться в крови через 1 час? Какой будет предельная масса препарата в этом случае?

14б
При однократном введении препарат в кровь начальная масса равна 1 мг. Терапевтический эффект (минимальная масса лекарственного препарата в крови, при которой он эффективно выполняет свои функции) соответствует величине в «е» раз меньшей. Каков должен быть коэффициент выведения, чтобы до указанного значения масса препарата снизилась не ранее, чем через 5 часов?
ЗАДАЧА 15
Напишите уравнение Гольдмана для вычисления мембранного потенциала покоя. Из каких основных предположений оно вытекает? В чем эти предположения отличаются от тех, которые приводят к уравнению Нернста? При каких предельных условиях уравнение Гольдмана переходит в уравнение Нернста? Если рассматривать подходы Гольдмана и Нернста как две модели описания одного и того же явления, то им будет соответствовать различная степень адекватности исследуемому объекту? Для какого из подходов (Нернста или Гольдмана) степень адекватности выше?
"