Лабораторные работы по биофизике (90,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова Кафедра общей и биоорганической химии В.В. Жандарев, И.И. Дигурова Лабораторные работы по биофизике Методические указания Рекомендовано Научно-методическим советом университета для студентов специальности Биология Ярославль 2006

Стр.1

УДК 577.3 ББК Е 071я73 Л 12 Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного издания. План 2006 года Рецензент кафедра общей и биоорганической химии Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова Жандарев, В.В., Дигурова, И.И. Лабораторные работы по биоЛ 12 физике / В.В. Жандарев, И.И. Дигурова ; Яросл. гос. ун-т. – Ярославль : ЯрГУ, 2006. – 48 с. Лабораторные работы предназначены для студентов, обучающихся по специальности 011600 Биология (дисциплина «Биофизика», блок ОПД), очной и заочной форм обучения. УДК 577.3 ББК Е 071я73 © Ярославский государственный университет, 2006 ©В.В. Жандарев. И.И. Дигурова, 2006 2

Стр.2

Кинетика биологических процессов Вещества, поступающие в организм, вступают в сложную сеть химических превращений. Скорость химических превращений в клетках и тканях организма играет основную роль в регулировании жизненного процесса. В связи с этим большое значение приобретает изучение закономерностей протекания во времени химических процессов. В отличие от биохимии, описывающей конкретные химические реакции в организме, кинетика изучает механизмы химических превращений в зависимости от различных факторов (температуры, концентрации реагирующих веществ, давления, рН, наличия катализаторов и пр.). Важнейшей количественной характеристикой химической реакции является скорость. Под скоростью понимают возрастание или убывание концентрации реагирующего вещества во времени. Если вещество А превращается в В: А то скорость реакции бого из веществ по времени: dt = dB −= dt . dA (1) Скорость химической реакции зависит в основном от трех факторов: концентрации реагирующих веществ, температуры и наличия катализаторов. Согласно кинетической теории реакций, их скорость определяется количеством столкновений молекул друг с другом в единицу времени. Если скорость реакции зависит от концентрации одного вещества, то такая реакция называется реакцией первого порядка. В случае приведенной мономолекулярной реакции А В по закону действующих масс (2) 3 В, – первая производная от концентрации люυ υ

Стр.3

− dt dA dt dA = = ⋅k A , где k – коэффициент, называемый константой скорости реакции. Если А=1, то k , (3) т.е. константа скорости – это скорость реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных единице. Если скорость реакции зависит от концентрации двух реагирующих веществ, то это реакция второго порядка. Например, при реакции А+В С − dt dA = ⋅k A B ⋅ . (4) Порядок и молекулярность реакции не всегда совпадают. Так, бимолекулярная реакция может быть реакцией первого порядка, если одно из реагирующих веществ находится в избытке и его концентрация заметным образом не меняется. Например, гидролиз СН3СООК может определяться только концентрацией СН3СООК, если вода находится в избытке. Мономолекулярная реакция может быть реакцией нулевого порядка, когда скорость реакции не зависит от концентрации реагирующего вещества. Обычно так протекают реакции с участием ферментов в условиях избытка реагирующего вещества. В условиях нулевого порядка скорость постоянна и определяется скоростью распада фермент-субстратного комплекса. В процессе реакции может наступить переход от реакции первого порядка к реакции нулевого порядка. Если процесс протекает в клетке, куда реагирующие вещества поступают через клеточные оболочки, то в начальный момент, когда концентрация реагирующего вещества небольшая, реакция может протекать по типу реакций первого порядка, а при насыщении всех молекул фермента переходит на нулевой порядок. Помимо зависимости от концентрации субстрата, имеется зависимость скорости ферментативного катализа от ряда других фак4 (2)

Стр.4

торов: наличия ингибиторов или активаторов, рН среды, давления, температуры и пр., поэтому в биологических системах скорости реакций меняются в очень широких пределах. Одним из наиболее существенных факторов, оказывающих влияние на кинетику, является температура. В условиях целостного организма изменение температуры может влиять на скорость реакций как непосредственно, так и косвенным образом. Так, понижение температуры организма, как и в любой неживой системе, замедляет химические реакции. На этом основано применение гипотермии в медицине. Но вместе с тем оно может ввести в действие механизмы терморегуляции, ускоряющие реакции. В отличие от реакций, протекающих в неживых системах, большинство биологических процессов имеют температурный оптимум – интервал температур, в котором реакция протекает с максимальной скоростью. Это объясняется ферментативным характером большинства биологических процессов. В случае ферментативной реакции одновременно действуют два различных фактора, определяющих влияние температуры: с одной стороны, увеличение скорости самой реакции; с другой – повышение скорости деструкции фермента при нагревании, что обусловливает непрерывное уменьшение концентрации активного фермента. Оптимальная температура зависит от соотношения между влиянием температуры на скорость реакции самой ферментативной реакции и ее влиянием на скорость инактивации фермента. Влияние температуры на скорость биологических процессов часто оценивают с помощью температурного коэффициента Q10 Вант-Гоффа. Он показывает, во сколько раз ускоряется процесс при повышении температуры на 10оС: Q10 = T T 1 2 , 10о С. (5) где υT1 – скорость процесса при определенной температуре, о C; υT2 – скорость процесса при температуре выше предыдущей на Живые организмы не всегда выдерживают изменение температуры на 10оС. Поэтому для определения температурного коэффи5 υ υ

Стр.5