Биофизика как наука

Модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта. Модели бывают:

1. Натурными. Это физическое подобие некоторого материального предмета. Например, манекен - подобие человека.

2. Информационными. Информационная модель – это его описание. Метод описания может быть различным: словесным графическим, математическим. Построению информационной модели предшествует системный анализ, задача которого выделить существенные части и свойства объекта, связи между ними. Информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для различных целей, могут быть совершенно различными.

Наиболее простыми информационными моделями являются вербальные (словесные) модели. Чаще всего они представляют описание, какого либо объекта или явления на естественном языке. Графические информационные модели представляют собой различные рисунки, чертежи, схемы, графики.

Еще одной распространенной формой представления информационной модели является прямоугольная таблица, состоящая из столбцов и строк. Таблицы делятся на два вида: «объект-объект» и «объект-свойство». В-первых отражается взаимосвязь между различными объектами. Во-вторых – одна строка содержит информацию об одном объекте или событии.

Математическая модель отражает взаимосвязь между составными частями объекта при помощи математических формул, законов физики, химии.

Современным инструментом моделирования является компьютер. Главное преимущество компьютера перед человеком – способность к быстрому счету. Современные компьютеры считают со скоростями в сотни, тысячи, миллионы и даже миллиарды операций в секунду. Компьютерная математическая модель – это программа, реализующая расчеты состояния моделируемой системы по ее математической модели. Использование компьютерной математической модели называют вычислительным экспериментом. Вычислительный эксперимент в некоторых случаях может заменить реальный физический эксперимент. Важным свойством компьютерных математических моделей является визуализация результатов расчетов при помощи компьютерной графики.

(В учебнике 9 класс: § 6 Что такое моделирование, § 7 Графические информационные модели, § 8 Табличные модели, § 9 Информационное моделирование на компьютере.)

Биофизика как наука

Биофизика – это наука, изучающая физические и физико-химические процессы, протекающие в биосистемах на разных уровнях организации и являются основой физиологических актов. Возникновение биофизики произошло, как прогресс в физике, вклад внесли математика, химия и биология.

Живые огранизмы – открытая, саморегулирующаяся, самовоспроизводящаяся и развивающаяся гетерогенная система, важнейшими функциональными веществами в которой являются биополимеры: белки и нуклеиновые кислоты сложного атомно-молекулярного строения.

Задачи биофизики:

1. Раскрытие общих закономерностей поведения открытых неравновесных систем. Теоретическое обоснование термодинамических (т/д) основ жизни.)

2. Научное истолкование явлений индивидуального и эволюционного развития, саморегуляции и самовоспроизведения.

3. Выяснение связей между строением и функциональными свойствами биополиметов и других биологически активных веществ.

4. Создание и теоретическое обоснование физ-хим методов исследования биообъектов.

5. Физическое истолкование обширного комплекса функциональных явлений (генерация и распределение нервного импульса, мышечное сокращение, рецепция, фотосинтез и др.)

Разделы биофизики:

1. Молекулярная – изучает строение и физ-хим свойства, биофизику молекул.

2. Биофизика клетки – изучает особенности строения и функционирования клеточных и тканевых систем.

3. Биофизика сложных систем – изучает кинетику биопроцессов, поведение во времени разнообразных процессов присущих живой материи и термодинамику биосистем.

Термодинамика биологических процессов

1. Предмет и практическая значимость т/д биосистем. Подходы: феноменологический и детальный. Значение имеют т/д параметры только в исходном и конечном состоянии. Термодинамика – это наука, изущающая наиболее общие закономерности превращения различных видов энергии в системе.

2. Практическая значимость т/д в биологии. Позволяет оценить энергетические изменения, происходящие в результате биохимических реакций; рассчитать энергию разрыва конкретных хим связей; рассчитать осмотическое давление по обе стороны полупроницаемой мембраны; рассчитать влияние концентрации соли в растворе на растворимость макромолекул. Применяется для описания процессов, протекающих в электрохимических ячейках. Привлекается для обоснования теории возникновения и эволюции жизни на Земле.

3. Понятие т/д систем, виды т/д систем. Система – совокупность взаимодействующих между собой относительно элементарных структур или процессов, объединяющихся в целое выполнением некоторой общей функции, несводимой к функциям ее компонентов. Т/д система – часть пространства с материальным содержимым, ограниченная оболочкой.

а) изолированные (не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией),

б) замкнутые (обмениваются энергией),

в) открытые (обмениваются веществом и энергией).

Параметры:

- экстенсивные, зависят от количества вещества в системе (масса, объем),

- интенсивные, не зависят от количества вещества в системе (давление, t⁰).