Методическая разработка для самостоятельной роботы по

Методическая разработка для самостоятельной
роботы студентов 1 - го курсу медицинского,
педиатрического и медико-профилактического
факультетов
Тема: "Биофизика мембранных процессов”.
Цель: Ознакомиться с физическими свойствами
биологических мембран и основными процессами,
которые у них происходят.
Профессиональная ориентация студентов: важной
частью клетки являются биологические мембраны.
Они ограничивают клетку от окружающей среды,
защищают
ее
от
вредных
внешних
влияний,
принимают участие в обмене веществ между клеткой
и
ее
окружением,
способствуют
генерации
электрических потенциалов, принимают участие в
синтезе универсальных аккумуляторов энергии АТФ в
митохондриях. Мембраны формируют
клетки
и
осуществляют
ее
структуру
функции.
Много
заболеваний (атеросклероз, отравление и др.) связаны
с нарушением структуры и функции мембран.
Базовый уровень знаний и умений.
Знать физические понятия: диффузия, градиент
концентрации, потенциал, разница
потенциалов, подвижность частиц, электропроводимость.
Программа
самоподготовки
студентов.
Выучить: 1)
структуру и
модели мембран;
2) физические свойства и параметры мембран;
3) перенос молекул (атомов) через мембраны;
4) уравнение Нернста-Планка. Транспорт
ионов через мембраны;
5) активный транспорт;
6) разновидности пассивного переноса
молекул и ионов через биологических
мембраны;
7) потенциал покоя;
8) потенциал действия и его распространение.
Выходной уровень знаний и умений. Студент
должен знать:
1. модели биомембран;
2. назначение и функции мембран;
3. физические свойства биологических мембран;
4. механизмы пассивного и активного транспорта;
5. механизм работы натрий- калиевого насоса;
6. уравнение диффузии (уравнение Фика);
7. уравнение Нернста-Планка;
8. происхождение потенциала покоя. Уравнение
Гольдмана-Ходжкина-Катца;
9. происхождение потенциала действия и его
распространение.
Формы и
методы
самоконтрол
я:
Ситуационн
ые задачи и
тестовые
задания.
1. Какие физические методы подтверждают жидкостные
свойства биологических
мембран
A) рентгенологические
Б) ультразвуковые
B) ядерный магнитный резонанс,
Г) спектрографические,
Д) эндоскопические
(верно - В)
2. Отметьте, какая вязкость липидного слоя мембран:
A) 4 -5 мПа-с
B) 14 - 22,9 мПа-с,
Б) 1,7 - 4 мПа-с
Г) 30 - 100 мПа-с
Д) 20 - 30 мПа-с.
(верно - Г)
3. Отметьте коэффициент поверхностного натяга
липидного слоя мембраны
A) 0,03-1 мН/м
Б) 73 мН/м
B) 22 мН/м
Г) 1,5-2 мН/м
Д) 0,002-0,03 мН/м.
(верно - А)
4. Какая из ниже приведенных формул является коэффициентом диффузии: ( δ
- расстояние, которое равно
среднему перемещению между молекулами τ - среднее время перескоку
молекул жидкости)?
A) D= 1/6·δ / τ,
Б) D= 1/3·δ 2/ τ,
В) D= δ / τ 2,,
Г) D= 1/4·δ 2/ τ 2,
Д) D= 2/3·δ 2/ τ,
(верно - Б)
5. Какое из ниже приведенных выражений есть уравнение диффузии или
уравнение Фика
(j-плотность
потока,
D -коэффициент
диффузии,
dc/dx
-градиент
массовой концентрации)?
A) j= -D·dc/dx,
Б) D= -j ·dc/dx,
B) dc/dx = j/D
Г) j= -D2·dc/dx,
Д) j=D3·(dc/dx).
(верно - A)
6. Отметьте правильное утверждение: в состоянии покоя проницаемость
мембраны в
большей степени увеличивается для ионов:
A) Na+
Б) Сl -
B) К+
Г) анионов
Д) для всех одинаково.
(верно -А)
7. Продолжите утверждение: при возбуждении клетки в начальный период
увеличивается проницаемость мембраны для ионов.
A) К+
Б) Сl -
B) Na+
Г) анионов
Д)для всех одинаково.
(верно - В)
8. Отметьте, с помощью какого закона можно измерять проницаемость мембраны
(электропроводимость, сопротивление).
A) Закон Джоуля - Ленца,
Б) закон Ома
B) закон Ампера
Г) закон Кулона, Д) закон Вейса-Лапика.
(верно - Б)
4
9. Отметьте функциональную связь между скоростью распространения
возбуждения по
гладким немиелизированным волокнам от их радиуса.
A)V~r2,
B)V~l/r,
В) V~r3
Г) V~ r ,
Д) V~l/r2.
(верно - Г)
10. Отметьте математическое выражение уравнения Нернста-Планка ((∆φнапряжение, Т-температура, Z-валентность иона, F-число Фарадея, Rуниверсальная газовая постоянная, С-концентрация).
A) ∆ϕ=ZF/ RT ·ln C1/ С2,
Б) ∆ϕ= RF/ ZT ·ln C2/ С1
B) ∆ϕ= Z / RT ·ln C1/ С2,
Г) ∆ϕ= RT/ FZ ·ln C2/ С1 Д) ∆ϕ= TZ/RF ·ln C2/ С1
(вsрно - Д).
Вопросы для самоконтроля:
1. Назовите наиболее распространенные модели биологических мембран.
2. Перечислить наиболее важные функции биологических мембран.
3. Вывести уравнение диффузии или уравнение Фика.
4. Что такое плотность потока?
5. Определение массовой концентрации и градиенту концентрации.
6. Написать и объяснить уравнение Нернста - Планка.
7. Что такое коэффициент диффузии?
8. Отметьте, как связан коэффициент диффузии с температурой?
9. Написать функциональную связь плотности потока веществ при диффузии
через биологическую мембрану и концентрации частиц внутри и вне клетки.
10.
Отметьте механизм переноса молекул (атомов) через мембрану при
пассивном транспорте.
11.
Сравнительная характеристика механизма распространения ПД по
нервному волокну с распространением электромагнитной волны по двум
ведущим линиям или коаксиальному кабелю.
12.
Значение мембранного потенциала покоя в мВ.
13.
Механизмы активного транспорта.
5
Литература
1. Н.М. Ливенцев. Курс физики. М., Высшая школа, 1978.
2. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М., Высшая школа,
1996.
3. Л. Емчук, Я. Книт. "Медицинская биофизика". Львов, 1998.
4. Ю.А. Владимиров, Д.И. Пошупкин, А.Я. Потапенко «Биофизика». М., 1983.
5. А.Б. Рубин. "Биофизика". М., Высшая школа, 1987.
6. Под. ред.. Проф. О.В.Чалого «Медицинская биофизика». Киев. 2005.