- •Введение
- •I. Биофизика
- •Лабораторная работа №1 Изучение энергии активации биологических процессов на примере работы Na-, к-атф-азы
- •Влияние температуры на ферментативную активность Na-, к-атф-азы.
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа № 2 Определение концентрации пигментов в растениях по спектрам поглощения
- •Упражнение 1. Определение концентрации хлорофиллов a и b в экстрактах из зеленых листьев
- •Упражнение 2. Изучение зависимости поглощения от концентрации вещества
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа №3 Влияние температуры на скорость биологических реакций
- •Упражнение 1. Определение температурного коэффициента гемолиза эритроцитов крови человека
- •Упражнение 2. Влияние концентрации кислоты на скорость гемолиза
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа №4 Влияние уф-облучениия на светопропускание раствора эритроцитов
- •Упражнение 1. Исследование гемолиза эритроцитов под действием освещения в присутствии красителя
- •Упражнение 2. Исследование зависимости гемолиза от времени освещения
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа №5 Физико-химические методы в биологии Определение вязкости растворов
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа №6 Определение проницаемости кожи лягушки для ионов
- •Упражнение 1. Изучение динамики распределения ионов
- •Упражнение 2. Влияние ингибиторов и блокаторов на проницаемость кожи лягушки
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа № 7 Изучение электропроводности крови и эритроцитов
- •Упражнение 1. Изучение электропроводности цельной крови, эритроцитов и плазмы
- •Упражнение 2. Изучение влияния гемолиза на электропроводность эритроцитов
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа № 8 Регистрация потенциала действия нерва лягушки при различных температурах
- •Изготовление препарата изолированного седалищного нерва лягушки
- •Упражнение 1. Наблюдение пд нерва лягушки и расчет скорости проведения возбуждения по нерву
- •Упражнение 2. Расчет энергии активации процесса проведения возбуждения в нерве
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа № 9 Измерение осмотической устойчивости эритроцитов
- •Упражнение 1. Изучение гемолиза с помощью колориметра
- •Упражнение 2. Измерение осмотической устойчивости эритроцитов
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •Лабораторная работа №10 Определение концентрации сахара в растворе поляриметром
- •Упражнение 1. Определение удельного вращения сахара и глюкозы
- •Упражнение 2. Определение концентрации раствора сахара
- •Упражнение 3. Исследование зависимости удельного вращения глюкозы от длины волны
- •Контрольные вопросы:
- •Литература:
- •II. Физиология
- •Лабораторная работа №1 Приготовление нервно-мышечного препарата
- •Лабораторная работа №2 Определение значения реобазы и хронаксии
- •Лабораторная работа №3 Регистрация мышечных сокращений
- •Лабораторная работа №4 Оптимум и пессимум частоты и силы раздражения
- •Лабораторная работа №5 Строение мышечной ткани
- •Лабораторная работа №6 Определение степени развития мышц плеча у человека
- •Лабораторная работа №7 Сила мышц и силовая выносливость
- •Лабораторная работа №8 Изучение утомления скелетных мышц
- •Лабораторная работа №9 Регистрация и анализ электрокардиограммы человека
- •Контрольные вопросы:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. Н.П. ОГАРЁВА»
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО БИОФИЗИКЕ И ФИЗИОЛОГИИ
САРАНСК
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОРДОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2010
Лабораторный практикум по биофизике и физиологии: Методические указания для студентов биологического факультета / Мордовский гос.ун-т; Сост. В.В. Ревин, Э.С. Ревина, Е.Г. Костина. - Саранск, 2010.
В методическом пособии дается описание лабораторных работ по основным разделам курса «Биофизика» и по физиологии возбудимых тканей по курсу «Физиология человека и животных». Данное пособие рекомендовано для студентов биологического факультета специальностей «Биология», «Биоэкология», «Биохимия» и «Биотехнология».
Введение
В последние годы для решения как фундаментальных, так и прикладных задач отводится биофизике. Биофизика – это наука, изучающая физические и физико-химические процессы, протекающих в биологических системах на молекулярном, клеточном и организменном уровнях. Данная наука относительно молодая. Она возникла на стыке наук между физикой, химией и биологией. На сегодняшний день она оперирует различными методами исследований, к которым в свою очередь предъявляются высокие требования. Применение биофизических методов должно предполагать сравнительно небольшое количество исследуемого биологического материала. Методы должны также обладать высокой чувствительностью и позволять проводить исследования в условиях, близких к естественным.
Результаты биофизических исследований ложатся в основу анализа конкретных физических процессов и биологических явлений, что можно наблюдать в биохимии, мембранологии, физиологии и т.д. Развитие биофизики в свою очередь стимулирует прогресс определенных направлений физики, химии, математики. Полученные биофизикой результаты позволяют вскрыть механизмы физиологических процессов и объяснить причины наблюдаемых биологических явлений.
I. Биофизика
________________________________________________________________
Лабораторная работа №1 Изучение энергии активации биологических процессов на примере работы Na-, к-атф-азы
Живой организм представляет собой открытую систему, которая постоянно обменивается с окружающей средой веществом и энергией. Вещества, попадающие в организм извне, вступают в сложный процесс физико-химических превращений. В скорость их в отдельных органоидах, клетках и в целом организме играет решающую роль в регулировании жизненного процесса. В связи с этим важное значение приобретает изучение закономерностей протекания в организме химических реакций.
Биологическая кинетика изучает скорость биологических процессов и ее зависимость от концентрации веществ, участвующих в биологических превращениях, а также от внешних условий, в частности от температуры. Такая зависимость понятна, если учесть, что любое химическое превращение, происходит при условии соударения молекул, находящихся в беспорядочном тепловом движении. По мере повышения температуры увеличивается длина пробега молекул и, следовательно, вероятность их столкновения друг с другом. Таким образом, относительное количество молекул, с повышением температуры увеличивается, как и скорость реакции.
Величину, показывающую, во сколько раз возрастает количество активных молекул (а, следовательно, и скорость реакции) при повышении температуры на 100С, называют температурным коэффициентом и обозначают символом Q10 (коэффициент Вант-Гоффа).
Между величиной температурного коэффициента реакции Q10 и той избыточной энергией, которой должны обладать молекулы, чтобы их соударение привело к химической реакции (как называемой энергией активации Е), существует зависимость, которую выражают формулой
Е=0,46•Т1•Т2•lgQ10, (1.1)
где Е – энергия активации, кДж; Т1 и Т2 – температуры, выраженные в градусах абсолютной шкалы с разницей в 100С (Т2= Т1+10); lgQ10 – десятичный логарифм температурного коэффициента (Т0К=t0С+2730).
Приведенной формулой пользуются для определения энергии активации биологических процессов, в том числе секреции желез, пульсации сократительных вакуолей простейших, сокращения мышц и т.д. Для вычисления энергии активации какого-либо биологического процесса необходимо:
1) определить его скорость при двух температурах – Т1 и Т2;
2) найти величину Q10, разделив значение скорости, полученное при Т2, на число, полученное при Т1;
3) найти по таблице логарифмов десятичный логарифм Q10 и подставить в формулу (1.1) значение в градусах абсолютной шкалы.
Энергия активации рассчитывается не только для отдельных реакций и процессов, но и для клеточного и органоидного уровня.
Проведем расчет энергии активации мембраносвязанного фермента Na-,K-АТФ-азы (молекулярный уровень) при разных температурах.