Biofizica Bun

7/29/2019 Biofizica Bun

1/11

Biofizica este tiin a care studiaz fenomenele fizice din sistemele biologice cu ajutorul teoriilor si tehnicilor fizico-matematice. Se ocup de 3 problemefundamentale:

1. Studierea fenomenelor fizice implicate n func ionarea sistemelor biologice

2. Folosirea tehnicilor fizice pentru cercetarea unor probleme de biologie

3. Cercetarea efectelor biologice ale factorilor fizici

Apari ia biofizicii este o consecin a folosirii din ce n ce mai largi a tehnicilor fizice n tiin ele biologice, n medicin, a necesit ii unei abordri cantitative i analitice a fenomenelor biologice.

nclinarea omeneasc de a explica func ionarea organismului s-a conturat nc din antichitate. Astfel n antichitate erau folosite fenomenele i factorii fizici n vederea prevenirii i vindecrii unor maladii. Astfel antichitatea roman cuno tea talasoterapia, popoarele bazinului mediteranean foloseau plaja i solarul con tien i de efectul razelor UV. n evul mediu se remarc Leonardo da Vinci cu studii asupra zborului psrilor, preocupri pe care le ncadrm azi n

biomecanic. n sec. XVIII se remarc L. Galvani prin observa iile sale asupra

excitabilit ii mu chiului de broasc. n sec. XIX Helmholtz a msurat viteza influxului nervos. n sec. XX, men ionm lucrrile lui Danielli asupra structurii membranelor biologice, apoi G. Palade a ini iat aplicarea microscopului electronic n cercetarea biologic.

Rela ia Biofizicii cu alte tiin e:

1. tiin e fizice: Fizica, Chimia, Biochimia

2. Cibernetica

3. tiin e bio-medicale: Genetica, Fiziologia, Fiziopatologia, Clinica medical

4. Problematica special: Principii i mecanisme fizice ale func ionrii sistemelor biologice, Interac ia sistemelor biologice cu factorii fizici ambien i

5. Metode: Experimentale, Teoretice

6. Aplica ii: Clinice, Agrozootehnice, Industriale

Notiuni de fizica moleculara a lichidelor


2/11

Forte si legaturi intermoleculare n lichide.

Moleculele lichidelor interac ioneaz n general prin forte de tip Van de Waals.Legaturile Van der Waals se ntlnesc n cazul dipolilor electrici. ntr-un dipol

electric centrul sarcinilor pozitive nu coincide cu cel al sarcinilor negative.Moleculele pot fi dipoli instantanei pentru un interval de timp foarte scurt, dar,prin mediere n timp, acest comportament dipolar dispare n cazul moleculelorperfect simetrice. n general, moleculele se pot comporta ca dipoli permanentisau indusi (n prezenta unor cmpuri electrice exterioare moleculele nepolare potdeveni dipoli indusi). Dintre dipolii permanenti se pot mentiona apa, lipidele,

proteinele etc.

Fig. 1

Interactiile Van der Waals pot fi, n functie de caracterul dipolului, de tip:

- dipol instantaneu dipol instantaneu;

- dipol instantaneu dipol permanent;

- dipol permanent dipol permanent.

Un alt tip de legaturi ntlnite la lichide sunt cele coordinative (maiputernice). n acest caz exista o suprapunere partiala a norilor electronici aimoleculelor. ntre moleculele lichidelor exista si forte de repulsie datoraterespingerii sarcinilor de acelasi fel.

n functie de natura legaturilor pe care le contin, lichidele sunt:

- simple (contin numai legaturi Van der Waals exemplu, alcoolul);

- complexe (n afara legaturilor van der Waals contin si alte legaturi, maiales de tip coordinativ exemplu, apa).
http://lumeastiintei.com/wp-content/uploads/2010/03/Untitled3.png


3/11

Un grup special l constituie cristalele lichide n care legaturile intermolecularerealizeaza structuri ordonate unidimensional si chiar bidimensional, extinse pedistante mari

Tipuri de legaturi moleculare in lichide Legaturi Van der Waals

dipol permanent dipol permanentdipol indus dipol indusdipol permanent dipol indus

Legaturi de hidrogen (H) (coordinative) Interactii ion-ion Interactii ion-dipol

Dipoli

Dipoli permanenti: Molecule in care exista o distributie permanenta a sarcinilorpozitive spre unul din polii moleculei si a sarcinilor negative spre celalalt pol(molecule polarizate permanent)Dipoli indusi: Molecule nepolarizate permanent, dar care devin polarizate subinfluenta unui cmp electric extern

Legturi van der Walls

Legturi de hidrogen


4/11

Modele moleculare ale starii lichide

Modelul cinetico-molecular

Lichidele sunt considerate gaze foarte comprimate

Aplicabil doar lichidelor formate din molecule monoatomice Modelul cristalin

Lichid format din celule identice, ocupate de o moleculaMoleculele pot trece dintr-o celula in alta Modelul vacantelor fluidizante

In lichid exista goluri = vacante fluidizanteVacantele au o miscare similara cu agitatia termica

Numarul de vacante pe unitatea de volum=nr. lui AvogadroModele moleculare ale strii lichide


5/11

Cristale lichide: Sunt faze intermediare (mezofaze), anizotrope, de trecere dela solid la lichid pentru anumite substante.Au proprietati: de lichid fluiditatea,de solid(cristalin) structur ordonat spa ialTipuri de Cristale lichide Termotrope : tranzitia la faza de cristal lichid este influentata de temperatura

NematiceSmectice(ex: mielina)

Colesterice sunt optic active (ex: colesterolul) Liotrope : tranzitia la faza de cristal lichid e influentata de concentratie

(si mai putin de temperatura). Exemplu: Membranele celulare

Cristale lichide termotrope


6/11

NematiceMoleculele ordonate cu axul mare paralel

Nu se diferentiaza straturiOptic active SmecticeMoleculele ordonate cu axul mare paralelOrdonare in straturi care pot aluneca unul peste celalalt

ColestericeMoleculele orientate paralel intr- un stratStructura helicoidalaOptic active

Isi schimba culoarea in functie de temperatura: reflecta lumina cu lungimea deunda = pasul helicoidei (p), Temperatura modifica pasul helicoide.


7/11

Cristale lichide lipotrope

Molecula de apa

Structura moleculei de ap

1H: 1s1; 8O: 1s22s22p4

. .H : O: ;. .

H

. .H O: ;

H

H2O


8/11

Atomul de oxigen este legat covalent de cei doi atomi de hidrogen, ntreoxigen i fiecare hidrogen este o distan de 0,99A.Direc iile celor dou legturi O-H formeaz ntre ele un unghi de 105grd.Cei 10 electroni ai apei sunt distribui i astfel nct densitatea electronic

maxim se afl n vecintatea atomului de oxigen, n consecin centrul sarcinilor pozitive nu coincide cu cele negative, n consecin molecula de ap se comport ca un dipol electric.

Structura moleculei de ap

Aranjament spa ial tetraedric, Dipol electricApa poate exista in trei stari de agregare:

solida - gheata;lichida - apa;gazoasa - vaporii de apa.Apa n stare lichid


9/11

Modele ale apei lichide: Modelul retelei cristaline partial distruse: Datorita agitatiei termice unele

legaturi de H se rup, apar domenii microcristaline intre care circula moleculelibere

Modelul gramezilor temporare: cooperativitate in formarea si desfacerealegaturilor de H, apar domenii dinamice

Modelul domeniului unic: modelul actual; un domeniu unic cudiscontinuit i locale

Modelul actul:forma i dimensiunile grmezilor de molecule se schimb n permanen ca urmare a formrii i ruperii continue de legturi de hidrogen.

Apa in stare solida:

Forme diferite de cristalizare, in functie de temperatura, presiune,existenta unor nuclei de cristalizare Cele mai comune forme, la presiune atmosferica: Gheata hexagonala

(temperaturi -80 0 C), Gheata cubica (temperaturi < -80 C) Legaturile de H formate sunt permanente

Ghia a hexagonal


10/11

Ghia a cubic

Proprietatile fizice ale apei.Rolul apei n sistemele biologice.

Proprietatile fizice ale apei. Apa are proprietati fizice speciale, care seexplica prin caracterul ei dipolar si prin capacitatea de a forma legaturi de H.Dintre cele mai importante pentru sistemele biologice se pot mentiona:

- caldura specifica mult mai mare dect cea a oricarei substante solide sau

lichide, este foarte importanta n procesele de termoreglare la nivelul


11/11

organismului viu. De exemplu, eforturi musculare intense ar putea duce lao suprancalzire.

- conductibilitate termica de cteva ori mai mare dect cea a majoritatiilichidelor : amortizor termic al apei n organism;

- caldura latenta de vaporizare mult mai mare dect a altor lichide: factordeterminant al homeotermiei (transpiratie);- densitate maxima la 40C importanta pentru viata acvatica- constanta dielectrica foarte mare favorizeaza disociatia electrolitica- tensiune superficial mare (fenomene interfaciale, capilaritate)

Rolul apei n sistemele biologice: apa este un component major al materiei vii.

Date privind compozi ia n ap a unor esuturi i organe: creier 77%, ficat 75%, plmn 81%, inim 77%, rinichi 78%, mu chi 76%, dinte 9%, os 43%, pr 4%. Organismul uman are un mare continut n apa (65-70%). O mare

parte a apei din organism manifesta proprietti fizice deosebite: se evaporafoarte greu, ngheata la temperaturi mult sub 00C, nu dizolva cristaloizii, nu

participa la osmoza aceasta este apa legata. Existenta apei legate se explicaprin prezenta unui mare numr de specii moleculare, macromoleculare si ionice,care structureaz apa din jur. O mare parte a apei intracelulare prezint un gradsuperior de ordonare. Aceasta ordonare are un rol important n desfsurarea

proceselor celulare (excitatie, contractie, diviziune, secretie etc). O serie destudii au artat ca apa este compartimentalizat: exista apa libera, apa partial

legata si apa legata, fiecare din aceste compartimente avnd proprietti specifice.

Modificri biologice induse de deuterizarea apei intracelulare

Rolul deosebit de important pe care l joac apa n structura i func ia sistemelor biologice poate fi apreciat i dup efectele produse de nlocuirea apei cu apa grea. Analiznd structura molecular a apei grea, arat un grad deordonare mult mai ridicat. Propriet ile fizico chimice ale apei grea depind de faptul c deuteriul realizeaz legturi coordinative mai puternice cu elementeleelectronegative de tipul O sau N i acest fapt ar putea avea ca rezultat realizarea n celul a unor complexe ap-proteine mai stabile. nlocuirea apei cu deuteriulduce la disocierea rspunsului electric de cel mecanic n fenomenul contrac iei musculare, for a de contrac ie scade. La nivelul miocardului apar modificri

profunde evidente pe ECG. La nivelul fibrei nervoase, cre te pragul de excitabilitate al fibrei nervoase.

Biofizica Bun

Documents

Transcript of Biofizica Bun