Методические указания и контрольные задания по биофизике для студентов заочной формы обучения специальности 200402 - Инженерное дело в медико-биологической практике

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Восточно-Сибирский государственный

технологический университет (ГОУ ВПО ВСГТУ)

Методические указания и контрольные задания

по биофизике

для студентов заочной формы обучения специальности

200402 - Инженерное дело в медико-биологической практике

Составители: Г. П. Ламажапова

С. Д. Жамсаранова

Улан-Удэ

Издательство ВСГТУ

2009

УДК 577.3

П., Д. Методические указания и контрольные задания по биофизике для студентов заочной формы обучения специальности 200402 - Инженерное дело в медико-биологической практике. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2009. - 20 с.

Настоящие методические указания являются руководством к выполнению заданий контрольной работы по биофизике для студентов, обучающихся по заочной форме обучения. В пособии представлено содержание курса биофизики. Методические указания содержат задания для выполнения контрольной работы, вопросы для подготовки к занятиям по биофизике, рекомендуемую литературу.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 200402 - Инженерное дело в медико-биологической практике.

Подписано в печать 17.09.2009 г. Формат 60 х 841 / 16.

Усл. п.л. 1,16. Тираж 50 экз. Заказ № 000.

Издательство ВСГТУ. 670013, г. Улан-Удэ, «в».

@ВСГТУ, 2009 г.

Содержание

Введение	4
1. Общая характеристика дисциплины	4
2. Содержание дисциплины	5
3. Рекомендуемая литература	10
4. Контрольные задания по курсу биофизики	11

Введение

Данные методические указания являются руководством для выполнения контрольных работ по биофизике для студентов специальности 200402 - Инженерное дело в медико-биологической практике.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Методические указания к выполнению контрольных работ составлены в соответствии с ГОСВПО программы по биофизике для студентов специальности 200402.

Представлен перечень теоретического материала курса биофизики и опорные понятия, необходимые для успешного усвоения программы.

Представлены контрольные задания по темам курса, при выполнении которых студенты получат практические навыки решения задач.

1. Общая характеристика дисциплины

Биофизика относится к циклу естественнонаучных дисциплин. Важнейшими задачами биофизики являются изучение физических закономерностей функционирования биологических систем на всех уровнях структурной организации от молекулярного до биосферного, исследование биологических эффектов и механизмов действия физических факторов, разработка биофизических методов для исследования структуры и функционирования организмов.

Программа курса учитывает высокую сложность биологических объектов, физических и химических процессов, лежащих в основе функционирования биологических систем, механизмов нормального функционирования и регулирования деятельности морфофизиологических систем. Знания эти необходимы для осмысленного применения физических и биофизических методов исследования состояния биологических объектов, диагностики состояния и управления ими при использовании энергетических, вещественных и информационных воздействий.

Знание биофизики необходимо для освоения таких дисциплин как «Моделирование биологических процессов и систем», «Технические методы диагностических и лечебных воздействий», «Управление в биологических и медицинских системах» и других специальных дисциплин медико-технической подготовки инженеров.

Целью дисциплины «Биофизика» является изучение основных физических и физико-химических закономерностей, лежащих в основе функционирования биологических объектов, функций живого организма, механизмов получения информации о состоянии внутренней и внешней среды, характеристик медико-биологических параметров, определяющих состояние организма и его адаптацию к меняющимся условиям внешней и внутренней среды.

2. Содержание дисциплины

2.1. Введение в биофизику

Предмет и задачи биофизики. Методы исследования в биофизике. Уровни биофизических исследований; методы исследования и требования, предъявляемые к ним. Связь биофизики с другими науками: физикой, химией, биохимией, физиологией и молекулярной биологией. Методологические вопросы биофизики: диалектический подход к вопросу о соотношении физических и биологических форм движения материи; принципы системного, функционально-структурного и исторического подхода к изучению природы биологических явлений. История развития биофизики. Задачи и перспективы развития современной биофизики. Значение биофизики для биологии, медицины, сельского хозяйства и биотехнологии.

2.2. Молекулярная биофизика

2.2.1. Организация биоструктур. Предмет и задачи молекулярной биофизики; методы исследования. Своеобразие строения и функций биологических макромолекул. Нативная конформация. Клубок и глобула. Домены в пространственной структуре белков. Переходы клубок — глобула.

2.2.2. Различные типы взаимодействий в полимерах. Силы Ван-дер-Ваальса, электростатические и гидрофобные взаимодействия, водородные связи, их биофизическая характеристика. Взаимодействие белков с растворителем. Гидратация. Состояние воды в биоструктурах. Стабилизация биоструктур. Форма белковой глобулы.

2.2.3. Природа пептидной связи и ее основные свойства. Строение полипептидной цепи, внутреннее вращение и подвижность ее звеньев. Пространственная организация белковой молекулы. Принципы образования структуры регулярной полипептидной цепи. Разнообразие вторичных и третичных структур белка; сверхспирали. Соотношение a-спиральных и b-структурных участков в молекуле. Роль ковалентных связей и слабых взаимодействий ближнего и дальнего порядков в самоорганизации белковой молекулы; предсказание пространственной структуры белков.

2.2.4. Пространственная организация нуклеиновых кислот. Физические модели ДНК Классификация НК по форме молекулы. Полиморфизм вторичной структуры НК (А, В, С, Z-формы); роль стэкинг-взаимодействий и других факторов в стабилизации пространственной структуры НК. Особенности вторичной и третичной структуры т-РНК. Сверхспиральные структуры ДНК.

2.2.5. Основные белки и витамины крови. Сывороточный альбумин человека. Особенности строения белковой молекулы. Осмотический эффект. Распределение альбумина и его транспортные функции. Организация основных связывающих центров альбумина. Характеристика веществ связываемых белком. Гемоглобин, особенности его строения. Функциональные свойства и структура. Различные формы гемоглобина. Витамины С и В6. Их основные характеристики.

2.3. Биофизика клеточных процессов. Биофизика мембранных процессов

2.3.1. Состав и строение биологических мембран. Биомембрана как универсальный компонент биологических систем. Развитие представлений о структурной организации мембран. Биофизическая характеристика молекулярных компонентов мембран: белков, липидов, углеводов и их комплексов. Вода как составной компонент биомембран. Свойства связанной воды, методы ее определения. Роль белков в связывании воды биоструктурами. Биомембрана как надмолекулярная структура. Основные типы моделей, предложенных в мембранологии для объяснения строения и функционирования мембран. Жидкостно-мозаичная модель, ее основные характеристики. Физические свойства биомембран. Подвижность компонентов биомембраны. Вращательное движение, латеральная и вертикальная диффузия мембранных липидов. Подвижность мембранных белков. Фазовые переходы в мембранах. Функции биологических мембран. Образование мембранных структур.

2.3.2. Искусственные мембраны. Монослой на границе раздела фаз. Моноламеллярные липосомы. Бислойные липидные мембраны. Липосомы и протеолипосомы. Свойства искусственных мембран, их сходство и отличия от природных мембран, практическое использование в биологии и медицине.

2.3.4. Особенности межмолекулярных взаимодействий в мембранах. Липид-липидные взаимодействия, липид-белковые взаимодействия. Взаимодействие белков с липидными монослоями и взаимодействие белок — липидный бислой. Белок-белковые взаимодействия.

2.3.5. Пассивный транспорт. Проблема проницаемости веществ через биомембраны. Методы исследования проницаемости: Типы транспорта веществ через биомембрану. Пассивный транспорт (диффузия). Движущая сила диффузии. Уравнение диффузии Фика. Зависимость проницаемости мембран от растворимости проникающих веществ в воде и липидах. Проницаемость мембран для воды и нейтральных молекул (неэлектролитов).

2.3.6. Ионный транспорт в каналах. Проницаемость мембран для ионов. Факторы, влияющие на скорость пассивного транспорта ионов. Электрохимический потенциал. Теории пассивного мембранного транспорта ионов. Механизмы прохождения ионов через мембрану. Современное представление о строении и функционировании каналов. Селективность каналов. Индуцированный ионный транспорт. Ионофоры: подвижные переносчики и каналообразующие вещества. Уровни исследования ионных каналов. Облегченная диффузия и ее основные свойства и отличия от обычной диффузии.

2.3.7. Активный транспорт. Активный транспорт молекул и ионов, его отличие от облегченной диффузии. Свойства и функции активного транспорта. Термодинамика активного переноса молекул и ионов. Механизмы активного транспорта. Электрогенный и нейтральный транспорт. Первичный и вторичный активный транспорт. Транспортные АТФазы, их краткая характеристика и классификация. Строение и механизм действия Na-K-насоса. Активный транспорт Са и протонов. Модели параллельно функционирующих пассивных и активных каналов.

2.3.8. Биоэлектрические явления. Краткая история открытия и изучения биоэлектрических явлений. Классификация биопотенциалов. Характеристика ионных и электродных биопотенциалов. Образование двойного электрического слоя. Потенциал покоя, его происхождение. Потенциал действия. Современное представление о генерации нервного импульса. Модель Ходжкина - Хаксли. Измерение потенциала действия в нерве. Асимметричное распределение ионов по обе стороны мембраны как основа возникновения биопотенциалов. Факторы, определяющие величину мембранного потенциала. Распространение нервного импульса по миелиновым и немиелиновым нервным волокнам. Энергообеспечение процессов распространения возбуждения. Значение регистрации биопотенциалов для биологии и медицины.

2.4. Биофизика сложных систем

2.4.1. Законы термодинамики в биологии. Предмет и задачи биологической термодинамики. Термодинамические системы, их классификация. Особенности живых организмов как термодинамических систем. Термодинамические функции, применяемые при анализе биологических процессов. Первый закон термодинамики в биологии. Экспериментальное доказательство его применимости к живым системам с помощью метода калориметрии.

2.4.2. Энтропия открытой системы. Второй закон термодинамики в биологии. Стационарное состояние открытых систем, его сходство и отличия от термодинамического равновесия. Изменение энтропии и свободной энергии в открытых системах. Доказательство применимости 2-го закона термодинамики к биосистемам. Изменение стандартной свободной энергии.

2.4.3. Теорема Пригожина. Соотношения Онзагера. Коэффициенты и соотношения взаимности Онзагера. Принцип минимума прироста энтропии (теорема Пригожина). Условия перехода живых систем на новый стационарный уровень. Устойчивость стационарных состояний.

2.4.4. Термодинамика систем вдали от равновесия (нелинейная термодинамика). Термодинамика систем вдали от равновесия, ее основные черты. Критерии устойчивости системы. Величина избыточной продукции энтропии.

2.4.5. Кинетика биологических процессов. Предмет и задачи биокинетики, ее особенности. Обратимые и необратимые реакции, константа равновесия. Кинетика ферментативных реакций. Формальная схема простейшей ферментативной реакции. Уравнение Михаэлиса - Ментен и его алгебраическое преобразование для определения объединенной константы скорости. Ингибирование ферментов, его типы. Практическое значение ингибирования. Активаторы. Современное представление о механизме действия ферментов. Энергетическая схема ферментативной реакции. Модели ферментативного катализа. Особенности ферментативного катализа.

2.4.6. Биофизика сократительных систем. Основные типы сократительных и подвижных систем. Молекулярные механизмы подвижности белковых компонентов сократительного аппарата мышц. Принципы преобразования энергии в механохимических системах. Термодинамические, энергетические и мощностные характеристики сократительных систем.

2.4.7. Биофизика кровообращения. Общие принципы и законы гидродинамики. Особенности кровообращения в различных участках сосудистого русла. Сердце как насос. Ударный и минутный объемы сердца. Должные величины гемодинамики. Энергетика кровообращения. Структурный анализ движущейся крови. Динамика кровотока и энергетика эритроцитов.

2.4.8. Биофизика дыхания. Физика внешнего дыхания. Схематическая модель дыхательной системы. Физика газообмена в легких. Диффузия газов через легочные мембраны. Перенос газов кровью. Легочные объемы и дебеты. Биомеханика дыхания. Легочная вентиляция.

2.4.9. Биофизика рецепции. Сенсорная рецепция. Проблема сопряжения между первичным взаимодействием внешнего стимула с рецепторным субстратом и генерацией рецепторного (генераторного) потенциала. Общие представления о структуре и функции рецепторных клеток. Место рецепторных процессов в работе сенсорных систем.

2.4.10. Биофизика зрения. Строение оптической системы глаза. Свет и его восприятие. Разрешающая способность глаза. Спектральная чувствительность. Субъективные и физические характеристики цвета. Трехкомпонентная теория цветового зрения, векторное представление цвета. Понятие о колориметрических системах.

2.4.11. Биофизика слуха. Акустические явления и биофизика. Ухо как акустическая система. Этапы преобразования сигнала в органе слуха. Теория локализации. Гидродинамическая теория слухового восприятия. Кодирование слуха в волокнах слухового нерва. Вестибулярный аппарат, его функции.

2.4.12. Хеморецепция. Обоняние. Восприятие запахов: пороги, классификация запахов.

2.4.13. Биофизика вкуса. Вкусовые качества. Строение вкусовых клеток, проблема вкусовых рецепторных белков.

3. Рекомендуемая литература

1. Ф., М., И., А., К. Биофизика. – М.: Владос, 2000.

2. Н., Г., Я. Медицинская и биологическая физика. - М.: Дрофа, 2005.

3. Ф., М., И., А., К. Практикум по биофизике. - М.: Владос, 2001.

4. Е., А., В. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике: Учебное пособие. – 3-е изд. – М.: Дрофа, 2002.

5. П. Аналитические исследования в медицине, биологии и экологии. - М.: Высшая школа, 2003.

6. П. Электрофизиологическая и фотометрическая медицинская техника: Теория и проектирование. - М.: Высшая школа, 2002.

7. БИОЛОГИЯ: Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.

8. ГРИН Н., СТАУТ У., ТЕЙЛОР Д. Биология. - М.: Мир, 1990.

9. Ф., В. Физика и биофизика. Курс лекций. - М.: ГЭОТАРМЕД, 2004.

10. И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. - Ижевск: Ин-т компьютерных исследований, 2004.

11. М., В., С. Математическое моделирование в биофизике. Введение в теоретическую биофизику. - Ижевск: Ин-т компьютерных исследований, 2004.

12. Б. Биофизика. В 2 т. - М.: Изд-во МГУ: Наука, 1987.

13. Новейшие методы исследования биосистем. - М.: Техносфера, 2005.

4. Контрольные задания по курсу биофизики

При изучении курса биофизики студент выполняет 1 контрольную работу, в которую включены вопросы по разделам молекулярной и клеточной биофизики, а также биофизики сложных систем.

Предварительно по основным темам программы рекомендуем составить краткий конспект, который необходим для приобретения знаний о биологических объектах, физических и химических процессов, лежащих в основе функционирования биологических систем.

При выполнении контрольной работы студент должен кратко, но в то же время исчерпывающе, ответить на поставленные вопросы. В ответах следует отказаться от сплошного переписывания текста учебников.

Номер варианта контрольной работы студента складывается из двух цифр: первая – предпоследняя цифра номера зачетной книжки, вторая – последняя цифра номера зачетной книжки. Контрольные вопросы по вариантам указаны в таблице 1, которая приведена в конце методических указаний. Контрольная работа включает 2 вопроса из теоретического курса и 1 задание по решению задачи.

4.1. Контрольные вопросы

1. Макромолекула как основа организации биоструктур. Пространственная конфигурация биополимеров. Статистический характер конформации биополимеров.

2. Условия стабильности конфигурации макромолекул. Фазовые переходы. Переходы глобула-клубок. Кооперативные свойства макромолекул. Факторы стабилизации макромолекул, надмолекулярных структур и биомембран.

3. Взаимодействие макромолекул с растворителем. Состояние воды и гидрофобные взаимодействия в биоструктурах. Переходы спираль-клубок.

4. Особенности пространственной организации белков. Модели фибриллярных и глобулярных белков.

5. Особенности пространственной организации нуклеиновых кислот.

6. Мембрана как универсальный компонент биологических систем. Развитие представлений о структурной организации мембран. Характеристика мембранных белков. Характеристика мембранных липидов. Динамика структурных элементов мембраны. Белок-липидные взаимодействия. Вода как составной элемент биомембран.

7. Модельные мембранные системы. Монослой на границе раздела фаз. Бислойные мембраны. Искусственные мембраны. Липосомы.

8. Физико-химические механизмы стабилизации мембран. Особенности фазовых переходов в мембранных системах. Вращательная и трансляционная подвижность фосфолипидов, флип-флоп переходы. Подвижность мембранных белков. Влияние внешних (экологических) факторов на структурно-функциональные характеристики биомембран.

9. Транспорт неэлектролитов через мембраны. Проницаемость мембран для воды. Простая диффузия. Ограниченная диффузия. Связь проницаемости мембран с растворимостью проникающих веществ в липидах. Облегченная диффузия. Транспорт сахаров и аминокислот через мембраны с участием переносчиков. Пиноцитоз.

10. Транспорт электролитов. Электрохимический потенциал. Ионное равновесие на границе мембрана - раствор.

11. Потенциал покоя, его происхождение. Активный транспорт. Электрогенный транспорт ионов. Участие АТФаз в активном транспорте ионов через биологические мембраны.

12. Ионные каналы; теория однорядного транспорта. Ионофоры: переносчики и каналообразующие агенты. Ионная селективность мембран (термодинамический и кинетический подходы). Модель параллельно функционирующих пассивных и активных путей переноса ионов.

13. Потенциал действия. Роль ионов Na и K в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах; роль ионов Ca и Cl в генерации потенциала действия у других объектов. Кинетика изменений потоков ионов при возбуждении. Механизмы активации и инактивации каналов.

14. Распространение нервного импульса вдоль волокна. Изменение возбудимости в течение одиночного акта возбуждения. Распространение нервного импульса в безмякотных и мякотных волокнах Синаптическая передача возбуждения. Химический и электрический механизмы передачи возбуждения в синапсах. Постсинаптический потенциал. Особенности проведения возбуждения в синаптических структурах. Возбуждающие и тормозящие синапсы.

15. Механизм генерации потенциала действия кардиомиоцита. Ионные насосы миокардиальных клеток. Роль ионов Nа, К и Са в генерации потенциала действия в сердечной мышечной клетке. Фазы потенциала действия кардиомиоцита. Методы изучения процессов возбуждения кардиомиоцита.

16. Электрогенез органов: электрическая активность сердца и головного мозга.

17. Классификация термодинамических систем. Первый и второй законы термодинамики в биологии. Условие равновесия. Особенности организмов как термодинамических систем. Характеристические функции и их использование в анализе биологических процессов.

18. Изменение энтропии в открытых системах. Термодинамические условия осуществления стационарного состояния. Термодинамическое сопряжение реакций и тепловые эффекты в биологических системах.

19. Механические свойства крови. Общие физико-математические закономерности движения крови по кровеносному руслу. Пульсовые волны.

20. Периферическое кровообращение, резистивная модель. Структурный анализ движущейся крови. Динамика кровотока и энергетика эритроцитов.

21. Биофизика сократительных систем. Основные типы сократительных и подвижных систем. Молекулярные механизмы подвижности белковых компонентов сократительного аппарата мышц. Принципы преобразования энергии в механохимических системах. Термодинамические, энергетические и мощностные характеристики сократительных систем.

22. Схематическая модель дыхательной системы. Физика газообмена в легких. Диффузия газов через легочные мембраны. Перенос газов кровью. Легочные объемы и дебеты. Биомеханика дыхания. Легочная вентиляция.

23. Сенсорная рецепция. Проблема сопряжения между первичным взаимодействием внешнего стимула с рецепторным субстратом и генерацией рецепторного (генераторного) потенциала. Общие представления о структуре и функции рецепторных клеток. Место рецепторных процессов в работе сенсорных систем.

24. Биофизика зрения. Строение оптической системы глаза. Свет и его восприятие. Разрешающая способность глаза.

25. Фоторецепция. Спектральная чувствительность. Субъективные и физические характеристики цвета. Трехкомпонентная теория цветового зрения, векторное представление цвета. Понятие о колориметрических системах. Зрительные пигменты: классификация, строение, спектральные характеристики.

26. Биофизика слуха. Акустические явления и биофизика. Ухо как акустическая система. Этапы преобразования сигнала в органе слуха. Теория локализации. Гидродинамическая теория слухового восприятия. Кодирование слуха в волокнах слухового нерва. Вестибулярный аппарат, его функции.

27. Физические основы применения ультразвука в медицине.

28. Биофизические основы рецепции запаха и вкуса.

4.2. Задания по решению задач

Задание 1

1. Представьте на рисунке жидкостно-мозаичную модель мембраны, изобразите фосфолипидный бислой, белки - поверхностные и интегральные.

2. Почему плоский конденсатор можно использовать в качестве модели фосфолипидного бислоя биомембран? Полагая удельную электроемкость мембраны (емкость на единицу площади) , электрическую постоянную , диэлектрическую проницаемость , оценить расстояние между пластинами модельного конденсатора, примерно соответствующее толщине липидного бислоя.

3. 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.

Задание 2

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

2. Напишите уравнение Теорелла и дайте определение входящих в него величин. Объясните смысл использования знака "минус" в его правой части?

3. 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.

С2

С3

4. Представлен график зависимости концентрации частиц от координаты. Считая D (коэффициент диффузии) во всех точках оси ОХ одинаковым, подставить недостающие знаки "=", ">" или "<" в формулу:

_____

, (

- средняя плотность потока частиц между точками 1 и 2,

- средняя плотность потока частиц между точками 2 и 3). Расстояние между точками 1 - 2 и между точками 2 - 3 одинаково. Ответ обосновать.

Задание 3

1. 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.

2. Что такое ионные насосы? Приведите три примера и изобразите схематично механизм их работы. Какие сопряженные процессы происходят при работе ионных насосов?

Задание 4

1. Что такое потенциал покоя биомембраны? Какое его примерное значение регистрируется в эксперименте? Каков знак потенциала покоя? Нарисуйте и кратко опишите схему микроэлектродного метода измерения биопотенциалов.

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

Задание 5

1. Выведите формулу Нернста для величины потенциала покоя между поверхностями биомембраны, исходя из условия равновесия, выражающегося равенством электрохимических потенциалов внутри клетки и в межклеточной жидкости.

2. 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 ;

б) ионов Сl - внутри и снаружи клетки ;

в) ионов К+ внутри и снаружи клетки .

Какой знак имеет потенциал покоя в пункте а)? Может ли мембранный потенциал покоя иметь натриевую природу?

В каком из случаев: б) или в) получается результат, наиболее близкий к экспериментальному? Что следует из проведенного рассмотрения: различием концентраций какого типа ионов реально обусловлено существование мембранного потенциала покоя?

Задание 6

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 (е~2.71)? (Считать начальное отношение и найти, на сколько изменится мембранный потенциал покоя?). Величину считать равной 0.025 В.

в) не меняя концентраций [Na+]нар, [K+]вн и [K+]нар увеличить [Na+]вн в два раза?

Задание 7

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 концентрации [K+]вн и после него.

б) не меняя концентрации ионов калия, уменьшить [Na+]нар (при этом [Na+]вн оставить без изменений). Изобразить в одном масштабе два графика для потенциала действия: до уменьшения концентрации [Na+]нар и после него.

Задание 8

1. 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.

2. 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 ;

б) в ответ на серию возбуждающих импульсов, состоящую из 1000 импульсов частотой ?

Задание 9

Нарисуйте друг под другом четыре графика:

а) зависимость изменения мембранного потенциала () от времени ответ на внешний возбуждающий импульс, "преодолевающий" ;

б) зависимость от времени потока ионов Na+ через биомембрану в процессе возникновения потенциала действия;

в) зависимость от времени потока ионов К+ через биомембрану в процессе возникновения потенциала действия;

г) зависимость от времени суммарного тока ионов Na+ и К+ через биомембрану в процессе возникновения потенциала действия;

Чему равен общий (суммарный) ток ионов в тот момент, когда (на графике п. а) достигла максимального значения? Чему в этот момент равен ток ионов натрия, если ток ионов калия равен 5 мА. Одинаковы ли в этот момент направления этих двух потоков? Ответ обоснуйте.

Таблица 1

Контрольные вопросы и задания по вариантам*

№ п/п

Последняя цифра номера зачетной книжки