Biofizika faniga muqaddima

Biologik jarayonlar kinetikasi
Biologik jarayonlar kinetikasining nazariy asoslari. Gunberg-Vaage qoidasi
Kimyoviy kinetika nazariyasi asosida kimyoviy reaksiyalar tezligi reaksiya kirishuvchi reagentlarning faol massasiga proporsionaldir, deb ta’kidlovchi Gunberg-Vaage fundamental qoidasi yetadi. Bu qoidani reaksiyaning umumiy tezligini tasvirlovchi ifodaga qo`llash har bir faol massa yoki faollikni (misolimizda konsentrasiyani) reaksiyaning stexnometrik tenglamasidagi koeffisiyentiga mos keladigan darajaga ko’tarishga olib keladi. Eng oddiy misol sifatida quyidagi reaksiyani olamiz: A B ( mahsulot) . A moddalilg parchalanish tezligi uning konsentrasiyasiga [A] ga mutanosibdir, ya’ni : v = d[B]/dt = k1[A]. Bordi-yu, ko’rinishidagi reaksiya olinsa, uning tezligi [A]m va [B]n ko’paytirmasiga proporsional bo’ladi, ya’ni -dP/dt = k2 [A]m [B]n tenglamalardagi proporsionallik koeffisiyenti bo’lmish k2 - reaksiyaning tezlik konstantasini ifodalab, u olingan reagentlar konsentrasiyasi birga teng bo’lgan shartidagi reaksiyaning tezligini aks etitiradi. Tenglamani oldiga qo’yilgan " -" belgi, reaksiya tezligining vaqt e’tibori bilan kamaya borishini ifodalaydi. To’g’ri va teskari yo’lalishdagi reaksiyalar tezlik konstantalarining nisbati kmuv = k +1/k -1 muvozanat konstantasi deb atalib, k+1 > k-1 sharoitda, u to’g’ri reaksiyaning teskari reaksiyadan ustunlik bolishini bildiradi.
Kinetikada birinchi, ikkinchi, uchinchi va nolinchi tartibli reaksiyalar.
Kinetikada reaksiyalar birinchi, ikkinchi, uchinchi, nolinchi va hatto kasr tartibli reaksiyalarga ajratiladi. Reaksiyaning tartibi bu reaksiya tezligining tasvirlovchi tengnamadagi reagentlar konsentrasiyasi darajalarining yigindisidan iborat kattalikdir. Masalan, agarda dP/dt = k[A]1 bolsa, bu yerdagi A ning darajasi 1 ga teng va shuning uchun bunday reaksiya birinchi tartib kinetikaga binoan amalga oshadi. Bordi-yu, dP/dt = k[A]2 bolsa, A ning korsatkichi 2 ga teng, demak, reaksiya ikkinchi tartib kinetikaga bolinadi va nihoyat, dP/dt = k[A]2[B][C]3, bolsa, (aslida bunday reaksiyaning ozi hyech qanday ehtimolga ega emas), u oltilchi tartib kinetikaga mansub bolib chiqadi. Agarda kinetik tenglamada konsentrasiya korsatilmagan bolsa, u holda bunday reaksiyaning kinetikasi nol tartib deb atalib, reaksiya tezligi reagent konsentrasiyasi emas, balki reaksiyaning tezlik konstantasiga bogliq bolib chiqadi, yani dP/dt q k0. Masalan, katalitik reaksiyalarda reagent konsentrasiyasi katalizator konsentrasiyasidan shunchalik katta boladiki, buning natijasida katalizator hamma vaqt reagentga "toyinib", reaksiya maksimal tezlikda kechadi va reagent konsentrasiyasining navbatdagi oshirilishi reaksiya tezligiga tasir eta olmaydi.
Reaksiyalar tezligiga temperaturaning tasiri
Temperatura kotarilganida ximiyaviy reaksiya tezligi kop darajada ortib boradi. Chunonchi, temperaturaning 100 daraja kotarinishi reaksiya tezligining 2 4 baravar ortishiga sabab boladi. Temperaturaning 100ga ozgarishida koriladigan solishtirma tezliklar nisbati reaksiya tezligining temperatura koefsenti deb ataladi. Koeffsiyent qiymatining past (1,5 gacha) bolishi fizik prosesslar (masalan, diffuziya prosseslari) ga xarakterli ekannigi aniqlangan. 3 ga teng yoki bundan kora ortiqroq boladigan bir muncha yuqori koeffisentlar ximiyaviy reaksiyalar bolayetganiga aloqador korsatkich hisoblanadi. Biologik prosesslar muayyan temperaturalar doirasidagina yuzaga chiqishi mumkin. Shu doiralarda prosesslarning tezligi temperaturaga kop darajada bogliq boladi. Temperaturaning kotarilishi biologik reaksiyalar tezligining bir qadar ortib borib, malum bir optimal temperaturada eng katta miqdorga yetishiga sabab boladi. Temperaturaning yanada kotarilib borishi reaksiya tezligining pasayib ketishiga olib keladi Mazkur reaksiya uchun maksimal hisoblanadigan malum bir temperaturada reaksiya toxtaydi.
Biologik tizimlarning matematik modellashtirish
Ochiq biologik sistemalarning eng muhim o’ziga xosliklaridan biri, ularda stasionar holatning (sistema parametrlari doimiyligining) qaror topishidir. Stasionar holatlararo o’tish jarayonlarining kinetik tiplari o’zaro farqnaladi: overshut (oshiqcha chetlashish), yolg’on start va tebranmali rejim. Ochiq sistemalarning bunday xossasini oddiy kirish va qismida klapinlari bor, hamda aks aloqa sistemasi bilan ta’minlangan suvli rezervarlardan iborat Barton gidrodinamik modelda namoyish etish mumkin. qaysiki, unda o’sha soddalashtirilgan holda, tirik hujayradagi stasionar holatning saqlanishini ta’minlovchi kinetik mexanizmlarning deyarli hamma analoglari mavjud. Ammo, biologik sistemalar hatti - harakatini matematik modellash muammolari ancha murakkabdir. quyida biz biologik jarayonlar kinetikasi hamda ularning muhim xossalarini modellashga doir asosiy qoidalar va yondashishlarni ko’rib chiqamiz.
Biologik jarayonlar kinetikasi biofizikaning bir bo’limi sifatida sistema tarkibiy qismlari ta’sirlashishlariga doir ma’lum bo’lgan qonuniyatlar asosida, uning hatti - harakatini zamonaviy tekshirish bilan shug’ullanadi. Kinetik sistemani, o’lchanishi mumkin bo’lgan kattaliklar orqali ifodalangan vaqtning har bir momentida, muayyan son kattaliklari ega bo’luvchi o’zgaruvchi kattaliklar va bir qator parametrlar majmuali tarzda xarakterlash mumkin. Parametrlar sistema ustida o’tkazilayotgan kuzatishlar davomida o’zgarmasdan saqlanadigan kattaliklardadir, vaqt davomida o’zgaradigan kattaliklar o’zgaruvchandir. Biologik sistemalardagi o’zgaruvchi kattaliklarga o’lchanishi mumkin bo’lgan kattaliklar: biokimyoda - metabolitlar konsentrasiyasi, mikrobiologiyada - mikroorganizmlar soni yoki ularning biomassasi, ekologiyada - turlarning soni, biofizikada - membranaviy jarayonlar membrana potensiali kattaligi va h.k. Parametrlarga ega harorat, pH, membrananing elektr sig’imi, namlik va h.k. misol bo’ladi.
Avtotebranmani jarayonlar.
Glikoliz va fotosintez oraliq mahsulotlarining tebranib turishi hamda biologik "soat" asosida yotgan biokimyoviy reaksiyalar davriyligini tekshirish natijasida tebranmali biologik jarayonlarga bolgan qiziqish ancha kuchaydi. Tebranmani ozgarishlarga barcha hollarda ham qandaydir tashqi tasir emas, balki sistemaning oz ichki dinamik xossalari sabab boladi. Bunday sistemalar avtotebranmali sistemalar . deb ataladi. Davriy faza tekisligidagi berk egri chiziq mos keladi. Agarda mazkur berk egri chiziq izomerlangan bolib, unga tashqari yoki ichkaridan qoshni trayektoriyalar spiral boylab yaqinlashsa, bunday izomirlangan tarektoriya barqaror cheklovchi . sikl hisoblanadi. Sistema uncha katta bolmagan galayon holatiga keltirilganda, u bari bir cheklovchi sikl trayektoriyasiga qaytadi. Uni umuman, beqaror hisoblanadigan "markaz" alohida nuqta atrofidagi trayektoriyadan farqlantiruvchi muhim oziga xoslik ham aynan mana shunda. Cheklovchi siklning trayektoriya boylab harakatlanish davri va tebranish amplitudasi boshlangich shartlarga bogliq bolmaydi.