Wykłady z biofizyki

I Termodynamika

Rodzaje układów termodynamicznych. Parametry a funkcje stanu układu

termodynamicznego. Rodzaje bodzców termodynamicznych. Procesy termodynamiczne

(odwracalne, kołowe, quasistatyczne, nieodwracalne). Energia wewnetrzna i energia swobodna

Różne znaczenia entropii. Energia swobodna i procesy izotermiczno-izochoryczne. Entalpia

swobodna i procesy izotermiczno-izobaryczne. Zmiana energii swobodnej i entropii swobodnej

w procesach egzoergicznych i endoergicznych. Entropia a uporzadkowanie układu. Przykłady

różnych prac termodynamicznych.

II Termodynamika

Procesy termodynamicznie sprzeżone - termodyfuzja. Stany stacjonarne i stan

równowagi. Krażenie energii w przyrodzie. I, II i „III” zasada termodynamiki. Zwiazki wysoko

i niskoenergetyczne. Szczególna rola ATP w bioenergetyce. Założenia teorii

chemiosmotycznej. I zasada termodynamiki w procesach biologicznych. Organizm jako układ

otwarty, zmiana entropii w czasie rozwoju organizmu. Zużycie ATP w organizmie. Omów

własciwosci ATP jako idealnego przenosnika energii w organizmie. Zbilansuj zmiany w

entropii podczas zwijania sie łancucha polipeptydowego.

III Teoria informacji

Ilosciowe ujecie informacji. Jednostka informacji, srednia zawartosc informacji,

przenoszenie informacji. Sposoby kodowania informacji. Funkcje przenoszenia statyczne i

dynamiczne podczas regulacji przepływu informacji. Pojecie kodu optymalnego. Pojeciem

homeostazy. Różnice miedzy sterowaniem i regulacja przepływu informacji. Entropia a

informacja /Demon Maxwella/. Entropia wzgledna i nadmiar informacji. Sprzeżenie zwrotne,

schemat układu samoczynnie regulujacy sie. Układy oscylacyjne. Regulacja procesów

biologicznych.

IV Energia czasteczek

Dynamika czasteczek, translacje o trzech stopniach swobody. Charakterystyka widma

rotacyjnego czasteczek. Dyskretna budowa pasmowego widma czasteczek. Charakterystyka

widma oscylacyjnego czasteczek. Siły miedzyczasteczkowe /siły Van der Waalsa/. Energia

wiazania dipol - jon, dipol-dipol. Oddziaływania bliskiego i dalekiego zasiegu. Podstawy

luminescencji, reguły wyboru rzadzace przejsciami elektronów. Fluorescencja, fluorescencja

opózniona a fosforescencja. Stan elektronów walencyjnych i podatnosc na wzbudzenie.

V Osrodek wodny

Charakterystyka osrodka wodnego (struktura tetraedryczna, heksagonalna, pentagonalna,

kulista). Stała dielektryczna wody. Lepkosc i napiecie powierzchniowe wody. Podwójna

warstwa Helmholtza. Potencjał elektrokinetyczny. Potencjał przepływu. Przewodnictwo

równoważnikowe a promienie hydratacji jonów.

VI Błony lipidowe

Charakterystyka monomolekularnej warstwy lipidowej, warstwy Langmuira-Blodgetta.

Otrzymywanie podwójnych warstw lipidowych. Metody oceny grubosci błon lipidowych.

Zmiany strukturalne w warstwie lipidowej po skompleksowaniu z białkami. Własciwosci

fizykochemiczne podwójnej warstwy lipidowej i błony biologicznej. Kinetyka powstawania

domen lipidowych. Czynniki wpływajace na przepuszczalnosc błony. Czynniki wpływajace

na przejscia fazowe lipidów. Różne sposoby połaczenia białek z dwuwarstwa lipidowa.

Dyfuzja czasteczek w płaszczyznie błony. Potencjał powierzchniowy błony i skok potencjału

wewnatrz błony. Rozmieszczenie lipidów w dwuwarstwie błony – znaczenie dla reaktywnosci

błony komórkowej.

VII Transport

Rodzaje systemów transportujących substancje przez membrany biologiczne – sposób

rozróżnienia.

Dyfuzje prosta substancji przez błonę. Modele dyfuzji ułatwionej. Pompa sodowo-potasowa.

Scharakteryzuj i podaj przykłady transportu typu – uniport, symport i antyport. Kanały jonowe

Utworzone przez niektóre antybiotyki. Współdziałanie kanałów jonowych podczas wydzielania

Kwasu solnego do wnętrza żołądka. Transport wody przez błonę. Zjawisko filtracji i

Ultrafiltracji, współczynnik odbicia. Ciśnienie osmotyczne.

VIII Polaryzacja i depolaryzacja błony komórkowej

Potencjał spoczynkowy i czynnościowy błony, pompa sodowo-potasowa. Równowaga

Donnana. Równanie Goldmana. Typy kanałów sodowych. Bezpośrednie i pośrednie

bramkowanie (białka G). Przemieszczanie sie potencjału czynnościowego wzdłuż włókna – rola

kanałów sodowych. Potencjał czynnościowy mięśnia sercowego, włókna nerwowego, węzła

zatokowo-przedsionkowego. Synapsy hamujące i aktywujące.

IX Biofizyka krążenia krwi

Prawa opisujące przepływ cieczy. Prawo Poiseuille'a. Czynniki wpływające na opór

naczyniowy przepływu krwi. Lepkość krwi, akumulacja osiowa krwinek. Rodzaje

Współczynników lepkości. Powstawanie i rozchodzenie sie fali tętna. Rozkład ciśnień i

Prędkości w łożysku naczyniowym. Praca i moc serca. Ruch burzliwy krwi. Wpływ

Przyspieszenia ziemskiego na ciśnienie krwi. Fala tętna, ciśnienie tętnienia

X Biofizyka procesu słyszenia

Charakterystyka fali głosowej /równanie fali, prędkość fali/. Fala podłużna, jako fala

Ciśnień (ciśnienie akustyczne, natężenie dźwięku, gęstość energii). Granice słyszalności ucha,

Funkcje poszczególnych obszarów ucha w czasie procesu słyszenia. Analiza dźwięku w uchu

źrodkowym. Rola ślimaka w procesie słyszenia. Teoria rezonansowa Helmholtza analizy

Dźwięków. Teoria fali wędrującej Bekesy’ego. Zamiana sygnału mechanicznego na

Elektryczny w narządzie spiralnym. Rola zmysłowych wewnętrznych i zewnętrznych w analizie

dźwięku. Generacja ultradźwięków oraz ich detekcja. Współczynnik odbicia. Budowa sondy

ultradźwiękowej. Obrazy ultrasonograficzne uzyskane za pomocą głowicy rotacyjnej i liniowej.

Omów podstawy prezentacji TM. Zjawisko Dopplera – ultrasonografia dopplerowska. Pomiar

predkosci przepływu krwi za pomoca ultrasonografii dopplerowskiej. Najczestsze artefakty

obserwowane podczas badan USG. Efekty działania ultradzwieków na materiał biologiczny.

Infradzwieki i wibracje.

XI Biofizyka procesu widzenia

Powstawanie plamek dyfrakcyjnych i konstrukcja z nich obrazu. Zdolnosc rozdzielcza -

optyczna i siatkówki. Widzenie fotopowe i skotopowe. Własciwosci fotoreceptorów – widmo i

próg pobudliwosci. Zmiany zachodzace w rodopsynie pod wpływem fotonu. Rodzaje kanałów

kationowych i ich współdziałanie podczas aktywacji fotoreceptorów. Rola białek G w procesie

widzenia. Powstawanie cGMP i jego rola podczas regulacji pobudzenia fotoreceptorów.

Trójkat barw BGR. Mechanizm powstawania barw złożonych na przykładzie bieli

ekwienergetycznej. Widzenie przestrzenne.

XII Biofizyka procesu oddychania

Własciwosci spreżyste tkanki płucnej. Histereza cisnieniowo-objetosciowa płuc. Fizyczne

podstawy wymiany gazowej w płucach.

XIII Wymiana ciepła z organizmem

Termoregulacja, zakres i mechanizm działania. Wymiana ciepła miedzy organizmem a

otoczeniem. Schemat termoregulacji. Wpływ przyspieszen na organizm.

XIII Własciwosci elektryczne i magnetyczne materii.

Dielektryki, moment dipolowy, polaryzacja. Zachowanie sie dielektryka miedzy

okładkami kondensatora. Własciwosci elektryczne komórki. Dyspersja stałej dielektrycznej i

przewodnosci elektrycznej komórek. Promieniowanie ultrafioletowe, zastosowanie. Efekty

biologiczne i progi czułosci dla różnych pól elektromagnetycznych

XIV Promieniowanie jonizujace i zmiany wywołane w układach używionych

Zródła promieniowania jonizujacego - naturalne i sztuczne. Jednostki charakteryzujace

promieniowanie jonizujace. Scharakteryzuj stadia: fizyczne, fizykochemiczne, chemiczne i

biologiczne. Ilosciowa charakterystyka bezposredniego działania promieniowania.

Promienioczułosc a pojecie tarczy. Ilosciowa charakterystyka działania posredniego. Radioliza

wody. Oddziaływanie promieniowania jonizujacego z układem biologicznym. Teorie

tłumaczace działanie promieniowania jonizujacego na komórki. Biologiczne zmiatacze

wolnych rodników. Promienne uszkodzenia DNA. Aberracje chromosomowe wywołane

promieniowaniem jonizujacym. Czynniki wpływajace na promienioczułosc białek. Efekt

tlenowy przy promieniowaniu jonizujacym. Reakcje produktów radiolizy wody z aminokwasami

i białkami. Efekty towarzyszace działaniu promieniowania jonizujacego na białka. Założenia

chemicznej radioochrony.