Шпаргалки по "Физике"

1 тема

Основные понятия  термодинамики: термодинамические  системы, термодинамические параметры, термодинамические состояния и  процессы, уравнения состояния и  ТДС. 
Термодинамикао законом.превращения Е.Т системой совок. материальных тел, взаимодействующ. между собой и с окру сред. Темпер. тел – опр.напр. возможного самопроизвольного перехода тепла между телами. P - сила, действующая по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице S этой поверхности.Плотн – отношение массы вещества к V занимаемому эти в-ом.P=m/v Удел объем– вел.обратная плотности т.е. отношения объема занятого вещ. к его массе.v=1/p=V/m. В Т сист. меняется пар любого входящего в сис тела, то в сис происходит термодин. процесс. Ур-ние состояния —, связывающее между собой термодинамическиепараметры сис, как t, p, v, хим. потенциал и др. (для внутр Е),(для энтальпии),для энергии Гельмгольца),(для потенциала Гиббса).Процессы: изобарный, изохорный, изотермич.  
Первое начало термодинамики и особенности его применения для живых систем. Энергия неравновесных состояний.

 
перв началТ, термодинам. система мож. Совер. Ра-ту за счёт своей внутр.Е или внеш источников Е. ПНТ объ невозможн существвечного двигателя 1-го рода, который совершал бы A, не черпая Е из какого-либо источника. Сущ I началаТ закл:При сообщении ТС теплоты Q в общем случае происходит изменение внутреннейЕ системыDU и система совершает работу А: Q = DU + AВнутрен.Е системы Uнайд. измеряя A системы в адиабатном процессе (то есть при Q = 0): А_ад = — DU, что определяет U с точностью до некоторой аддитивной постоянной U₀: U = U + U0  Пер начт. утверждает, что U явл. ф. состояния сис, каждое состояние ТС характ.ЗначU, независимо от того, каким путём система приведена в данное состояние (в то время как значения Q иА зависят от процесса, приведшего к изменению состояния системы). НЕР про, кот не сопровождаются сост равн. Для этихпроц характ, что разл части сис имеют различные ТП. Р сост - предельным случаем НЕР состояния, если скорость стремится к 0. Теоретически все ТП неравновесными, многие из них можно считать Р с приближением.  
Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики и его сущность дл я живых объектов. 
ТП является обр, если он может происходить в прямом обратном направлении, если такой пр происходит сначала в прям, а затем в обр напр и сист возвр в исходное состояние, то в окр. ср. и в этой системе не происходит никаких изменений. Если нет - неою.ВНТ: в проц, происх в замкнутой системе, энтропия не убывает.По Кельвину: невозможен круговой процесс единств. результатом кот. явл. превращение теплоты полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.По Клаузиусу: невозможен круг про единственным результатом кот. явл. передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Состояние термодинамических  систем. Стационарные состояния в  открытых термодинамических системах. Теорема Пригожина. Понятие гомеостаза.      

Равнов  сост - состот равн - наз такое состояния ТС, в кот отсутствуют всякие потоки (эн, в-ва, им-са и т.д.), а макроскоп пар сист становившимися и не изменяются во времени.изолированная термод сис.стремится к состоянию термод равн и после его достижения не может самопроизвольно из него выйти.Неравновесное состояние ТС - состояние терм сис-мы, в кот хотя бы один из параметров не имеет опр. значения при неизменных внеш воздействиях. Состояние неравновесия характеризуется неоднородностью распределения t, p, плотн, C компонентов или других макроскопических параметров в отсутствие внешних полей или вращения системы как целого. СС в термодинамике - состояние, в к-ром определяющиеего термодинамич. параметры (напр., темп-ра, хим. потенциал компонент смеси, <массовая скорость) не зависят от времени. С. с. могут быть как равновесными), так и неравновесными в зависимостиот граничных условий, накладываемых на систему. Неравновесные С. с. возможнылишь в том случае, когда термодинамич. система открыта в отношении процессовпереноса и термодинамич. силы, а следовательно, и термодинамич. потокина границах системы удерживаются постоянными В этом случае вся производимая в системе энтропия отводитсяиз неё в окружающую среду. В том случае, когда кинеткоэф можно считать постоянными, С. с. соответствует мин. производствуэнтропииТеорПригожина —стационарному состоянию системы (в условиях, препятствующих достижению равновесного состояния) соответствует минимальное производство энтропии. Если таких препятствий нет, то производство энтропии достигает своего абсолютного минимума — нуляГомеоста́зсаморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внут состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамич. равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равнов, преодолевать сопрот внеш сре. 
Виды энергии, используемые живыми организмами. Источники энергии в организме человека.  
Обмен вещ. представляет собой комплекс биохим. и энергетич. процессов, обеспеч. использ. пищ. вещ. для нужд орг. и удовлетворения его потребностей в пластических и энергет. вещ..Белки, жиры, углеводы и другие высокомол. соед. расщепляются в пищ. тракте на более простые низкомол. вещества. Поступая в кровь и ткани, они подвергаются дальнейшим превращениям – аэробному окислению, окислительному фосфорилированию и другим. В процессе этих превращений (наряду с окислением до СО₂ и Н₂О) происходит использование продуктов окисления для синтеза аминокислот и д. важных метаболитов. Т.е. аэробное окисление сочетает в себе элементы распада и синтеза и явл. связующим звеном в обмене белков, жиров, углеводов и др. вещ.. Дых - процесс доставки кислорода (О₂) к клет орг и использ его в биологи окис орган в-в с образованием воды и углекислого газа (СО₂), который выводится в атмосферу. Эффективный газообмен возможен при интеграции и координации ф. разл. органов, кот в совокупности образуют сис дых. Последняя включает следующие подсис: "внешн дыха" (газообв легких, через кожу и слиз об), транс газов кровью (дых.ф. крови и сердечнососудистой системы) и тк. дыхание (процесс биологического окисления в клетке, сопровождающийся поглощением тканями О₂ и выделением СО₂). Как известно в биоэнживых орга имеют знач два осн момента:а) хим.Е запасается путём образования АТФ, сопряжённого с экзергоническими катаболическими реакциями окисления орг. субстратов;б) хим.Е утилизируется путём расщепления АТФ, сопряжённого с эндергоническими реакциями анаболизма и другими проц, треб затр энер.

Температурный гомеостаз. Типы терморегуляции.

процесс терморегуляции осуществляется 3 способами в след. последовательности. Физ.т-ция — сужение сосудов кожи и слиз. оболочек дых.путей, прекращение потоотделения. Если с пом. физ. терморегуляции равновесие не восстановлено, включается хим. компонент терморегуляции за счет «несократительного термогенеза» (эндокринная регуляция, в частности, повышением выброса норадреналина, который называют «гормоном несократительного термогенеза»). При дальнейшем охлаждении повыш. теплообразования осуществляется за счет специфических форм сократительной активности поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры — холодовой мыш. дрожи, терморегуляционного мыш. тонуса и пилоромоторной реакции. Эта фаза «дрожательный термогенез» осуществляется с наиболее высокой затратой Е и обр. тепла.выделим основные виды терморегуляции орг. человека:физ. терморегуляцияхимическая терморегуляция или эндокринная (несократительный термогенез); дрожательный термогенез

Механизмы теплопродукции в  организме. Основной обмен.

Источником тепла в  орг. явл. экзотермич. реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиза АТФ. При гидролизе пит. вещ. часть освобожденной Е аккумулируется в АТФ, а часть расс в виде теплоты (первичная теплота). При использованииЕ, аккумулированной в АГФ, часть Е идет на выполнение полезной работы, часть рассеивается в виде тепла (вторичная теплота). Т.е., два потока теплоты — первичной и вторичной — являются теплопродукцией. При высокой темп. среды или соприкосновении чел. с горячим телом, часть тепла орг.может получать извне (экзогенное тепло). При необходимости повысить теплопродукцию (например, в условиях низкой температуры среды), помимо возможности получения тепла извне, в орган сущест меха, пов проду тепл.  
1.Сократительный термогенез — продукция тепла в результате сокращения скелетных мышц:  
а) произвольная активность локомоторного аппарата; б) терморегуляционный тонус;  
в) холодовая мышечная дрожь, или непроизвольная ритмическая активность скелетных мышц.  
2.Несократительный термогенез, или недрожательный термогенез (продукция тепла в результате активации гликолиза, гликогенолиза и липолиза): а)в скелетных мышцах (за счет разобщения окисл. фосфорил.); б) в печени; в) в буром жире; г) за счет специфико-динамического действия пищи. 
 
Механизмы тепловых потерь в организме. 
Основн. масса тепла образуется во внутр. орг.. Поэтому внутр. поток тепла для удал.из орг. дол подойти к коже. Перенос тепла от внутр. орга. осуществляется за счет теплопроведения (таким способом переносится менее 50% тепла) и конвекции, т. е. тепломассапереноса. Кровь в силу своей высокой теплоемкости явл.хорошим проводником тепла. 2ой поток тепла — это поток, направленный от кожи в среду. Его называют наружным потоком. Рассматривая механизмы теплоотдачи, обычно имеют ввиду именно этот поток. Отдача тепла в среду осуществляется с помощью 4 основн. механизмов: 1)испарения; 2)теплопроведения; 3)теплоизлучения; 4)конвекции.

Способы исследования энергетического объема организма.Непр калоснована на измерении кол-ва потребленного оргO2 и последующем расчете энергозатрат с исп данных о величинах дых коэф (ДК) и КЭ02. Под дыхкоэфф понимают отношение V выделенного CO2 к объему поглощенного O2. 
Пр кал основана на непосредственном учете в биокалориметрах кол-ва тепла, выделенного орган. Биокалориметр герметизированную и хорошо теплоизолированную от внеш среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По кол-вупротек. воды и изменению ее t рассчитывают количество выделенного орг тепла.Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Учитывая, что в основе теплообразования в орг. лежат окислительные процессы, при кот. потребляется О2 и образуется СО2, можно использ. косвенное, непрямое, определение теплообразования в орг. по его газообмену — учету количества потреблен О2 и выделен СО2 с последующим расчетом теплопродукции орг.Наиболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10—15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепрон ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого Он дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследуемый свободно вдыхает атмосфер.воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в кот.опр. кол-во О2 и СО2.O2поглощаемый орг., используется для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный распад 1 г каждого из этих в-втрнеодинак кол-ва О2 и сопровождается освобождением различного количества тепла.

2 тема

Биомолекулы, их виды

Биомолекулы — это орг. вещ-ва, кот.синтезируются  живыми орг. В состав биомолекул вкл. белки, полисахариды, нукл. кислоты, и  более мелкие компоненты обм. вещ-в. БМ состоят из атомов C,H,N,O2,P и S. Др. атомы входят в состав биол. значимых вещ-в значительно реже.

Межмол. взаимод-вия 1). Ионное взаим-вие –вз. между двумя ионами с зарядами l₁ и l₂ . 2).  Ион-дипольные вз. – вз. между ионами и полярными группами мол. 3). Ориентационное вз - вз между 2 диполями или группой диполей, присутствующих в некоем участке пространства. 4). Индукционное вз  - постоянные дипольные мол или атомные группы (Р₁) индуцируют в др. мол.или атоме дипольный момент (Р₂), с которым он и взаимодейтвует. 5). Дисперсионные вз. – вз. валентно насыщенных электронных обол.атомов и мол. Существует между молекулами газов (N₂, CO₂, O₂). 6). Водородные связи – спецф. связь, кот создается атомом Н, который находится в группах ОН, NH, FH, ClH  и иногда SH, причем Н связывает эти группы с валентно насыщенными атомами N₂, O₂ и F. 7). Гидрофобные вз. - базируются на силах спецф. отталкивания между неполярными атомными группами и мол.воды.

Структура воды. Строение молекулыМол. воды представляет собой маленький диполь, сод. + и - заряды на полюсах.Благодаря наличию водородных связей каждая мол воды образует водор. связь с 4-мя соседн. мол., образуя ажурный сетчатый каркас в мол льда. Однако, в жидком состоянии вода – неупорядоченная жидк; эти водородные связи - спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды.Амфифильные вещ-ваАВ стремятся сконцентрироваться на границах раздела. Мол этих вещ-тв обычно состоят из длинных углеводородных цепей, связанных с короткой полярной «головкой». В больш случаев полярность «головки» обусловлена наличием атомов N или O₂, неподеленные пары электронов кот обр водородные связи с мол воды. С др стороны, для попадания в воду углеводородная цепь должна разорвать водородные связи между мол воды, кот энерг препятствуют этому разрыву.Аномальные свойства водыАн св воды – расширение объема на 10% при замерзании обеспеч плавание льда, то есть опять сохраняет жизнь подо льдом; исключительно большое пов нат. Мол на пов воды испытывают действие межмол притяжения с одной стороны. У воды пов нат = 72 мН/м при 25°С. Смачиваемость(соотношение сил адгезии и когезии характериз. также др.мол.явл – с.)поверхностное явл, возник на границе соприкосновения фаз, одна из кот тв тело, a другие - несовмещающиеся ж или ж и газ. C. проявляется в частичном или полном растекании ж по тв пов, пропитывании пористых тел и порошков.Пове́рхностное натяже́ние — термодинамич хар-ка поверхности раздела двух нах в равновесии фаз, опр работой обратимого изотермокинетического обр ед-ы площади этой пов раздела при условии, что t⁰C, объем системы и хим потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. Пов.нат. ж легко измер. методом капилл. подтянияж. Если силы адгезии больше сил когезии, то жидк в таком капилляре поднимается на высоту h. Когда силы когезии больше сил адгезии, то ур-нь жидк в капил снижается.Диффузия — процесс взаимного проникновения мол одного вещ-ва между мол др, приводящий к самопроизв. выравниванию их концентр. по всему занимаемому объёму.Законы диффузии Фика - это эмпирические детерминистские модели реальных явл, описывающ отношения между переменными вел., определяющ. диффузию. 1-й з. устанавливает пропорциональность диф потока частиц градиенту их концентрации; 2-й з. описывает изм. концентрации, обусловл. диф.О́смос — процесс односторонней диф через полупроницаемую мемб мол раств-ля в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещ-ва (меньшей концентрации раств-ля).Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давл на раст-р, отделённый от чистого раств-ля полупроницаемой мембр, при кот прекращается диф раств-ля через мембр. О.Д. любого вещ-ва в растворе = давлению, кот. это вещ-во имело бы в газ.состоянии в таком же объеме и при той же t⁰C,как и объем и t⁰C данного раствора.При повышении t⁰C на каждые 10⁰ константа скорости гомогенной элем р-ции увелв 2-4 раза.закон осм. давлВант-Гоффа., определяет давление мол. растворённого вещ-ва на полупроницаемую перепонку, отделяющую раствор от чистого раст-ля и непроницаемую для растворённого вещ-ва. Pосм=CRT. Для раствора электролита ур-ние В.Г.: Росм=[1 + альфа(k-1) CRT=[1+альфа(k-1)    mRT/эМ(с длинным хвостиком)V (где m масса вещ-ва,растворен.в объеме V; эМ с хв. – молек.вес растворенного вещ-ва; R универсальная газвоая постоянная), T абсолютная температура; альфа – степень диссоциации; к – число инонов, образующихся при диссоциации одной мол.Свойства мембран(М) Все кл. М - подвижные текучие структ., т.к. мол липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости М.Химический состав мембраны. Достаточно высокое содержание липидов, они составляют М матрицу; белки составляют вариабильную часть; углеводы в виде гликопротеидов и гликолипидов. В М всегда находится небольшое количество воды (важная роль).Функции мембран: 1)барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пас и акт обмен вещ-в с окр ср. проницаемость М для разл атомов или мол зависит от их размеров, электр. заряда и хим. свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и кл. компартментов от окр ср. и снабжение их необход. вещ-ами. 2) транспортная — через М происходит транспорт вещ-в в кл и из кл. обеспечивает доставку пит. вещ-в, удал. конечных прод. обмена, секрецию разл. вещ-в, создание ионных градиентов, поддержание в кл. соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов. 3) механическая — обесп. автономность кл., ее внутрикл. структур, также соед. с др. кл. (в тканях).  4) энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и кл. дыхании в митохондриях в их М действуют системы переноса Е, в кот также участвуют белки; 5) рецепторная — нек. белки, нах. в М, явл рецепторами (мол, при помощи кот кл воспринимает те или иные сигналы). 6) ферментативная — М белки нередко являются ферментами.  7) С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов(Na и K). Модель мембраны. Согласно совр. жидкостно-мозаичной модели мембраны (модель Сингера и Николсона), липидный бислой является основой мембраны. Мол фосфолипидов расположены в нём так, что их длинные оси параллельны и ориентированы перпендик к пов М. М сохраняется в ж. состоянии благодаря t⁰C  кл и хим составу жирных кислот.Пассивный транспорт — перенос вещ-тв по градиенту концентрации из обл высокой концентрации в обл низкой, без затрат Е.ПТ осуществ 3способами:1) Вещ-ва, наход в водной фазе по одну сторону М, растворяются в липидно-белковом слое М, пересекают его и вновь переходят в водную фазу с противоположной стороны М. 2) Вещ-ва, кот. перемещаются через поры или каналы М, заполненные водой. 3) Мол транспортируемого вещ-тва соед.я с мол-переносчиком, встроенным в М и переносчик опосредует или облегчает транспорт – этот транспорт - облегченной или опосредованной диффузией (в отл. от АКТ.ТР. облегчённая диф направлена в сторону пространства (внутри- или внеклеточного) с меньшей концентрацией вещ-ва и не требует затрат кл. Е). Мол. переносчика всегда жирорастворимы, они ускоряют транспорт вещ-тв по их концентрационному или электрохим. градиенту.Активный транспорт перенос вещ-ва через кл или внутрикл М (трансмембранный А.т.) или через слой кл (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против град. концентрации, т. е. с затратой свободной Е орг. Источником Е служит Е макроэргических связей АТФ. Разл транспортные АТФазы, локализованные в кл М и участвующие в механизмах переноса вещ-тв, явл.я основным элементом мол. устр-в — насосов, обеспеч. избирательное поглощение и откачивание опр. вещ-тв (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (мол транспорт) реализуется с пом неск типов мол машин — насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и др мономеров) может сопрягаться с симпортом — транспортом др вещ-ва, движение кот против град. концентрации явля источником Е для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ.1. Первично АКТ. ТР. Всегда сопряжён с использ Е АТФ и транспортирует вещ-тва против град. концентрации. Транспортеры очень спецф относительно переносимых частиц и могут регулироваться.2. Вторично АКТ. ТР. Явл частным случаем облегчённой диф, но при этом транспорт одного вещ-ва против град. концентрации сопряжён с транспортом др вещ-ва по град. концентрации. Возможны 2 случая: симпорт и антипорт, в зависимости от направления транспорта.3. Везикулярный транспорт. Осуществл. транспорт в замкнутых М. Транспорт обеспечя слиянием и разделением М везикул, частным случаем являются проц. фагоцитоза и пиноцитоза. Это един способ транспорта крупных, состоящих из больш. числа мол, частиц