Цель работы.

Министерство образования и науки российской федерации

Сургутский государственный университет

В. М. Еськов,

О.В. Климов,

М.А. Филатов

БИОФИЗИКА

Учебное пособие для студентов биологического факультета СурГУ (курс лабораторно-практических работ)

Часть II

Сургут-2007

УДК 167/168-005; 517.997; 519.25; 57.081; 57.084/.085; 616-092.4(57+61)

ББК 3208Е75

Данное издание является 2-й частью лабораторно – практических работ по биофизике. Учебное пособие направлено на практическое изучение студентами вопросов электрогенеза и биофизики сложных систем (нейросети, анализаторы, работа мышц и синергетика биосистем). Издание рассчитано на студентов биологических факультетов, а также учащихся профильных старших классов (элективные курсы по естествознанию) и для учителей (в качестве учебного пособия).

Под редакцией ЗДН РФ, д.б.н., д.ф.-м.н., профессора В.М. Еськова

Рецензенты:

академик РАМН,

доктор медицинских наук, профессор В.Г. Зилов

Член-корреспондент РАН,

заслуженный деятель науки РФ,

доктор биологических наук, профессор Г.С. Розенберг

Лабораторная работа № 2.1.

ЭЛЕКТРОЁМКОСТЬ БИОМЕМБРАН.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ

Цель работы.

Обучаемый должен знать:

1. Основные законы электростатики, понятия напряженности (Е) электрического поля (ЭП), потенциала (U), связь между E и U, понятие электроёмкости (С) различных тел и электроёмкость мембран.

2. Определение С для сферы и плоских конденсаторов, основные законы последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

3. Строение и электрические свойства мембран, способы получения искусственных биомембран, механизм функционирования электрических органов рыб.

Обучаемый должен уметь:

1. Экспериментально определять электроёмкости различных тел.

2. Проверять законы последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

3. Определять ёмкостные свойства биотканей.

Практическое значение

Рассматриваемые явления лежат в основе жизнедеятельности всех клеточных организмов, т.к. все биомембраны имеют барьерные функции и, следовательно, обладают ёмкостными свойствами. Отметим, что ёмкостными свойствами обладают и тканевые мембраны (кожа, гематоэнцефалический барьер и т.д.). Изменение ёмкостных свойств клеточных и тканевых мембран- причина многих патологических состояний и болезней человека, животных, растений. Знание законов последовательного и параллельного соединения ёмкостных элементов дает возможность понимать морфофункциональные свойства клетки и многоклеточных организмов, их поведение в естественных и искусственных электрических полях (физиотерапия!)– ЭП.

Бюджет времени

На изучение темы отводится 9 часов. Из них 4 часа- лекции, 2 часа- лабораторные занятия и 3 часа- на самоподготовку.

Литература

1. Ревин В.В., Максимов Г.В., Кольс О.Р. Физиология и биофизика мембранных процессов.- Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1995.- 96с.

2. Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко А.Я., Деев А.И. Биофизика. - М.: Медицина, 1983.- 272с.

3. Болдырев А.А., Котелевцев С.В., Ланис М. и др. Введение в биомембранологию.- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990.- 208с.

4. Албертс В., Брей Д., Льюис Дж. и др Молекулярная биология клетки.- М.: Мир, 1986.

5. Рубин А.В. Биофизика: В 2 кн.- М.: Высш. шк., 1987.- Кн.1

6. Бергельсон Л.Д. Биологические мембраны.- М.: Наука, 1975.- 184с.

Методические указания по 1- му этапу

" Самоподготовка"

Цель этапа.

1. Повторить исходную информацию из школьного курса;

2. Изучить и проверить свои знания по новой информации из лекционного курса.

Проверка уровня знаний.

Для изучения темы необходимо возобновить старые знания, связанные с понятиями электростатики и выучить новый материал, используя конспект лекций и вспомогательную литературу.

Для самоконтроля необходимо ответить на вопросы и решить следующие вопросы.

1. Причины возникновения ЭП. Явление трибоэлектричества. Силовые линии ЭП.

2. Напряженность Е ЭП. Единицы измерения. От чего зависит Е для точечного заряда?

3. Влияние среды на Е. Что такое поляризация среды? Охарактеризуйте основные виды поляризации.

4. Понятие потенциала для ЭП. Потенциал точечного заряда (вывод).

5. Какова связь между U и E? Понятие однородного поля.

6. Что такое электроёмкость ЭП? Вывод формул С для сферы и для плоского конденсатора.

7. Вывод законов последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

8. Понятие электроёмкости биомембраны. От чего она зависит?

9. Почему у биомембран большие электроёмкости? Объясните!

10. Разность потенциалов между наружной и внутренней средой клетки 40мВ. Каков заряд на мембране, если её площадь S=0, 001 мм², толщина d=10^{-8 мм, а диэлектрическая проницаемость} e=10⁴? Определить плотность зарядов на мембране G для данного случая.

11. Какова электроёмкость мембраны, если на частоте 50 Гц её сопротивление составляет R=1000 Ом?

Методические указания по 2-му этапу

" Выполнение работы"