WYKŁAD 1

1. Co to jest biofizyka i jakie stawia sobie zadania?

Biofizyka jest dziedziną naukową z pogranicza fizyki i biologii, zajmującą się badaniem procesów fizycznych związanych z funkcjonowaniem określonych obiektów żywych: organizmów, organów, tkanek, komórek. Takich procesów i przemian jak: energetyczne, zjawiska elektryczne, mechanika ruchów. Bada struktury cząsteczkowe i procesy fizyczne w komórce. Biofizyka podejmuje również próby ustalenia uniwersalnych praw biologicznych niezależnych od konkretnej formy życia.

2. Podział biofizyki ze względu na hierarchiczność układów biologicznych?

-Biofizyka organizmu

-Biofizyka organów

-Biofizyka tkanek

-Biofizyka komórek

3. Jakie są cele nauczania biofizyki w medycynie?

Znajomość biofizycznych podstaw procesów zachodzących w organizmie człowieka jak również zrozumienie fizycznych prawideł związanych z działaniem aparatury medycznej daje możliwość pełniejszego zrozumienia procesu diagnostycznego oraz mechaniki przemian zachodzących w organizmie.

4. Co to znaczy, że promieniowanie ma naturę falowo-korpuskularną? Jakie zjawiska dadzą się wytłumaczyć na gruncie falowej natury światła a jakie na gruncie natury korpuskularnej?

Oznacza to że w zależności od sytuacji, przejawia właściwości falowe (dyfrakcja, interferencja) lub korpuskularne (dobrze określona lokalizacja, pęd).

Falowa natura światła tłumaczy zjawisko dyfrakcji i interferencji zachodzące przy przejściu wiązki światła przez siatkę dyfrakcyjną.

Korpuskularna natura światła tłumaczy efekt fotoelektryczny i zjawisko Comptona.

5. Podaj przykład zjawiska tłumaczonego falową naturą materii.

Dyfrakcja światła( = ugięcie jako skutek przejścia wiązki światła przez przeszkodę), interferencja ( zjawisko nakładania się 2 lub więcej fal o tych samych częstotliwości), polaryzacja ( takie ujednolicenie wiązki  światła, że wektor natężenia pola elektrycznego ma jeden kierunek, prostopadły do kierunku wektora natężenia pola magnetycznego).

6. Co to jest fala de Broglie'a ?

Jest to fala, której ruch opisuje ruch dowolnej cząstki o pędzie

p=mV

Długość tej fali wyraża się wzorem: (lambda)λ= h/mV = h/p

Gdzie: V - szybkość tej cząstki

Koncepcja dotycząca tej fali miała potwierdzić, że dualizm korpuskularno- falowy jest właściwością nie tylko materii w postaci promieniowania elektromagnetycznego, ale dotyczy każdego rodzaju materii.

7. Podaj zasadę nieoznaczoności Heisenberga.

Zasada: Nie da się jednocześnie określić dokładnego położenia oraz pędu cząstki :

Δx * Δp > h

(wynika z tego, że  im dokładniej poznamy położnie cząstki - czyli im mniejsza wartość delta Δx, tym mniej dokładnie wyznaczymy pęd- czyli tym większe delta Δp )

8. Podaj fizyczne znaczenie kwadratu modułu funkcji falowej w równaniu Schrödingera.

Kwadrat modułu amplitudy fali odnosi się do ruchu cząstki materialnej i wyznacza prawdopodobieństwo znalezienia tej cząstki w pewnym obszarze przestrzeni. 

9. W ilu stanach elektronowych może znajdować się elektron o głównej liczbie kwantowej n=2. Podaj te stany.

n=2- która powłoka

l= n-1=>1 - który orbital

m= -1, 0, 1 - przestrzenne rozmieszczenie orbitalu

ms= - ½ , ½ - spin elektronu

Czyli może być w 6 stanach elektronowych:

1. n =2 , l= 1, m= -1, ms = - ½

2. n =2 , l= 1, m= -1, ms = ½

3. n =2 , l= 1, m= 0, ms = - ½

4. n =2 , l= 1, m= 0, ms = ½

5. n =2 , l= 1, m= 1, ms = - ½

6. n =2 , l= 1, m= 1, ms = ½

10. Od czego zależy energia poziomu w przypadku atomu wodoru, a od czego w przypadku atomów wieloelektronowych?

W atomach wieloelektronowych podstawowe poziomy energetyczne są zdegenerowane, tzn. energia poziomu zależy nie tylko od liczny "n", ale też od pobocznej liczby kwantowej "l" inaczej niż w atomie wodoru.

11. Co to jest orbital wiążący, a co antywiążący?

Orbital wiążący - przestrzeń, gdzie prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest największa, sumaryczna energia orbitalu jest mniejsza niż 2 orbitali.

Orbital antywiążący - przestrzeń, gdzie prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest najmniejsza; sumaryczna energia orbitalu jest większa niż 2 orbitali.

12. Czym się różni wiązanie sigma od pi?

Wiązanie sigma	Wiązanie pi
orbitale nakładają się czołowo przenikają się orbitale typu „s” i „p	orbitale nakładają się bocznie przenikają się tylko orbitale „p”

WYKŁAD 2

1. Jaki charakter mają  oddziaływania van der Waalsa i jak się dzielą?

- są zaliczane do oddziaływań  międzycząsteczkowych

- są to oddziaływania dyspersyjne

- mają charakter elektrostatyczny i biorą się z oddziaływań pomiędzy dipolami elektrycznymi generowanymi przez cząsteczki. 

Dzielą Się na 3 grupy oddziaływań:

- dipol trwały -  dipol trwały (siły Keesoma)

- dipol trwały -  dipol indukowany (siły Debay'a)

- dipol indukowany -  dipol indukowany (siły dyspersyjne Londona)

2. Co to jest trwały moment dipolowy? Jaka jest jego miara (wzór)?

Trwały moment dipolowy oznacza permanentną separację ładunków. Jego miarą jest iloczyn i odległość.
Wzór: µ=q*l (wszystko z wektorami) 

3. Wyjaśnij istotę sił dyspersyjnych Londona i podaj przykład ich działania.

Siły dyspersyjne Londona powstają  wskutek periodycznych zmian gęstości elektronów w cząsteczkach. Dlatego chwilowe asymetrie rozkładu ładunku wytwarzają się  nawet w cząsteczkach dla których uśredniony w czasie rozkład elektronów jest symetryczny (np. w cząsteczce wodoru). Powstają małe momenty dipolowe o zmiennej orientacji. Momenty te mogą oddziaływać  na sąsiednie powłoki elektronowe powodując efekt indukcyjny. Przyciąganie się takich chwilowych momentów daje oddziaływanie dyspersyjne.

Oddziaływanie dyspersyjne zwane jest również oddziaływaniem elektrokinetycznym.

Odgrywają bardzo dużą rolę w enzymach

Są one wynikiem tworzenia dipoli elementarnych wskutek ruchu elektronów wokół jądra.

4. Podaj trzy przykłady działania wiązania wodorowego.

- wiązania wodorowe odpowiadają  za strukturę nadmolekularną aromatycznego poliamidu zwanego ker larem, który posiada stosunek wytrzymałości 5 razy mocniejszy od stali i jest używany do wytwarzania takich elementów ochrony osobistej jak hełmy czy kamizelki kuloodporne.
- wiązania wodorowe odpowiedzialne są za utworzenie podwójnej spirali DNA, a więc za mechanizm powielania informacji

- wiązania wodorowe mogą  stosunkowo szybko powstawać i zanikać co ma znaczenie w reakcjach biochemicznych, które zachodzą w temp. pokojowej.

- odpowiedzialne są za asocjację wody

5. Co to jest oddziaływanie typu charge transfer?

Jest to przeniesienie ładunku

6. Podaj prawo Bernoullego

Założenia:

- ciecz jest nieściśliwa

- ciecz nie jest lepka

- przepływ jest stacjonarny i bezwirowy

Ciśnienie statyczne jest takie samo w różnych punktach przewodu naczyniowego o różnym przekroju. W przewodzie naczyniowym o różnych przekrojach ciśnienie statyczne jest większe w przekroju o większym polu.

7. Co to jest lepkość? Wzór na współczynnik lepkości.

Lepkość - miara tarcia wewnętrznego cieczy podczas jej przepływu

ŋ=(F*∆x)/(S*∆v)

8. Co to jest krzywa płynięcia?

Jest to wykres zależności naprężeń stycznych od szybkości ścinania

9. Narysuj krzywe płynięcia cieczy Newtonowskiej i cieczy pseudoplastycznej.

Krzywe płynięcia cieczy Newtonowskiej

Krzywa płynięcia cieczy newtonowskiej jest zależnością naprężenia stycznego τ i szybkości ścinania jest linią prostą o nachyleniu η.

Cieczy Pseudoplastyczne

10. Podaj zmodyfikowane o kąt θ równanie Laplace`a - Younga opisujące efekty kapilarne. Narysuj i wytłumacz dwa przypadki : wzniesienia kapilarnego dla kąta zwilżenia 0^o < θ < 90^o (A) oraz obniżenia kapilarnego dla kąta zwilżenia 90^o<θ < 180 ^o(B).

Równanie Laplace`a - Younga.

∆p = 2σ / R = 2σ cos φ / r

r = R cos φ

Kąta zwilżenia 0^o < θ < 90 ^o

Kąta zwilżenia 90 ^o < θ < 180 ^o

11. Jakie znasz szczególne właściwości fizyczne wody?

- wysoka temperatura wrzenia i topnienia

- wysoka wartość ciepła właściwego i molowego

- wysoka wartość ciepła topnienia i parowania

- duża wartość napięcia powierzchniowego

- duża wartość przenikalności elektrycznej

12. Omów pokrótce strukturalny model Nemethy - Scheraga ciekłej wody.

Model ten przyjmuje że woda składa się z obszarów groniastych, zwanych cluster, w których cząsteczki są powiązane mostkami wodorowymi. Przestrzeń miedzy nimi wypełniona jest niepowiązanymi wodorowo cząsteczkami wody.

WYKŁAD 3

1. Jaka jest różnica między fenomenologicznym, a statystycznym podejściem do termodynamiki?

Podejście fenomenologiczne (albo inaczej makroskopowe), oparte na założeniu ciągłości ośrodków materialnych tzn. pomijające ich budowę atomową. W tym przypadku interesuje nas wyłącznie stan układu jako całości, czyli stan, który jest opisany pewnymi dającymi się mierzyć parametrami makroskopowymi takimi parametrami mogą być np. temperatura, objętość, gęstość, ciśnienie, ciepło właściwe, energia wewnętrzna itp. Fenomenologicznym opisem układów wielu cząstek, a więc badaniem związków pomiędzy parametrami makroskopowymi opisującymi układ jako całość, bez wnikania w mikroskopową budowę materii, zajmuje się dział fizyki zwany termodynamiką fenomenologiczną

Drugie sposób to podejście mikroskopowe, w którym z góry zakłada się atomową lub cząsteczkową budowę materii. Podstawowymi prawami są w tym przypadku prawa mechaniki, ale stosowane statystycznie. Działem fizyki reprezentującym tego rodzaju podejście jest fizyka statystyczna. Przedmiotem badań fizyki statystycznej jest obliczanie średnich wartości parametrów mikroskopowych układu (np. <v>, <v²>, <E_k>) oraz określanie związków pomiędzy parametrami mikroskopowymi oraz mierzalnymi parametrami makroskopowymi

2. Wymień i scharakteryzuj rodzaje układów termodynamicznych w zależności od włąciwego brzegu.

Układ izolowany- nie ma miejsca ani wymiana materii ani energii z otoczeniem

Układ zamknięty- możliwa wymiana energii, zabroniona zaś wymiana materii

Układ otwarty- możliwa wymiana materii i energii z otoczeniem

3. Czym się różnią intensywne parametry termodynamiczne od parametrów ekstensywnych? (wymień po trzy w każdej grupie)

Parametry intensywne nie zależą od rozmiaru układu a ich wartości nie są addytywne np. Temperatura, ciśnienie, entalpia molowa.

Parametry ekstensywne zależą od rozmiaru układu a ich wartości są addytywne np. Masa, Energia wewnętrzna, objętość, entropia układu

4. Na czym polega różnica między procesami odwracalnymi, a nieodwracalnymi?

Proces odwracalny- proces, który może w każdym dowolnym momencie zachodzić zarówno z od A do B jak i od B do A. Proces ten nie pozostawia zmian w otoczeniu wracając do punktu wyjściowego

Proces nieodwracalny- po przejściu od A do B powrót od B do A albo w ogóle nie możliwy albo możliwy jedynie kosztem zmian w otoczeniu

5. Podaj definicję energii wewnętrznej układu

Energią wewnętrzną(U) układu nazywamy sumę wszystkich rodzajów energii tego układu.

-energii kinetycznej(Np. energii ruchu translacyjnego, rotacyjnego cząsteczek, oscylacyjnego grup i atomów)

-energii potencjalnej(Np. energii elektronów, wiązań chemicznych, oddziaływań, energii jądra atomowego)

6. Podaj i zdefiniuj jednostkę energii w układzie SI. Podaj trzy inne jednostki energii.

Jednostką energii w układzie przy przesunięciu SI jest dżul (1J).Jeden dżul to praca wykonana przez siłę o wartości 1 N na odcinku 1 m.

Inne jednostki energii:

-kaloria(cal)

-elektronowolt(eV)

-erg (erg)

7. Sformułuj pierwszą zasadę termodynamiki.

We wszystkich procesach zachodzących w układach zamkniętych energia zostaje niezmieniona

8. Czym są praca i ciepło?

Praca i ciepło są sposobami przekazywania energii

9. Podaj prawo Hessa i zilustruj je reakcjami spalania węgla.

Prawo Hessa:

Zmiana entalpii reakcji nie zależy od sposobu jej prowadzenia, a tylko od stanu początkowego i końcowego reagentów

Reakcja spalania węgla:

Jednoetapowe:

C+O2=CO2 deltaH= -393,56 kJ/mol

Dwuetapowe:

C+1/2O2=CO deltaH= -108,86 kJ/mol

CO+1/2O2=CO2 deltaH= -284,7 kJ/mol

suma: deltaH= -393,56 kJ/mol

10. Omów specyfikę układów biologicznych w kontekście I zasady.

Z utleniania substancji otrzymujemy energię ⌂ H, dzięki czemu organizm może wykonać pracę wewnętrzną Wi oraz zewnętrzną We. Praca zewnętrzna jest równa pracy wykonywanej przez mięśnie. Praca wewnętrzna to liczne czynności tj: procesy chemiczne, prace związane z krążeniem, oddychaniem, trawieniem itd. Praca wewnętrzna wiąże się też z pokonywaniem oporów i zamienia się w ciepło Wi=Q zwane ciepłem metabolizmu.

Bilans energii wyrażamy: ⌂H= We+Q

Jeżeli organizm nie wykonuje pracy zewnętrznej, to cała energia jest równa ciepłu produkowanemu w organizmie ⌂H=Q. Aby uniknąć przegrzania ciepło musi być oddane do otoczenia. Organizm ma stałą temperaturę gdy moc wytwarzana P=⌂H/t będzie równa ilości ciepła oddawanego w jednostce czasu P=Q/t=⌂H/t

11. W procesach biologicznych co nazywamy pracą zewnętrzną, a co pracą wewnętrzną?

Praca zewnętrzna We jest równa pracy wykonywanej kosztem wysiłku mięśniowego np. przy podnoszeniu ciężaru

Praca wewnętrzna to wielorakie czynności zachodzące w organizmie: procesy chemiczne, prace związane z transportem przeciw gradientowi stężeniowym, z trawieniem, z oddychaniem itd.

12. Co to jest podstawowa prędkość metabolizmu?

Miarą prędkości metabolizmu zachodzącej w organizmie jest ilość energii produkowanej przez organizm w jednostce czasu, czyli jego moc. Jednostką w układzie SI jest 1 W(watt) lub często stosowana jednostka to kcal/24 h

WYKŁAD 4

1. Podaj fenomenologiczną interpretację entropii dla procesów odwracalnych i nieodwracalnych.

W procesach odwracalnych dodanie do układu energii cieplnej zwiększa nieporządek w tym układzie, a entropia będąca miarą tego nieporządku, wzrasta. W im wyższej temperaturze ma to miejsce tym mniejszy jest wzrost entropii: ΔS=ΔSe=Qe/T

W procesach nieodwracalnych zmiana entropii jest sumą zmian wynikających z wymiany ciepła z otoczeniem ΔSe oraz zmian wynikających z nieodwracalności procesu ΔSi:

ΔS=ΔSe + ΔSi

2. Dla układu izolowanego, jaka jest zmiana entropii w procesach odwracalnych, a jaka w nieodwracalnych?

Zmiana entropii dla układu izolowanego Qe=0

Proces odwracalny: ΔS= ΔSi=0 S=const.

Proces nieodwracalny: ΔS= ΔSi > 0 ΔS= ΔS2 - S1

Czyli:

ΔS ≥ 0

3. Co to jest stan stacjonarny?

W przypadku gdy ΔSe= - ΔSi Mamy wtedy ΔS=0, S=const. Stan taki nazywamy stanem stacjonarnym.

4. Podaj dwa przykłady rozpraszania energii:

-gorące żelazko stygnie na powietrzu

- woda spontanicznie spływa w dół wodospadu

- podpalone drzewo płonie w kontakcie z tlenem

- zainicjowana iskrą mieszanina benzyny i powietrza eksploduje w cylindrze silnika tłokowego

5. Do czego służą bariery aktywacyjne?

Bariery aktywacyjne nie pozwalają na samorzutne rozpoczęcie procesu. Do jego inicjacji potrzebne jest dostarczenie energii (np. iskra w silniku tłokowym)

6. Co to są enzymy i jaki jest ich związek z aktywacją reakcji?

Enzymy- wyspecjalizowane białka pełniące funkcję katalizatorów w reakcjach biochemicznych.

Enzymy umożliwiają łatwiejszą aktywację reakcji, przez obniżenie energii aktywacji reakcji.

7. Sformułuj 2 zasadę termodynamiki:

1. W układach izolowanych zachodzą jedynie te procesy, które związane są ze wzrostem entropii.

2. W układach otwartych i procesach rzeczywistych całkowita entropia układu i otoczenie zawsze wzrasta.

8. Dlaczego reakcja fotosyntezy nie stanowi zaprzeczenia 2 zasady termodynamiki?

Reakcja fotosyntezy zachodzi w liściach roślin, które nie stanowią układu izolowanego. Wydajność fotosyntezy wynosi ok. 30% (i taka część energii świetlnej przyczynia się do spadku entropii, reszta zostaje rozproszona w otoczeniu).

Wynika z tego, że sumaryczna zmiana entropii układu i otoczenia pozostaje dodatnia
(70-30= +40!), a układ wraz z otoczeniem charakteryzuje wzrost entropii ( zgodnie z 2 zasadą termodynamiki ;)

9. Podaj wzór Bolzmana na statystyczną interpretację entropii. Co to jest prawdopodobieństwo termodynamiczne i jak się ma ono do prawdopodobieństwa matematycznego?

Zależność między entropią a prawdopodobieństwem termodynamicznym :

S=K*ln*W

S-Entropia

K- Stała Boltzmanna=R/NA =1,380622 * 10^-23 J/K

W-Praca

Jak każda funkcja stanu entropia jest ekstensywnym parametrem termodynamicznym, a jej wartości są addytywne. Prawdopodobieństwo termodynamiczne nie spełnia postulatu addytywności, ale spełnia ten postulat ten postulat jego logarytm:

Jeżeli: W=W1W2 to lnW=lnW1 + ln W2

Prawdopodobieństwo termodynamiczne-Stan układu określany przez parametry makroskopowe, jak temperatura, ciśnienie, energia wewnętrzna itd. nazywamy makrostanem. Stan układu wyznaczony przez określenie stanów wszystkich cząsteczek wchodzących w jego skład nazywamy mikrostanem. Liczba możliwych mikrostanów odpowiadających danemu makrostanowi jest na ogół ogromna, analiza nasza będzie więc mieć charakter statystyczny. Liczba mikrostanów odpowiadających danemu makrostanowi nazywa się prawdopodobieństwem termodynamicznym

10. Jakie są źródła obniżania entropii całej biosfery, a jakie pojedynczego organizmu?

W całej biosferze	U organizmów żywych
Różnica temperatur „gorących” fotonów absorbowanych przez biosferę i emitowanych „zimnych do wszechświata jest źródłem obniżenia entropii biosfery	-Oddaje entropię dSe''<0 wraz ze zdegradowanymi produktami przemiany materii oraz wydzielanym ciepłem -pobiera ujemną entropię z otaczającego go środowiska czyli odżywia się. W metabolizmie istotne jest żeby organizm uwolnił się od całej entropii, którą w ciągu swego życia wyprodukował

11. Co to jest demon Maxwella?

Demon Maxwella „Ciepło nie może samorzutnie przepływać od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej ”.

Jedną z konsekwencji II zasady termodynamiki jest fakt, że lodówka wytwarzająca różnicę temperatur wymaga do swojego funkcjonowania nakładu pracy- strat energii.

Demon Maxwella wytwarza różnicę temperatur bez wykonywania pracy - stoi w jawnej sprzeczności z II zasadą termodynamiki. W procesie wymiany ciepła między cieplejszym a chłodniejszym ciałem, entropia zimnego ciała rośnie szybciej, niż zmniejsza się entropia ciała ciepłego. Entropia Wszechświata rośnie.

Demon sortując molekuły, podtrzymuje strumień ciepła z części lewej do prawej, nawet gdy część prawa jest gorętsza niż lewa. Dlatego obniża on entropię części lewej o wartość wyższą niż ta, o którą zwiększa entropię w części prawej.

Demon obniża entropię Wszechświata

Entropia ujemna = informacja

12. Skąd się bierze we Wszechświecie entropia negatywna?

Negatywna entropia (negentropia) odpowiada za pozostawanie żywych organizmów w stanie dalekim od równowagi z otoczeniem i pozwala uniknąć postępu w kierunku chaosu. W stanie równowagi termodynamicznej z otoczeniem dochodzi do śmierci żywego organizmu, gdyż równowaga określa niemożliwość przepływu energii do organizmu żywego, który tę musi stale uzupełniać, ale rozkład nie jest już stanem równowagi termodynamicznej. W przyrodzie występują obok siebie procesy zmierzające w kierunku chaosu, jak i procesy przeciwne- spontanicznego wzrostu i samoporządkowania. Te dwa rodzaje procesów (wzrostu i rozkładu, życia i śmierci) są ze sobą nierozerwalnie połączone.

W publikacji swej Schrödinger nie podaje czym jest negentropia, wyjaśnia to później, ale nie dokładnie, co, w dalszym ciągu wywołuje dyskusje. Fizycy interpretując pracę, a także notę do pracy, skłaniają się ku temu, że negentropia to maksymalna energia jaką organizm może przekształcić w pracę zwaną entalpią swobodną, lub funkcją Gibasa, co jest bardzo wątpliwą koncepcją, gdyż ten potencjał termodynamiczny jest różny od zera jedynie wtedy, gdy uwzględnić potencjały chemiczne, czyli przepływ cząstek z układu do układu, co również można zrównoważyć- innymi słowy, jest co najwyżej równy zeru (!).

WYKŁAD 5

1. Co to jest potencjał chemiczny?

Potencjał chemiczny (składnika), µ_i, cząstkowa molowa entalpia swobodna składnika i w temperaturze T, pod ciśnieniem p, µ_i=(δG/δn_i)_{T, p, k}, gdzie: G - entalpia swobodna układu, n_i - liczba moli składnika i, k - różne od i składniki układu, nie ulegające zmianie.

Potencjał chemiczny jest wielkością intensywną, tzn. niezależną od masy substancji. Jednostką potencjału chemicznego jest [J·mol^-1].

2.Co nazywamy dyfuzją, a co osmozą?

Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka.

Osmoza - dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. Osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów.

W kontekście osmozy roztwór z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, tego w którym przybywa nazywa się hipertonicznym. Gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej, mówi się że są wzajemnie izotoniczne względem siebie.

3.Podaj prawo Ficka

Pierwsze prawo Ficka:Ilość substancji dyfundującej w czasie t przez określoną powierzchnię prostopadłą do kierunku dyfuzji, jest proporcjonalne do pola powierzchni S, gradientu stężeń i czasu.
Drugie prawo Ficka: Szybkość dyfuzji gazów przez błonę przepuszczalną przy określonym ciśnieniu jest proporcjonalna do rozpuszczalności gazu w cieczy i odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z ciężaru cząsteczkowego danego gazu.

4.Podaj wzór na transport dyfuzyjny przez błony biologiczne.

Zmiana potencjału termodynamicznego w wyniku transportu 1 mola substancji od stężenia c₁ do c₂ wynosi:

∆G⁰ =RT ln(C₁/C₂)

R- stała gazowa

T- temperatura [K]

5. Skąd się bierze ciśnienie osmotyczne?

Ciśnienie osmotyczne, ciśnienie, jakie musi panować w naczyniu z roztworem oddzielonym błoną półprzepuszczalną od czystego rozpuszczalnika, aby rozpuszczalnik nie wsiąkł do roztworu, lub w naczyniu, w którym jest membrana półprzepuszczalna oddzielająca substancje o różnych stężeniach. Przyczyną pojawienia się go jest różnica stężeń związków chemicznych, lub jonów, po obu stronach błony i dążenie układu do ich wyrównania.

6. Co to jest ogniwo stężeniowe? Wzór Nernsta.

Ogniwa stężeniowe są zbudowane z dwóch identycznych elektrod, zanurzonych w dwóch roztworach tego samego elektrolitu, różniących się aktywnością. Źródłem SEM ogniw stężeniowych jest praca przeniesienia elektrolitu z roztworu o wyższej aktywności do roztworu o niższej aktywności.

Wzór Nernsta

E=E⁰± (RT/nF)ln([utl]/[red]) nie umiem robić ułamków w word, więc tam gdzie nawias to chodzi, że to jest razem w ułamku

E- potencjał półogniwa

E^0- potencjał standardowy półogniwa

R- stała gazowa R=8,31 J/mol*K

T- temperatura w skali bezwzględnej (w kalwinach)

n- liczba elektronów biorących udział w reakcji elektronowej

F- stała Faradaya F=96500 C/mol

[utl]- stężenie formy utlenionej pierwiastka występującego w półogniwie

[red]- stężenie formy zredukowanej pierwiastka występującego w półogniwie

ln- logarytm naturalny

7. Jaka jest różnica między transportem aktywnym i biernym?

Transport bierny	Transport aktywny
Bez nakładu energii Na skutek np.różnicy stężeń dyfuzja prosta- opisywana równaniem Ficka b) dyfuzja nośnikowa- cząstki przenikają przez błonę po utworzeniu kompleksu z nośnikiem osmoza	Wymaga nakładu energetycznego, źródłem energii jest np. hydroliza ATP Zachodzi przy udziale białek transportowych Wbrew gradientowi stężeń (na ogół z niższego do wyższego) Np. pompa sodowo-potasowa

8. W jaki sposób zbudowane są lipidy i w jaki sposób wpływają na właściwości błony komórkowej?

Lipidy dzieli się na: właściwe, woski i złożone. Lipidy- związki zawierające kwasy tłuszczowe połączone wiązaniami estrowymi z glicerolem (lub rzadziej z innymi substancjami, typu złożonych alkoholi). Ponadto tłuszcze złożone mogą zawierać reszty kwasu fosforanowego, zasady azotowe, cukry i inne.

Węglowodorowe łańcuchy kwasów tłuszczowych nadają lipidom charakter hydrofobowy. Tłuszcze nie rozpuszczają się w wodzie. Z drugiej strony Polarne grupy tłuszczów złożonych (reszty fosforanowe, zjonizowane zasady azotowe) są grupami hydrofilnymi i ich kontakt z wodą jest energetycznie korzystny.

Z tego powodu cząsteczki lipidów złożonych mają charakter amfifilny- dwoisty w stosunku do wody.

Zarówno błona komórkowa, jak i błony plazmatyczne organelli tworzone są głownie przez glicerofosfolipidy.

„Mozaikowo-ciekły” model struktury błon biologicznych: błona składa się z dwuwarstwowej, półciekłej, fosfolipidowej matrycy, w której poszczególne cząsteczki są w określonych granicach ruchome i mogą się odchylać, nadając błonie elastyczność i dużą oporność elektryczną.

Błona biologiczna to forma dwuwarstwy lipidowej. Gdy glicerofosfolipidy znajdą się w środowisku wodnym. Wtedy polarne główki lipidów ułożą się w kieruku polarnego wodnego środowiska, natomiast hydrofobowe ogonki będą się zbierać razem, by zminimalizować kontakt z wodą. W rezultacie utworzy się pecherzyk. Zależnie od stężenia krytycznego lipidów mogą powstać micele, liposomy, a nawet dwuwarstwa, (obserwuje się także inne agregaty, co stanowi część polimorfizmu amfifilowych właściwości lipidów). Micele i dwuwarstwy tworzą się w polarnym medium w procesie znanym jako efekt hydrofobowy.

9. Jaki jest wpływ ciśnienia hydrostatycznego na całkowite ciśnienie krwi?

Ciśnienie hydrostatyczne krwi dla człowieka stojącego powoduje wzrośnie ciśnienia krwi wraz z odległością od serca w dół i spadek wraz ze wzrostem odległości w górę, przy czym przyjmuje się, że w okolicy korony serca ciśnienie hydrostatyczne przyjmuje wartość 0.

Dla człowieka leżącego ciśnienie hydrostatyczne pozostaje bez wpływu na ciśnienie krwi.

10. W jakich elementach układu krążenia liniowa prędkość przepływu krwi jest najmniejsza? Dlaczego najmniejsza w tych elementach? W jakim celu jest najmniejsza właśnie w tych elementach?

Prędkość przepływu krwi najmniejsza jest w naczyniach włosowatych (kapilarach).

Zwolniony przepływ występuje w związku ze zwiększoną siłą tarcia w naczyniach o małym przekroju.

11. Podaj zwięzły opis dwóch rodzajów transportu aktywnego.

Transport aktywny, na ogół transport ze środowiska o mniejszym stężeniu do środowiska o wyższym stężeniu.

a) Transport aktywny pierwotny: gdy energia do transportu danej cząsteczki jest równa energii potrzebnej do wytwarzania nowych wiązań kowalencyjnych w nośniku.

b) Transport aktywny wspomagany: gdzie aktywnie transportowana pierwsza substancja tworzy gradient potencjału elektrochemicznego, który warunkuje transport drugiej innej substancji.

c) Translokacja grupowa: gdy energia do transportu danej cząsteczki równa jest energii potrzebnej do wytworzenia nowych wiązań kowalencyjnych w transportowanej cząsteczce.

12. Co to jest ATP? Jaka jest jego funkcja w procesach biochemicznych jak jest ona realizowana?

ATP- Adenozynotrifosforan. Nukleozydotrifosforan. związek makroergiczny, ma duże znaczenie w przemianie materii, uniwersalny nośnik energii.

Cząstka ATP składa się z zasady organicznej adeniny i elementu bogatego w energię- układ reszt fosforanowych, w których ujawnia się ujemny charakter atomów tlenu, oraz cząstkowy dodatni ładunek atomów fosforu. Zawiera w cząsteczce dwa wiązania makroergiczne między końcowymi resztami fosforanowymi, których kolejne odłączanie wyzwala odpowiednio 33,5 i 27,2 kJ/mol.

Reakcje te biegną zgodnie z uproszczonym równaniem

ATP oraz produkty jego rozkładu tworzą tzw. system adenylanowy uczestniczący w przekształcaniu i magazynowaniu energii i w razie potrzeby stanowiący jej źródło dla procesów komórkowych.

Rola ATP polega na magazynowaniu energii uzyskiwanej z reakcji katabolicznych i na „napędzaniu” przy jej udziale reakcji endoergicznych sprzężonych z rozkładem tych substancji makroergicznych. Bierze udział w aktywacji i przenoszeniu licznych, ważnych grup, co jest określane jako eprzeżenie energetyczne.

Jeden z wielu w organizmie związków, z którego czerpie on energię do życia i jego przejawów. Wszystkie procesy energetyczne służą, w końcowym rozrachunku, do tworzenia ATP lub jego redukcji. Związek ten nie jest magazynowany, tylko tworzony na bieżąco. Ostatnie badania wskazują na funkcje puryn adeninowych pojawiających się w przestrzeni ektocelularnej jako zewnątrzkomórkowych cząsteczek sygnalizacyjnych aktywujących receptory purynowe.

ATP natomiast bierze udział w regulacji ciśnienia krwi oddziałując na receptory P2OOO oraz P2Ysa. Efekt działania adenozynotrójfosforanu zależny jest od umiejscowienia tych receptorów. Głównymi mechanizmami uwalniania e-puryn jest egzocytoza oraz transport przez transbłonowe transportery i białka transportujące.

13)Opisz działanie pompy sodowo-potasowej.

Pompa sodowo-potasowa działa na zasadzie antyportu tzn. że przemieszczaniu jeden substancji ze środowiska do komórki towarzyszy jednoczesne usuwanie z komórki innego związku.

Pompa sodowo-potasowa zużywa ATP. Kosztem hydrolizy ATP pompa aktywnie przerzuca jony wbrew gradientowi stężen. W wyniku hydrolizy 1 cząsteczki ATP i obrotu pompy 3 jony Na+ są wydalane na zewnątrz a 2 jony K+ są przerzucane do cytoplazmy. Po wewnętrznej stronie błony komórkowej jony sodowe wiążą się z podjednostką Y enzymu transportującego, wytwarza się kompleks Na+Y, ten kompleks jest przenoszony (dyfunduje) do zewnętrznej części błony i tam ulega dysocjacji czyli rozdzieleniu. Jony sodowe są wyrzucane poza komórkę, a podjednostka Y enzymu przekształca się w podjednostkę X, która ma większe powinowactwo do jonów potasowych, tworzy się kompleks XK+, ten kompleks znowu dyfunduje (przemieszcza się) do warstwy wewnętrznej błony. W tym miejscu kompleks XK+ ulega rozpadowi, jony potasowe są wyrzucane do wnętrza komórki, a podjednostka X przy udziale energii metabolicznej zmienia swoją konformację stając się podjednostką Y, która wykazuje zwiększone powinowactwo do jonów sodowych.

14)Skąd się bierze potencjał błonowy?

Napięcie jest wytwarzane katabolicznie pompą sodowo-potasową, anabolicznie foto- lub chemosyntetycznym transportem elektronów oraz innymi mniej typowymi procesami.

WYKŁAD 6

1)Co to jest potencjał spoczynkowy a co czynnościowy?

Potencjał spoczynkowy to różnica potencjałów (napięcie) między obiema stronami błony plazmatycznej niepobudzonej komórki pobudliwej.

Potencjał czynnościowy przejściowa zmiana potencjału błonowego komórki, związana z przekazywaniem informacji. Bodźcem do powstania potencjału czynnościowego jest zmiana potencjału elektrycznego w środowisku zewnętrznym komórki.

2.JAKĄ ROLĘ W POWSTANIU POTENCJAŁU CZYNNOŚCIOWEGO ODGRYWAJĄ JONY SODU A JAKĄ JONY POTASU?

Napływ do wnętrza kom jonów Na+ powoduje w fazie depolaryzacji wzrost potencjału błony

Wpływ jonów K+ powoduje zmniejszenie się potencjału błony. Potencjał błony powraca do wartości spoczynkowej kiedy całkowicie ustanie prąd potasowy.

3.PODAJ FUNKCJĘ KOMÓREK GLEJOWYCH

Biorą udział w syntezie niektórych neuroprzekaźników

Biorą udział w procesach związanych z wydzielaniem i wychwytywaniem neuroprzekaźników

Tworzą osłonki mielinowe aksonów

Uczestniczą w odżywianiu neuronów

Pełnia funkcje obronne

4.Z JAKICH GŁÓWNYCH ELEMENTÓW SKŁADA SIĘ NEURON I JAKIE SĄ ICH FUNKCJE.

Jądro- zachodzą procesy kluczowe

Dendryt- wychwytuje impuls elektryczny

Synapsa- umożliwia przejście impulsu z jednej kom na drugą

Akson- za jego pośrednictwem neuron wysyła sygnał

Wzgórek aksonu- stąd jest wysyłany sygnał wyjściowy, który wędruje dalej poprzez akson

Osłonka mielinowa- warstwa lipidowo- białkowa o dużej oporności elektrycznej

Przewężenie Ranviera- miejsce w którym oporność osłonki znacznie spada

5.NA CZYM POLEGA PRZEKAZYWANIE INF W UKŁ NERWOWYM

Polega na przemieszczaniu się wzdłuż neuronu impulsów elektrycznego potencjału błonowego ( tzw. Potencjału czynnościowego) oraz przekazywaniu tych impulsów z neuronu na neuron za pomocą połączenia synaptycznego typu elektrycznego lub chemicznego.

6. Co to jest okres refrakcji bezwzględnej a co refrakcji względnej?

Okres refrakcji bezwzględnej-( wynosi 1ms) okres w którym nie jest możliwe wywołanie następnego potencjału czynnościowego. Ogranicza max częstotliwość impulsów we włóknach nerwowych do ok. 1kHz.

Okres refrakcji względnej- okres ,w którym wywołanie następnego potencjału czynnościowego jest możliwe przy wyższym progu pobudliwości

7. Dlaczego max. częstotliwość impulsów we włóknach nerwowych ograniczona jest do 1000Hz?

Ponieważ okres refrakcji bezwzględnej wynosi około 1ms i nie jest wtedy możliwe wywołanie następnego potencjału czynnościowego.

8. Opisz przemieszczanie się sygnału na synapsie chemicznej.

Potencjał czynnościowy dochodząc do zakończenia aksonu powoduje otwarcie kanałów jonowych wprowadzających jony wapnia. Jony wapnia powodują migrację pęcherzyków presynaptycznych zawierających mediator( neuroprzekaźnik: acetylocholina, noradrenalina, dopamina, serotonina, kwas γ-aminomasłowy). Pęcherzyki uwalniają mediator do szczeliny synaptycznej. Mediator wypełnia szczelinę i część jego cząsteczek łączy się z receptorami na błonie postsynaptycznej. Połączenie mediatora z receptorami powoduje otwarcie się kanałów sodowych a więc depolaryzację błony postsynaptycznej. Jeżeli ta depolaryzacja osiągnie wartość progową, to otwierają się kolejne kanały dla sodu i pojawia się potencjał czynnościowy i fala przechodząca przez cały neuron.

9. Opisz proces sumowania w przestrzeni

Na każdym z dendrytów jest wiele synaps. Każda synapsa stanowi jedno wejście informacyjne. Do wzgórka aksonu docierają impulsy z wielu synaps. Jeśli z różnych dendrytów docierają w jakimś momencie podprogowe potencjały depolaryzacyjne, każdy z nich z osobna nie wywołuje potencjału czynnościowego we wzgórku aksonu. Ich łączny efekt natomiast może to spowodować. Potencjał na wzgórku jest sumą ważoną poszczególnych wejść. Max. częstotliwość 1000Hz.

10. Opisz proces sumowania w czasie

Gdy pojedynczy impuls nerwowy dociera do synapsy, powoduje on wydzielenie do szczeliny synaptycznej porcji mediatora, który oddziałuje na błonę postsynaptyczną, wywołując jej depolaryzację. W ciągu kilku milisekund mediator ten jest następnie usuwany ze szczeliny synaptycznej. W większości synaps depolaryzacja wywołana przez pojedynczy impuls nie wystarcza do wywołania potencjału czynnościowego we wzgórku aksonu neuronu. Jeśli impulsy będą się powtarzały z odpowiednia częstotliwością, to zwiększy się ilość mediatora w szczelinie i depolaryzacja przekroczy wartość progową, w wyniku czego wytworzony zostanie potencjał czynnościowy.

11. Podaj właściwości neuronu elementarnego

a) ma liczne wejścia i tylko jedno wyjście; przekazywanie informacji jest jednokierunkowe,

b) wejścia mogą mieć charakter hamujący lub pobudzający,

c) wykazując elementarną aktywność impulsową (numeryczną), na poziomie generowanych częstotliwości zarówno wejścia jak i wyjście mają charakter analogowy(ciągły).

d) poszczególne wejścia charakteryzują się różnymi wagami oddziaływania

e) częstotliwość na wyjściu jest nieliniową funkcją sumy ważonej wejść

f) wyjście staje się aktywne po przekroczeniu wartości progowej, a odpowiedź pojawia się z opóźnieniem w stosunku do ponadprogowej aktywności wejść.

Neurony elementarne realizują funkcje matematyczne.

12. Co to są neuronowe sieci zorganizowane?

Sieci o ustalonej organizacji i strukturze jednakowej u wszystkich, przystosowane do wykonywania ściśle określonego zadania. Przykładem jest przetwarzająca obraz sieć neuronowych warstw siatkówki oka, dokonująca wstępnej obróbki bardzo dużej ilości informacji docierającej w każdym ułamku sekundy z około 140 * 10⁶ pręcików i 7*10⁶ czopków. Wagi połączeń neuronów są ustalone.

13. Co to jest przekształcenie nieliniowe i jakie ma funkcje?

Najpopularniejsze są badania modeli, w których częstotliwość wyjścia jest wyliczana jako przekształcona nieliniowo suma ważona wejść:

f^wy = F_nl ( w₁f₁^we + w₂f₂^we, … + w_if_i^we + …, w_nf_n^we )

Gdzie: f^wy - częstotliwość wyjścia, f_i^we - częstotliwość i-tego wejścia, w_i - waga dla i-tego wejścia, F_nl - nieliniowe przekształcenie.

Przekształcenie nieliniowe ma na celu ograniczenie maksymalnej możliwej częstotliwości wyjścia do zadanej wartości maksymalnej i zamodelowanie progu pobudliwości, powyżej którego pojawia się jakakolwiek odpowiedź na wyjściu. W układach rzeczywistych neuronów maksymalna możliwa częstotliwość wyjścia wynosi ok. 1000Hz i związana jest z okresem trwania refrakcji bezwzględnej błony, wynoszącym ok. 1ms, w czasie której nie jest możliwe ponowienie potencjału czynnościowego neuronu.

WYKŁAD 7

1. Budowa mięśnia szkieletowego

Mięśnie poprzecznie prążkowane zbudowane są z włókien mięśniowych, które charakteryzują się wydłużonym kształtem i długością do kilkudziesięciu cm. Pojedyncze włókno mięśniowe stanowi komórkę. Włókna poprzecznie prążkowane szkieletowe kształtem przypominają wydłużone walce. Komórki te zawierają do kilkunastu jąder, mitochondria i inne typowe składniki cytoplazmy. Na komórkę składają się włókienka mięśniowe, zwane miofibrylami. Miofibryle podzielone są na stanowiące podstawowe jednostki kurczliwe segmenty, zwane sarkomerami. Na jeden sarkomer składa się miofilament gruby zbudowany z miozyny otoczony sześcioma miofilamentami cienkimi zbudowanymi z aktyny. Skurcz tych mięśni następuje szybko i trwa krótko. Działanie ich podlega naszej woli.

Cząsteczka miozyny składa się z części podłużnej o strukturze podwójnej spirali alfa, zakończonej dwugłowym zgrubieniem o strukturze globularnej. Dwie głowy cząsteczki miozyny razem tworzą mostek poprzeczny, który w procesie powstawania skurczu łączy gruby miofilament miozynowy z cienkim miofilamentem aktynowym. Na głowach cząsteczki miozyny znajdują się miejsca wiązania aktyny i ATP. Miozyna jest enzymem hydrolizującym ATP do ADP i nieorganicznego fosforanu.

Aktyna istnieje w dwóch formach: monomerycznej, czyli globularnej (aktyna G) i polimerycznej - fibrylarnej, o strukturze podwójnej spirali (aktyna F). W mięśniach poprzecznie prążkowanych w spiralę tę wpleciony jest kompleks białkowy tropomiozyna-troponina. Troponina składa się z trzech podjednostek: troponiny L, troponiny T oraz wiążącej wapń troponiny C.

2. Co to jest sarkomer i jak jest zbudowany?

Sarkomer- podstawowa jednostka kurczliwa miofibryli, jest to odcinek miofibryli zawarty między dwoma dyskami Z, (jednostka czynna komórki mięśni poprzecznie prążkowanych). Środek sarkomeru stanowią miofilamenty grube zbudowane z cząsteczek białka- miozyny. Są one ułożone równolegle do osi podłużnej włókienka. Końcowe części sarkomeru utworzone są z miofilamentów cienkich, których głównym składnikiem jest aktyna. Jeden koniec miofilamentu aktynowego jest przymocowany do dysku Z ograniczającego sarkomer, drugi - wsunięty pomiędzy miofilamenty miozynowe. Każdy miofilament miozynowy otoczony jest przez 6 miofilamentów aktynowych.

3.Podać główne elementy ślizgowej teorii skurczu.

teoria ślizgowa skurczu, teoria wyjaśniająca molekularne podłoże zjawiska skurczu mięśnia przez mechanizm przesuwania się względem siebie filamentów cienkich - aktynowych i grubych - miozynowych (miofilamenty) w mięśniach poprzecznie prążkowanych, zorganizowanych w sarkomery i miofibryle; przesuwanie filamentów względem siebie jest wynikiem stymulowanej jonami wapniowymi interakcji głów miozyny w filamentach grubych z cząsteczkami aktyny w filamentach cienkich, która prowadzi do aktywacji enzymu (adenozynotrifosfatazy miozynowej) hydrolizującego ATP; wyzwalana energia chemiczna zamieniana jest w mechaniczną zmianę położenia głów miozynowych w stosunku do filamentu grubego, co w konsekwencji prowadzi do przeciągnięcia filamentu aktynowego przez przemieszczającą się głowę.

4.Co utrzymuje gradient stężeń jonów wapnia pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a wewnętrznym komórki mięśniowej?

Dwa podstawowe źródła wapnia aktywującego skurcz to przestrzeń zewnątrzkomórkowa i wewnątrzkomórkowe struktury zdolne gromadzić i uwalniać wapń.

W przestrzeni zewnątrzkomórkowej wapń występuje formie zjonizowanej, oraz luźno związanej z zewnętrzną powierzchnią błony komórkowej i białkami. W komórce miejscem gromadzenia się wapnia jest przede wszystkim siateczka sarkoplazmatyczna. Wewnątrz siateczki znajduje się kolsekwestryna, białko zdolne do odwracalnego wiązania dużej liczby jonów wapnia.

Stężenie wolnych jonów wapnia w środowisku zewnątrzkomórkowym jest około 10 tysięcy razy większe niż w cytoplazmie komórki nie pobudzonej. Utrzymanie tak znacznego gradientu stężeń wynika z istnienia bariery, jaką stanowi sarkolema, i układów usuwających wapń poza komórkę, Podstawę tych układów stanowią białka integralne wbudowane w błonę komórki: zależna od ATP pompa wapniowa, obniżająca stężenie jonów wapnia w cytoplazmie kosztem energii pochodzącej z hydrolizy ATP i wymiennik Na⁺/Ca²⁺ , który sprzęga przenoszenie wapnia z komórki na zewnątrz ze spontanicznym napływem jonów sodu, wynikającym z gradientu ich stężenia.

5.Jaka jest rola jonów wapnia w powstawaniu kompleksu miozyny z aktyną?

We wszystkich komórkach mięśniowych sygnałem inicjującym oddziaływanie aktyny z miozyną jest wzrost stężenia jonów wapnia w sarkoplazmie. Zwiększenie stężenia wapnia pobudza oddziaływanie aktyny z miozyną. Powstaje kompleks białkowy aktomiozyna, a szybkość hydrolizowania ATP wzrasta, ponieważ obecność aktyny ułatwia odłączenie się fosforanu. Odczepieniu się fosforanu towarzyszy zmiana konformacji mostka poprzecznego łączącego aktynę z miozyną wywołując przesuwanie się miofilamentów względem siebie. Zsynchronizowane skracanie się sarkomerów powoduje skracanie się całej komórki. Jeżeli działanie z zewnątrz nie dopuszczają do zmiany długości zmiana konformacji mostków poprzecznych wywołuje naprężenie sarkomeru, generowana jest siła skurczu. Kolejne etapy to odłączenie cząsteczki ADP i przyłączenie nowej cząsteczki ATP (rysunek poniżej). Kompleks aktomiozyna ATP jest niestabilny. Następuje szybkie odłączenie się kompleksu złożonego z miozyny i ATP od aktyny, powrót mostka poprzecznego do poprzedniej konformacji i jego przyłączenie do kolejnego miejsca wiązania na miofilamencie aktynowym.

6. Co to są i do czego służą tubule poprzeczne T?

Tubule poprzeczne T - są to poprzeczne kanaliki znajdujące się w błonie komórek mięśni poprzecznie prążkowanych, służą one do przenoszenia sygnału z powierzchni sarkolemy do wnętrza włókna.

7. Podaj specyfikę mięśnia sercowego.

Specyfika mięśnia sercowego:

1. Mięsień sercowy jest mięśniem poprzecznie prążkowanym.

2. Sygnałem do skurczu nie jest impuls pochodzący z układu nerwowego lecz potencjały czynnościowe wytwarzane przez wyspecjalizowany układ bodźcotwórczy.

3. System połączeń szczelinowych między komórkami zapewnia szybkie przenoszenie pobudzenia z komórki na komórkę.

4. Dopływ jonów wapnia - proces zależnego od wapnia dostarczania wapnia: najpierw z połączeń szczelinowych następnie z siateczki sarkoplazmatycznej.

5. Potencjał czynnościowy charakteryzuje wyraźne (nie wiem co) , spowodowane przedłużonym wydzielaniem jonów Ca²⁺ .

8. Co to jest sprzężenie elektromechaniczne i jak działa?

Depolaryzacja sarkolemy przez impuls elektryczny przekazany z innej komórki. Depolaryzacja sarkolemy powoduje otwarcie kanałów wapniowych i wejście jonów z przestrzeni zewnątrzkomórkowej do cytoplazmy. (Pobudzenie mięśnia na drodze elektromechanicznej).

9. Jakie są podobieństwa pomiędzy wszystkimi rodzajami komórek mięśniowych?

Podobieństwa we wszystkich komórkach mięśniowych:

1. Obecność systemu białek, zbudowanego z miofilamentów, takich jak aktyna (miofilament cienki) i hydrolizująca ATP miozyna (miofilament gruby).

2. Sarkolema jest strukturą pobudliwą.

3. Skurcz aktywowany jest wzrostem stężenia jonów wapnia w cytoplazmie.

10.Jakie są różnice pomiedzy komórkami mięśnia gładkiego a mięśnia poprzecznie prążkowanego

• Mięśnie poprzecznie prążkowane zbudowane są z włókien mięśniowych których długość waha się od kilku µm (mięsień sercowy) do kilkudziesięciu cm (niektóre mięśnie szkieletowe)

• Pojedyncze włókno mięśniowe stanowi komórkę

• Na komórkę składają się włókienka mięśniowe zwane miofibrylami

• Miofibryle podzielone są na stanowiące podstawowe jednostki kurczliwe zwane sarkomerami

• Na jeden sarkomer składa się miofilament gruby zbudowany z miozyny otoczony sześcioma miofilamentami cienkimi zbudowanymi z aktyny

• Jeden koniec miofilamentu cienkiego przymocowany jest do ograniczającego sarkomer dysku Z, zaś drugi wsunięty pomiędzy zbudowane z miozyny miofilamenty grube

• Komórki mięśni gładkich mają długość 15-500 µm

• Miofilamenty są ułożone ukośnie względem długiej osi komórki

• Miofilamenty przymocowane są do błony komórkowej (taśma gęsta) i do ciałka gęstego w cytoplazmie

• Stosunek miofilamentów aktynowych do miofilamentów miozynowych wynosi 15:1

• W komórkach mięśnia gładkiego znaczną role w aktywacji skurczu odgrywają jony wapnia docierające do cytoplazmy z przestrzeni zewnątrzkomórkowej

• W mięśniach gładkich występują niskooporowe połączenia elektryczne miedzy komórkami

• W mięśniach gładkich nie ma pobudzenia przez synapse nerwowo mięśniową

• W mięśniach gładkich aktywacja układu białek kurczliwych przebiega inaczej niż w mięśniach poprzecznie prążkowanych

• W mięśniach gładkich Neurotransmitery uwalniane są bezpośrednio do przestrzeni międzykomórkowej i przenoszone poprzez niskooporowe połączenia szczelinowe, natomiast w mięśniach poprzecznie prążkowanych sygnał do skurczu przekazywany jest przez synapsę nerwowo mięśniową tu mediatorem jest acetylocholina która w błonie postsynaptycznej łączy się z receptorem nikotynowym

11. Co to jest reologia i jak się buduję modele reologiczne

• Reologia zajmuje się deformacja i płynięciem ciał

• Wszystkie ciała rzeczywiste można modelować nadając im jednocześnie właściwości sprężyste oraz właściwości lepkie w różnych kombinacjach połączeń równoległych i szeregowych

• Właściwości sprężyste w modelach reprezentowane są przez sprężynę o danej wartości modułu sprężystości Younga, gdzie naprężenie : τ = Eλ

• Właściwości lepkie reprezentowane są przez dławik z cieczą o danej lepkośći η, w której porusza się tłoczek, gdzie naprężenie: τ = η * dλ/dt

• MODEL KELVINA-VOIGTA

Ciało lepko- sprężyste

Połączenie rownoległe sprężyny i dławika:

τ = Eλ + η * dλ/dt

λ- oznacza odkształcenie względne

dλ/dt - oznacza szybkość odkształcenia względnego

λ(t) = τ₀/E -( τ₀/E)e^-t/λ = λ_0­(1 - e^-t/λ)

PRZEBIEGI WYDŁUŻENIA W CZASIE:

12. Model reologiczny Maxwella

Ciało lepko- sprężyste

Połączenie szeregowe sprężyny i dławika:

dλ/dt = (1/E)dτ/dt + τ/η

Zanik naprężeń w czasie:

τ(t) = τ₀e^-t/λ

gdzie λ = η/E oznacza czas relaksacji naprężeń

Model Maxwella - przebiegi w czasie :

WYKŁAD 8

1. Co to jest krew ?

• Stanowi zawiesine rożnych rodzajów krwinek (erytrocytów , leukocytów oraz trombocytów) w plazmie

• Jest środowiskiem zapewniającym szybki transport licznych i bardzo różnorodnych substancji w organizmie

• Krąży w zamknietym układzie naczyń krwionośnych napędzanych rytmiczną pracą serca - swoje funkcje może spełniać będąc tylko w ciągłym ruch

2. Jakie funckje spełnia krew w organizmie

• Rozporowadza gazy oddechowe ( O₂ i CO₂ ) w postaci roztworu oraz w postaciu związków chemicznych

• Dostarcza substancje odżywcze, od organów w których są one wchłaniane,w miejsce ich wykorzystania

• Transportuje produkty przemiany materii do układów dalszego przeznaczenia lub do organów wydalania

• Transportuje nośniki informacji (hormony) , witaminy, substancje katalizujące (enzymy), przeciwciała

• Uczestniczy w procesach termoregulacji - wysokie ciepło właściwe wody umożliwia przenoszenie dużych ilości ciepła wytwarzanego w wyniku przemian metabolicznych i oddawanie go do powietrza przez płuca i powierzchnię skóry

3. Opisz w skrócie krążenie obwodowe i podaj wartości ciśnień

• Lewa komora ->organizm -> prawy przedsionek ->

• Lewa komora tłoczy krew natlenioną do tętnicy głównej tj. aorty z której osobnym obwodem zasilana jest górna część ciała i osobnym dolna część

• Maksymalne ćiśnienie krwi w aorcie wynosi 120 mmHg (skurcz), minimalne wynosi ok. 70 mmHg (rozkurcz), zaś średnie ok. 100 mmHg

• W obwodowych naczyniach włosowatych krew oddaje tlen i pobiera dwutlenek węgla z płynu tkankowego

• Żyłą głowną pozbawiona tlenu a wzbogacona o dwutlenek węgla krew wraca do prawego przedsionka

• W żyle głównej przy ujściu do prawego przedsionka ćiśnienie jest niemal stałe i wynosi ok. 10 mmHg

• To ode mnie : Jest jeszcze coś takiego jak żyła wrotna, którą krew odtlenowana ale wzbogacona o składniki odżywcze, uchodzi do wątroby a następnie żyłą wątrobową do ż.głównej gornej i stąd do prawego przedsionka

4. Opisz w skrócie krążenie płucne i podaj wartości ciśnień

• Prawa komora -> Płuca -> Lewy przedsionek

• Prawa komora tłoczy pozbawioną tlenu i wzbogaconą o dwutlenek węgla krew do krążenia małego poprzez tętnice płucną

• W tętnicy płucnej max. ciśnienie wynosi ok. 22 mmHg (skurcz), min. Ok. 8 mmHg (rozkurcz), zaś średnie ok. 15 mmHg

• W naczyniach włosowatych płuc krew jest natleniana oddając jednocześnie dwutlenek węgla

• Natleniona krew wraca żyłą płucną do lewego przedsionka

• W żyle płucnej ciśnienie wynosi ok. 7 mmHg

5.Jaki jest wpływ ciśnienia hydrostatycznego na całkowite ciśnienie krwi?

Całkowite ciśnienie krwi to suma ciśnienia roboczego, hydrostatycznego krwi i aktualnego atmosferycznego. Efekt hydrostatyczny. Dla naczyń położonych poniżej poziomu serca ciśnienie hydr dodaje się do roboczego. Dla naczyń położonych powyżej serca ciśnienie obniża się; może to powodować powstanie groźnych zatorów powietrznych. W naczyniach leżących poniżej serca rośnie ciśnienie transmuralne, czyli różnica między ciśnieniem krwi, a ciśnieniem w tkankach i żyły ulegają rozciąganiu - żylaki.

Pojawiają się również obrzęki stóp- przy długotrwałym siedzeniu.

Przy zmianie pozycji z leżącej na stojącą płyny przemieszczają się do dolnych części ciała i zmniejsza się ilość krwi powracającej do serca- długie stanie bez ruchu może powodować omdlenia.

6.W jakich elementach układu krążenia liniowa prędkość przepływu krwi jest najmniejsza? Dlaczego jest najmniejsza w tych elementach? W jakim celu jest najmniejsza w tych właśnie elementach?

Najmniejsza prędkość przepływu krwi jest w naczyniach włosowatych. Prędkość ta jest najmniejsza ponieważ światło tych naczyń jest małe oraz ciśnienie przepływu nie jest wysokie. W naczyniach włosowatych następuje wymiana gazowa(tlen i dwutlenek węgla) między krwią a tkankami.

7.Co to są naczynia opornościowe i jaką spełniają funkcję?

Naczynia opornościowe to tętnice i tętniczki w których panuje wysokie ciśnienie. Wnoszą one do oporu naczyniowego 66% a zawierają jedynie 18% całej objętości krwi. Takie właściwości wynikają z różnic w budowie ścian żył i tętnic. Ściany tętnic zawierają więcej tkanek sprężystych niż ściany żył. Rozciągnięte dużym ciśnieniem ściany tętnic magazynują energię potencjalną sprężystości, co ma zapewnić w miarę ciągły przepływ krwi, mimo impulsowo pracującej pompy -serca.

8.Jaki jest mechanizm powstawania ciśnienia osmotycznego w naczyniach włosowatych?

Śródbłonek naczyń włosowatych jest nieprzepuszczalny dla białek, a ich różnica stężeń w osoczu krwi (7%) i w płynie tkankowym (2,8%) powoduje powstania ciśnienia osmotycznego ∆π = 15mm Hg.

9.Opisz mechanizm transportu między krwią a płynem tkankowym w kapilarach naczyń włosowatych w zależności od różnicy Δp - Δπ.

Ciśnienie statyczne na wejściu do naczyń włosowatych:ok. 30mm Hg, a przy ujściu do żyłek ok. 15 mm Hg. Ciśnienie statyczne płynu śródtkankowego ok. 6 mm Hg. Ciśnienie filtracyjne jest różnicą ciśnień ∆p - ∆π. Od strony układu tętniczego przeważa różnica ciśnień statycznych: 30-6-15 = 9mm Hg i mamy transport z kapilar do przestrzeni tkankowej. Od strony żył przeważa ciśnienie osmotyczne 15-6-15 = -6mm Hg w tym wypadku mamy transport z przestrzeni tkankowej do kapilar.

10.Dlaczego lepkość krwi maleje ze wzrostem szybkości ścinania?

• Lepkość krwi jest malejącą funkcją szybkości ścinania.

• Za zmiany te są odpowiedzialna 2 zjawiska:

-agragacja czerwonych krwinek przy małych szybkościach ścinania

-deformacja i orientacja czerwonych krwinek przy wysokich szybkościach ścinania

11.Skąd się bierze potencjał czynnościowy komórek rozrusznikowych serca?

• Jest wynikiem transportu aktywnego jonów Na+, Ca2+ i K+ oraz dyfuzyjnego jonów Na+, Cl-, Ca2+ i K+

• Depolaryzacja komórek mięśnia następuje na skutek działania komórek rozrusznikowych układu bodźcotwórczego.

12.Czym się różni metoda dwubiegunowa od metod jednobiegunowych w elektrokardiografii?

Metoda dwubiegowa Einthovena jest metodą badania w czasie różnicy potencjałow elektrycznych pomiędzy wybranymi punktami ciała.

Metody jednobiegunowe Wilsona lub Goldberga są metodami badania różnicy potencjałów elektrycznych pomiędzy wybranymi punktami ciała a przyjętym umownie punktem odniesienia.

WYKŁAD 9

1.Co to są ultradźwięki?

Ultradźwiękami nazywamy fale mechaniczne o charakterze fal dźwiękowych i częstotliwości wyższej od progu słyszalności ucha ludzkiego, propagujące w ośrodkach gazowych, ciekłych lub stałych. Umownie jako początek zakresu fal przyjmuje się wartośc częstotliwości 16kHz.

2.Omów zjawisko piezoelektryczne oraz odwrotne zjawisko piezoelektryczne

• Efekt piezoelektryczny polega na wytwarzaniu, proporcjonalnego do siły, napięcia podczas ściskania lub rozciągania pewnych kryształów.

• Odwrotny efekt piezoelektryczny polega na rozszerzaniu lub kurczeniu kryształu pod wpływem potencjału elektrycznego. Pod wpływem zmiennego pola elektrycznego kryształy piezoelektryczne drgają.

• Zjawisko piezoelektryczne (proste i odwrotne) wykazują m. in. Kryształy kwarcu, tytanianu baru.

3. Na czym polega metoda echa w ultrasonografii?

• Głowica ultradźwiękowa emituje falę pełniąc jednocześnie funkcje detektora fali odbitej.

• Impuls emitowany jest krótkotrwały.

• Po napotkaniu granicy tkanek, które różnią się opornościami akustycznymi, część energii ulega odbiciu i wraca do głowicy, część zaś propaguje dalej.

• Odbicia od kolejnych granic powracają do głowicy w określonej sekwencji czasowej.

• Mierząc odstęp czasu pomiędzy emisją impulsu a detekcją echa (∆t₁, ∆t₂) określa się położenie danej struktury (d₁, d₂).

• Intensywność echa (A₁,A₂) odzwierciedla relacja pomiędzy impendencjami akustycznymi (Z₁,Z₂) tkanek.

4. Jakie znasz sposoby prezentacji obrazu ultradźwiękowego w metodzie echa?

• Prezentacja typu A (amplitude mode)

• Prezentacja typu B (brightness mode)

• Prezentacja typu 2D (dwuwymiarowa)

• Prezentacja 2D-real time (dwuwymiarowa w czasie rzeczywistym)

• Prezentacja 3D - trójwymiarowa

• Prezentacja 4D - trójwymiarowa w czasie rzeczywistym

• Prezentacja typu M (morion mode)

5. Omów pokrótce prezentacje typu A i prezentacje typu B.

Prezentacja typu A - zbiór pików o wysokościach proporcjonalnych do natężenia fal odbitych. Położenie piku obrazuje głębokość

Współczynnik odbicia: R = I_r/I_o

R = [(Z₁ - Z₂)/(Z₁-Z₂)²]

Prezentacja typu B - zbiór plamek o jasnościach proporcjonalnych do natężenia fal odbitych. Położenie plamek obrazuje głębokość.

6. Na czym polega efekt Dopplera? Podaj wzór.

Polega na powstaniu różnicy częstotliwości fali wysyłanej przez źródło oraz zarejestrowanej przez obserwatora, który porusza się względem źródła.

f = f₀ [v/(v - v_źr)]

v - prędkość fali

f - częstotliwość fali odbieranej przez obserwatora

f₀ - częstotliwość fali generowanej przez źródło

v_źr - składowa prędkości źródła względem obserwatora, równoległa do kierunku łączącego te dwa punkty

7. W ultrasonografii dopplerowskiej, czym różni się metoda impulsowa od metody fali ciągłej?

1. W metodzie fali ciągłej funkcje nadawczo odbiorcze przetwornika ultradźwięków realizowane są przez dwie jego oddzielne części. Jedna emituje wiązkę, druga zaś pełni funkcje detektora fali odbitej. Natomiast w metodzie fali ciągłej ten sam element głowicy odgrywa rolę nadajnika, następnie zaś odbiornika fal.

2. W metodzie fali ciągłej jeżeli na drodze wiązki znajdzie się więcej niż jedno naczynie, rejestrowany jest tylko najsilniejszy sygnał. Natomiast w metodzie impulsowej można dokonać wyboru głębokości, z jakich informacja będzie analizowana. Stosuje się w tym celu tzw. bramkę analizy. Wybór obszaru analizy określony jest czasem upływającym od chwili wysłania impulsu do chwili otwarcia bramki.

8. Jak generowana są promienie Roentgena?

Do wytwarzania promieni rentgena niezbędne są trzy rzeczy:

1. Źródło elektronów

2. Układ przyspieszania elektronów

3. Materiał, który bombardowany szybkimi elektronami emituje promieniowanie rentgena.

Wytwarzanie promieni Roentgena:

1. Elektrony emitowane są z katody w procesie termoemisji. Wzrost prądu żarzenia I_ż zwiększa liczbę emitowanych elektronów.

2. Elektrony przyśpieszane są w polu wysokiego napięcia (rzędu 10³ - 10⁵) przyłożonego między katodą a anodą. Elektrony te uzyskują wysokie energie kinetyczne.

3. Kolizje wysokoenergetycznych elektronów z powierzchnią anody powoduje emisję promieniowania rentgenowskiego. Są dwa mechanizmy powstawania tego promieniowania:

• Gwałtowane hamowanie elektronów w polu elektrycznym atomów anody pociąga za sobą zaburzenie tego pola i stanowi źródło fali elektromagnetycznej. Energia tracona podczas hamowania uwalniana jest w postaci promieniowania (widomo ciągłe).

• Wybijanie elektronów z powłok powoduje wzbudzenie. Powrót elektronów do stanu podstawowego związany jest z emisją fali o określonej długości (promieniowanie charakterystyczne).

9. Co to jest widmo rentgenowskie ciągłe a co to widmo charakterystyczne?

• Gwałtowane hamowanie elektronów w polu elektrycznym atomów anody pociąga za sobą zaburzenie tego pola i stanowi źródło fali elektromagnetycznej. Energia tracona podczas hamowania uwalniana jest w postaci promieniowania (widomo ciągłe).

• Wybijanie elektronów z powłok powoduje wzbudzenie. Powrót elektronów do stanu podstawowego związany jest z emisją fali o określonej długości (promieniowanie charakterystyczne).

10. Od czego zależy minimalna długość fali w widmie rentgenowskim? Podaj wzór.

Przyśpieszone w polu elektrony uzyskuję energię kinetyczną:

Ek = mV²/2 = eU

Podczas gwałtownego hamowania elektronu jego energia kinetyczna zostaje cała wypromnieniwana w postaci energii fotonu:

hv_max = eU

hc/λ_min = eU

λ_min = hc/eU

λ_min = 1, 24 x 10^-9/U [m]

12. Na czym polega tomografia komputerowa?

Badanie za pomocą tomografu komputerowego jest jednym z rodzajów badań radiologicznych wykorzystujących promieniowanie rentgenowskie. Pacjent umieszczony na specjalnym ruchomym stole jest przesuwany do wnętrza aparatu (do tzw. gantry). We wnętrzu gantry na specjalnej ramie, dookoła ciała pacjenta porusza się lampa wytwarzająca promieniowanie rentgenowskie. Cienka warstwa tomograficzna ciała naświetlana jest wąską wiązką pod wieloma kątami. Przechodzące promieniowanie rejestrowane jest przez system detektorów. Dane z detektorów przetwarzane są przez komputer, który dokonuje analizy i rekonstruuje obraz tomograficzny prześwietlanej warstwy. Przekrojowa warstwa ciała dzielona jest na wiele bloczków, zwanych wokselami. Promieniowanie to, przechodząc przez poszczególne tkanki ciała pacjenta, ulega osłabieniu. Stopień osłabienia promieniowania zależy od rodzaju tkanki, np. przechodząc przez kości - fala rentgenowska ulega silnemu osłabieniu, natomiast przechodząc przez powietrze - osłabienie to jest minimalne. Dzięki temu zjawisku można dobrze zróżnicować między sobą poszczególne tkanki w ciele pacjenta. Dodatkowo, dzięki temu, że lampa rentgenowska poruszając się dookoła ciała człowieka w gantrze powoduje naświetlanie pacjenta dokładnie z każdego punktu wokół jego długiej osi, uzyskuje się możliwość otrzymania na monitorze obrazu wybranej warstwy ciała pacjenta. Dawka promieniowania rentgenowskiego jest stosunkowo duża (np. przy badaniu jamy brzusznej porównywalna z badaniem radiologicznym przewodu pokarmowego).
Powstające obrazy z każdego obrotu lampy wokół ciała pacjenta (360o) są następnie sumowane przez komputer i przedstawiane na monitorze jako obraz struktur anatomicznych z poszczególnej warstwy poprzecznej ciała osoby badanej. Dodatkowo istnieje możliwość tzw. wtórnej obróbki obrazu, polegającej m.in. na ustawieniu i obliczaniu odpowiedniego stopnia szarości obrazu, pomiarów odległości, pola powierzchni, itp. Możliwa jest także tzw. rekonstrukcja obrazu w innej niż poprzeczna płaszczyźnie (np. płaszczyźnie czołowej) lub nawet w obrazach trójwymiarowych. Wszystkie te możliwości wtórnej obróbki obrazu dokonywane są przez komputer.
Czasami, w celu dokładniejszej oceny danego obszaru, pacjentowi podaje się dożylnie odpowiedni środek cieniujący. Zwykle stosuje się środek cieniujący, który bardzo osłabia promieniowanie rentgenowskie (tzw. środek cieniujący pozytywny). Podanie badanemu takiego środka powoduje, że fale rentgenowska jest prawie całkowicie pochłonięta w tych tkankach (np. naczynia żylne), w których znajduje się środek cieniujący. Zjawisko to obserwowane jest na ekranie komputera jako jasne pole, odpowiadające w tym przypadku naczyniom żylnym wypełnionym środkiem kontrastowym. Środki kontrastowe używane do badania TK można podzielić na: środki podawane dożylnie, doustnie i doodbytniczo.

13. Porównaj klasyczną radiografię z tomografią komputerową. Wymień, jakie znasz wady i zalety obydwu technik.

Współczesne skanery TK rozróżniają tkanki przy różnicy ich gęstości wynoszącej 0,5%. W radiografii klasycznej dwie tkanki będą widziane jako różne na błonie fotograficznej gdy ich gęstość różni się co najmniej o około 10%.

---