История становления биофизики как науки. Методы изучения в биофизике.

История становления биофизики как науки.

Большую роль в развитии биофизики сыграла школа Лёба (1906 г). В работе Лёба были выявлены физико-химические основы явлений партеногенеза и оплодотворения. Конкретную физико-химическую интерпретацию получило явление антагонизма ионов.

Позднее появились классические исследования Шаде о роли ионных и коллоидных процессов в патологии воспаления. Эти исследования завершаются фундаментальным трудом «Физическая химия во внутренней медицине», которые издаётся в России в 1911–1912 гг.

Первая мировая война приостановила развитие биофизики как науки.

Но уже в 1922 году в СССР открывается «Институт биофизики», которым руководит П.П. Лазарев. Здесь он разрабатывает ионную теорию возбуждения, которая в это же время разрабатывается и Нернстом. Было установлено, что в явлениях возбуждения и проведения решающая роль принадлежит именно ионам.

С.И. Вавилов занимается вопросами предельной чувствительности глаза. В.Ю. Чаговец разрабатывает ионную теорию возникновения биопотенциалов, Н.К. Кольцов обосновывает роль поверхностного натяжения, ионов и рН в морфогенезе.

Школа Кольцова сыграла видную роль в развитии биофизики в СССР. Его ученики широко разрабатывали вопросы влияния физико-химических факторов внешней среды на клетки и их структуры. Несколько позже (1934) Родионов С.Р. и Франк Г.М. открыли явление фотореактивации, Завойский (1944) метод электронного парамагнитного резонанса.

Методы биофизических исследований:

Рентгеноструктурный анализ – исследование атомной структуры вещества, с помощью дифракции рентгеновских лучей. По дифракционной картине устанавливают распределение электронной плотности вещества, а уже по ней можно определить, какие атомы содержатся в веществе и как они расположены. Исследование кристаллических структур, жидкостей и белковых молекул.

Колоночная хроматография – различное распределение и анализ смесей между 2 фазами – подвижной и неподвижной. Она может быть связана с различной степенью вещества абсорбции или к различной степени ионного обмена. Может быть газовой, либо жидкостной. Распределение веществ используют в капиллярах - капилярная, либо в трубках, заполненных сорбентом – колончатая. Можно проводить на бумаге, пластинках

Спектральный анализ – качественное и количественное определение вещества по оптическим спектрам. Вещество определяют либо по спектру испускания – эмиссионный спектральный анализ или по спектру поглощения – абсорбционный. Содержание вещества определяется по относительной или абсолютной толщине линий в спектре. Также относят радиоспектроскопию – электронный парамагнитный резонанс и ядерно-магнитный резонанс.

Изотопная индикация

Электронная микроскопия

Ультрафиолетовая микроскопия – исследование в УФ лучах биологических объектов повышает контрастность изображения, особенно внутриклеточных структур и она позволяет исследовать иные клетки без предварительной окраски и фиксации препарата.

Термодинамические (ТД) системы. Параметры состояния.

ТД система – совокупность тел в определенном пространстве, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами. Существует 3 типа ТД систем: изолированные – не обмениваются энергией и вещ-вом с окружающей средой; закрытые – обмен только энергией; открытые – обмен и вещ-вом, и энергией.

Всякая система характеризуется ТД параметрами. Их совокупность определяет ТД состояние системы, поэтому изменение хотя бы одного из параметров приводит к изменению ТД состояния системы в целом.

Параметры состояния - макроскопические (физические) переменные величины, с помощью которых можно описать состояние конкретной ТД системы в данное время. Подразделяются на:

Интенсивные - не зависят от общего количества вещ-ва в сист. Носят силовой характер; могут приобретать разные значения в различных точках системы.
Примеры: Р – давление, Па (паскаль), Т – температура, К (кельвин), ρ – плотность, кг/м3, n – молярная концентрация, моль)

Экстенсивные - зависят от количества вещ-ва в сист. Характеризует сист. как целое. Основное свойство - аддитивность – сумма отдельных частей сист по данному параметру = значение параметра для целой системы.
Примеры: V – объем, м3 = 103 л, m – масса, кг, C – число молей вещества в системе.

ТД состояние системы – совокупность физико-химических параметров, которыми она обладает в данный момент времени

Любой вид затрачиваемой на совершение работы энергии выражается через произведение интенсивного (силового) параметра на экстенсивный.

δA= pdV - работа упругого расширения – это произведение давления на изменение объема.