Lektsiya№1 Tema. Biofizika pa`nine kirisiw,maqseti, vaziypalari,rawajlaniw tariyxi. Lektsiyanin` jobasi

Lektsiya№1

Tema. Biofizika pa`nine kirisiw,maqseti, vaziypalari ,rawajlaniw tariyxi.

Lektsiyanin` jobasi.

1. Biofizika pa`ninin` predmeti ha`m wfziypalari.

2. Biofizika pa`ninin` rawajlaniw tariyxi.

3. Biofizikanin` biologiya pa`nleri arasinda tutqan orini.

4. Biofizikanin` basqa pa`nler menen o`z-ara baylanislari.

5. Biofizikanin` ilim izertlew usillari.

Tirek tayanish so`z dizbekleri.

Biofizikanin` predmeti, izertlew ob`ektleri, o`z orini, a`hmiyeti. Biofizikanin` formalaniwinda basqa pa`nlerdin` tutqan roli ha`m o`zine ta`n o`zgesheligi. Biofizika kursinin` mazmuni. Respublikamizda biofizika bag`darinin` payda boliwi ha`m rawajlaniwi.

Biofizika uliwma biologiya tarawinin` biologiyaliq sistemalarda o`tetug`in ha`m olardin` iskerligi tiykarinda ju`zege keletug`in fizikaliq ha`m fiziko-ximiyaliq protsesslerdi tekseriwshi fundamental pa`nlerdin` bir ibolip esaplanadi.

Biofizikanin` tiykarg`i printsiplerinen biri–biologiyaliq nizamlardin` fizika, ximiya, a`sirese fizikaliq ximiyanin` uliwmaliq nizamlarina tiykarlanip, olardin` o`zine ta`n rawajlaniw jolinin` bar ekenligin tastiyiqlawdan ibarat. Bunday jag`dayda tek g`ana, biologiyaliq protsesslerge ta`n` emes protsessler termodinamikasi ko`z qarasinan aniq bolip ko`rinedi.

Biofizika pa`ni uzaq waqitlar dawaminda, og`an quramali ha`m joqari sezgirlikke iye u`skeneler, a`meliy jaqinlasiwlar, bir qatar jag`daylarda bolsa fundamental teoriyalar using`an aniq pa`nlerdin` «atqariwshisi» bolip keldi. Joqari da`rejede ajirata aliw qa`siyutine iye elektron mikroskop, spektroskopliq ha`m elektrometrlik o`lshew a`sbaplari, esaplaw texnikasinin` qu`du`retli texnikalari ha`m basqalar solar qatarina kiredi. Biofizikaliq ilimiy izertlewlerdin` rawajlaniwi joqarida aytip o`tilgen usillardin` texnikaliq jaqtan ta`miyinleniwi ha`m de olardin` biologiyaliq ob`ektlerdin` o`zine ta`n qa`siyetlerine beyimlestiriwin talap etedi.

Biofizikanin` tiykarg`i bo`lmleri–biologiyaliq protsessler kinetikasi ha`m termodinamikasi, biopolimerler strukturasi ha`m funktsiyasi, kletka biofizikasi, elektrofiziologiya, bioenergetika, fotobiologiyaiq protsessler biofizikasi h.t.b. bo`limlerden turadi.

Solay etip, biofizika ayirim molekulalardin` du`zilisi ha`m funktsiyasin u`yreniwden baslap biosfera da`rejesine shekem bolg`an gradatsiyalarda bolip o`tetug`in protsesslerdi tekserip, olardin` mexanizmlerin ha`m ishki dinamikasin tu`sindiriwdi o`z aldina maqset etip qoyadi.

Adaptatsiya mexanizmleri, energiya almasiw, ion gemostazinin` basqariliwi, kletka ishi signalizatsiya protsessleri, fotomorfogenezdi sistemalar da`rejesinde tekseriw, qolayli ekologiyaliq modeller du`ziw ha`m basqalarda biofizikaliq izertlewlerdin` aktual bag`darlarin ja`mlestiredi. Solay etip, biofizikanin` ha`zirgi zaman biologiyasinin` garmonikaliq ko`rinisin qa`liplestiriwge qosatug`in salmaqli u`lesi tirishilik iskerliginin` tiykarin qa`liplestiriwshi en` a`hmiyetli fizikaliq ha`m fiziko-ximiyaliq protsesslerdin` a`xmiyetin aship beriwden ibarat.

Biofizika tez pa`t penen rawajlanbaqta ha`m ol ha`zirgi zaman biolgiyaliq du`n`ya qarastin` formalaniwinda a`hmiyetli rol oynaydi. Ha`zirgi da`wirde, biofizikaliq ma`selelerdin` jetiliwi, ekologiya ha`m biologiyanin` bir qatar a`meliy bo`limleri, teoriyaliq ha`m a`meliy meditsina ha`mde awil xojalig`indag`i jetiskenliklerdin` za`ru`riy sha`rti sipatinda ta`n alinbaqta. Biologiyaliq ma`seleler qatarina biofizikanin` kirip keliwi, onin` menen bekkem baylanisqan ko`p g`ana pa`nlerdi ha`r ta`repleme baratirg`anina hesh qanday gu`man joq.

Biofizikanin` tiykarg`i izertlew ob`ekti bolip-tiri organizm esaplanadi. Sonin` ishinde meditsinaliq biofizika adam organizminde o`tetug`in fiziologiyaliq, bioximiyaliq xizmet parametrlerin fizikanin` ha`m ximiyanin` nizamlari tiykarinda tu`sindiredi. Meditsinaliq biofizika to`mendegidey bo`limlerden turadi:

1. Biologiyaliq termodinamika

2. Kvantliq biofizika

3. Molekulyarliq bifizika

4. Fiziologiyaliq, biofizikaliq qubilislardin` modelin jasaw.

5. Biologiyaliq membrananin` xizmetinin` quramina baylanislilig`i.

6. Kletkanin` membranasi arqali zatlardin` passiv ha`m aktiv o`tkeriwshen`lig.

7. Organlar ha`m toqimanin` epitelyasi arqali zatlardin` tasiliwi.

8. Kletkada elektrlik qubilistin payda boliwinin` mexanizmi.

9. Organlar menen toqimalardin` sirtqi elektrlik maydani.

10. Biomexanikaliq qubilislar.

11. Qannin` qan tamirlar boylap ju`riwindegi gemodinamikaliq protsessler.

12. Retseptorlardin` biofizikasi yag`niy ko`riw, esitiw qubilislarinin` biofizikaliq ta`replerin u`yreniw.

Mine solay etip meditsinaliq biofizika Adam organizinde o`tetug`in kletkaliq, toqimaliq, organliq, organizmlik da`rejedegi quramali xizmet parametrlerinin` iske asiwinda fizika nizamlarinin` ornin, bul quramali qubilislardin` biofizikaliq mexanizmlerin izertleydi.

Biofizika ilimin salistirmali da`rejede jas ilimler qatarina kirgizedi. Biraqta bul ilimnin` tamiri erterekten rawajlana baslag`an. 1756 jili rustin` ulli ilimpazi M.V.Lomonosov birinshilerden bolip ren`li ko`riwdin` gipotezasin using`an edi edi. Usi jillari Peterburg universiteinin` professori L.Eyler qannin` qan tamir Lar boylap ju`riwinin` matematikaliq tiykarlarin, keyin ala rustin` ulli ilimpazi I.M.Sechenov (1829-1905) qannin` biomexanikasin ha`m gazlerin izertleydi. K.A.Temiryazov foosintez qubilisin ashiw menen fotofizika iliminin` tiykarin saldi. 20-a`sirdin` baslarinda biofizika tarawinda russtin` ulliilimpazi A.F.Samoylov (bioakulistika), P.P.Lazerv (qoziwdin` ionliq teoriyasi), V.Yu.Chagovets (biopotentsialdin` ionliq teoriyasin), N.K.Kol`tsov morfogenezde u`stingi ta`reptin` tartiliwinin`, ionlardin` ha`m suyiqliq reaktsiyasinin` orni haqqindag`i ilimiy izertlew jumislarin ju`rgizdi. Na`tiyjede bul ilimpazlar biofizikanin` ilim retinde kelip shig`iwina o`zlerinin` salmaqli u`leslerin qosti.

Kletka membranasinin` quramin ha` xizmetin izertlew onin` uliwmaliq xizmet parametrlerin u`yreniwge mu`mkinshilik beredi. 1930-1935-jillari F.Danielli ha`m G.Davsonlar biomembrananin` eki qabatli lipidli quraminan eki ta`repinen globulyarliq belokli qabat penen qaplanadi degen gipotezani ko`rsetti.

1950-jillarg`a kelip (20-a`sirde) elektronliq mikroskop ja`rdeminde kletka membranasinin` qalin`lig`i 10 nm da`rejesinde u`sh qabattan turatug`inlig`i, al 1964 jili Djek Robertson membrananin` assimetriyaliq quraminin` unitarliq sxemasin usindi. Bul teoriyag`a muwapiq membranadag`i fosfolipidlerdin` zaryadlang`an baslarinin` elektrostatikaliq ku`shler menen ta`siri na`tijesinde beloklar eki lipidlik qabatlardin` u`stine shig`ip aladi, na`tiyjede lipoproteyitlik qabatti, uglevodlar menen baylanisip glyukoproteydlik qabatlardi payda etedi, na`tiyjede membrananin` da`neshe formasi payda boladi. Bul jetiskenlikler kletka membranasinin` u`sh qabatli teoriyasin qayta qarawg`a alip keldi.

1966-1970 jillari Djek Lenard ha`m S.Singer ta`repinen membrananin` lipidlik qabatinin` u`stingi ta`repinde ornalasip turmastan, al olar ayirim globulyarliq molekulyarliq tu`rinde lipidlik qabattin` u`stinde «ju`zip» ju`redi dep «suyiq mozaykali» gipotezasin usindi. Bul ilimpazlardin` jetiskenliklerinen paydalana otirip Dj.Vandernoy, D.Grin (1970) membrananin` beklokliq kristallq modelin usinadi. 1960-jillari Amerikali fiziologlar Xodjkin ha`m Xaksli membrananin` xizmetin, elektrolitlerdin` o`tkeriwshen`lik qa`siyetlerin izertlep, Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup>, Sa<sup>2+</sup> nasoslarinin` xizmetlerin izertleydi, na`tiyjede membrananin` saylandi o`tkeriwshen`lilik xizmetin aniqlap, membranaliq potentsialdin` payda boliw mexanizmin aship ko`rsetedi.

TashMUda 1962 jili akademik E.X.Turakulov basshilig`inda bioxmiya ha`m biofizika kafedrasinin` ashiliwi O`zbekstanda biofizika iliminin` payada boliwinda ha`m rawajlaniwinda u`lken salmaq qosti. 1979-jilg`a kelip, usi kafedradan akademik B.O.Tashmuxamedov basshilig`inda biofizika ha`m qorshag`an ortaliqti qorg`aw kafedrasi ajiralip shiqti.

Biologiyaliq membranalar arqali ionlar transporti ham biologiyaliq aktiv zatlardin` ta`sir etiw mexanizmleri usi biofizika mektebinin` tiykarg`i ilimiy bag`dari esaplanadi.

Qadag`alaw ushin sorawlar

1. Biofizikanin` sipatlamasi, izertlew ob`ekti, o`zine ta`n ta`repleri.

2. Biofizikanin` basqa pa`nler menen o`z-ara baylanislari.

3. Biofizikanin` rawajlaniw tariyxi.


Lektsiya№2
Tema: Biologiyaliq protsessler termodinamikasi.

Lektsiyanin` jobasi.

1. Termodinamikanin` birinshi nizami.

2. Termodinamikanin` ekinshi nizami.

3. Termodinamikaliq potentsiallar.

4. Entropiyanin` ha`r qiyli xarakteri.

5. Gel`mgol`ts ha`m Gibbetin` erkin energiyasi.
Termodinamikanin` birinshi nizamna muwapiq, sistema ta`repinen sirtqi ortaliqtan jutilg`an issiliq Q onin` ishki energiyasin o`zgertiw dU ha`m sistema ta`repinen atqarilatug`in (ko`lemdi o`zgertiw dV ushin sirtqi R-basimg`a qarsi atqarilatug`in jumis RdV ha`m de ximiyaliq o`zgerisler menen bolip o`tetug`in maksimal` paydali A_max jumistan ibarat) uliwma jumisqa A qa sariplanadi.

Q = d U +A, bul jerde A = rdV + A_max yamasa Q = dU +hdV + A_max (a`)

Bunda, sistemadag`i issiliq mug`darina say, jan`a jag`day funktsiyasi - ental`piya

(N = U + rV) ni kirigiziw paydali, yag`niy

dN = d U + rdV.

Tap usi jan`a funktsiya, termoximiya nizami (Gess nizami) tiykarina kirip, usig`an tiykarlana otirip ximiyaliq reaktsiyanin` issiliq effekti - Q reaktsiyasinin` da`slepki zattan reaktsiya o`nimine shekem basip o`tken joli emes, ba`lki, tek g`ana aqirg`i ha`m da`slepki jag`daylar entalpiyalari arasindag`i ayirmashiliq penen belgilenedi. Usi joqaridag`i nizam ja`rdeminde organizmde o`tetug`in quramali bioximiyaliq reaktsiya­lardin` issiliq effektin, onin` basqishlari haqqinda tu`siniklerge iye bolmay turip, tek g`ana da`slepki ha`m aqirg`i o`nimlerge tiyisli mag`liwmatlar tiykarinda aniq esaplap tabiw mu`mkin. Gess nizami awqat o`nimlerinin` kalloriyasin esaplawda da qollaniladi.

Termodinamikanin` birinshi nizaminin` ta`jiriybede tekseriliwi, arnawli kalloriya­metrlerde, metobolizm protsesslerinde organizmnen sirtqa shig`arilatug`in issiliqti o`lshew joli menen a`melge asirilg`an. Ma`lim bolg`aninday, organizm ta`repinen bir sutka dawaminda ajiratilg`an issiliq (1859 kkal), onin` qabil etken awqat o`nimlerinde to­plag`an energiyag`a (1879 kkal) say keledi. Usinday etip sipatlang`an bul-nizam organizm anaw yaki minaw tu`rdegi energiyanin` erkin orayi emes degen juwmaqqa alip keledi.

Termodinamikanin` ekinshi nizami. Ten` salmaqlaniwshi (qaytimli) protsesslerde en­tropiyanin` kishkene mug`darda o`zgeriwi dS - sistema ta`repinen jutilg`an issiliqqa Q/T ten`, yag`niy dS = 0 bolsa, ten` salmaqlanbag`an (qaytimli emes) protsesslerde bolsa dS  0 Uliwma

dS  Q/T.

Demek, izolirlengen sistemalarda o`tetug`in qaytimli protsesslerde

dQ = 0, qaytimli emes protsesslerde bolsa dS  0 boliwi menen xarakterlenedi. Tap usinin` o`zi izolirlengen sistemalarda entropiyanin` maksimal mug`dar ta`repke qaray o`sip barip, termodinamikaliq ten` salmaqliq qarar tabiwi menen onin` maksimumg`a umtiliwi qaytimli emes protsessler evolyutsiyasinin` kriteriyasi esaplanadi. Entropiyanin` o`siwi sistema ta`rtiplengenliginin` kemeyiwin bildiredi.

Entropiyanin` itimalliq xarakteri. Entropiya sistemanin` makroskopiyaliq da`rejedegi ta`rtipsizligine emes, molekulyar xaostin` da o`lshemi esaplanadi. L.Bol`tsman ha`r qanday makroskopiyaliq jag`day entropiyasi S, usi jag`day orinlaniwinin` itimallig`i menen baylanisli dep pikir etedi. Bir makro jag`day ko`p sanli mikro jag`daylar orinlaniwi na`tiyjesinde iske asadi. Tap usi san termodinamikaliq itimalig`i dep ataladi. (Ol ma­tematikaliq itimalliqtan pariqlanip, pu`tin ha`m u`lken sanlar menen sipatlanadi.) En­tropiya menen termodinamikaliq imtimalliq ortasindag`i baylanis formula S=kLnw arqali sipatlanip, bul jerde k - Bol`tsman turaqlisi (k = 1,3806 x 10^-23 Dj/K).

Bioximiyaliq protsessler energetikasi esap - kitabinda Gel`mgol`ts erkin energiyasi (G`) G` = U – TS ha`m toliq termodinamikaliq potentsial, yag`niy Gibbs erkin energiyasi G = U + rV – TS u`lken a`hmiyetke iye.

Egerde protsess T, V = const sha`riyatinda o`tse, ol jag`daylar maksimal jumis A<sub>max</sub> ≤ - d(U -TS) = Tds - d U = -(dF)<sub>TV</sub> T, r = sonst sha`riyatinda bolsa,

A_max ≤ - d(U+rV -TS) = Tds - d U – rdV=- (dG)_t,r

bolip, ten`sizlik jag`dayi protsessinin` qaytimsiz ekenin bildiredi.

Solay etip, qaytimsiz protsesslerde, maksimal paydali istin` A<sub>max</sub> atqariliwi, Gelmgolts yamasa Gibbs energiyasinin` kemeyiwi menen bolip o`tedi. Esletip o`temiz, a`dettegi bioximiyaliq o`zgerisler o`zgermeytug`in ko`lem sha`riyatinda (dV = 0) a`melge asadi ha`m sonin` ushin bunday jag`daylarda dG` ha`m dG, birdey u`lkenlikke iye boladi. Demek klassikaliq termodinamika ha`r qiyli biologiyaliq protsesslerdin` energiyaliq effek­tivliligin esaplaw ha`m de usi tiykarinda o`tiw imkaniyatin aniqlawg`a ja`rdem beredi.

∆G ha`m ∆@ ti aniqlawdin` ha`r qiyli usillari bolip, olar fizikaliq ximiya kuri­sinda toliq ko`zden o`tkeriledi. Misali: sistemadag`i eki quram bo`limler redoks poten­tsiallar ayirmashlig`i (∆E, V) belgili bolsa, elektronnin` redoks potentsiali shep quraminan, redoks potentsiali on` quramg`a o`tiw mu`na`sebeti menen olarg`a say keletug`in erkin energiya o`zgeriwin (∆G<sub>0</sub>) esaplap tabiwi mu`mkin.

∆G_o=nG`∆E, bul jerde n-o`tken elektronlar sani, G` -Faradey sani (96,5 kDj/V). Bunnan tisqari ol yaki bul reaktsiya dawaminda aralaspanin` da`slepki ten` salmaqlanbag`an jag`daydan aqirg`i ten` salmaqlang`an jag`dayg`a o`tiwge say ∆G kemeyiwi, yag`niy ∆G<sub>o</sub> ni esap­lap tabiw mu`mkin.

∆G = -∆G_o + RTL_n (V/A), bul jerde ∆G_o - standart erkin energiya bolip, ol ten` ∆G_o = RTLnK.

Usig`an baylanisli.

∆G = - RTLnK + RTLn (V/A).

Egerde aling`an zat ha`m o`nim kontsentratsiyalari o`z-ara ten` bolsa, yag`niy A=V, ol jag`dayda ten`lemenin` ekinshi qa`ddi nol`ge aylanadi. (Ln(V/A) = Ln/=0). Sog`an muwapiq protsesste erkin energiyanin` o`zgeriwi, onin` ten` salmaqliq konstantasina baylanisli bolip qaladi., yag`niy

∆G = -∆G_o 81m ∆G_o = - RTLnK.