lý sinh học bio2210 bản đề cương hình thức tự luận học phần lý sinh học giành cho sinh viên hệ bác

Nguồn gốc và dòng chảy cÿa năng lượng trong hệ thống sống?GiÁi:Nguồn gốccÿa năng lượng trong hệ thống sống lànăng lượng bức xạ từánh sáng mặt trời, những sinh vật quang tự dưỡng thực vật

Đ¾I HàC QUÞC GIA HÀ NÞI Tr°ờng Đ¿i hác Y D°ợc

BÀN ĐÀ C¯¡NG

môn Lý sinh hác (BIO2210)

GiÁng viên h°ớng dẫn: Sinh viên: Nguyễn Lâm VũPGS TS Đỗ Minh Hà Mã sinh viên: 21100159

TS Phạm Trọng Khá Lớp quÁn lý: QH.2021.Y C

TS Phạm Thị Bích Mã lớp hác phần: BIO2210 5

UMP, số 144 đường Xuân Thuỷ, phường Dịch Vọng Hậu

quận Cầu Giấy, thủ đô Hà Nội

LÝ SINH HàC - BIOPHYSICS - Biophysics&Biostatistics (google.com)

Dòng chảy cÿa năng lượng hệ thống sống bắt nguồn từ những sinh vậtquang tự dưỡng, chúng hấp thụ và biến đổi quang năng thành hoá năng trongcác hợp chất hữu cơ

Sơ đồ dòng chảy năng lượng trong hệ thống sống:

Sinh vật quang tự dưỡng (sv sản xuất - sv tự dưỡng) => Sinh vật tiêu thụbậc 1 => Sinh vật tiêu thụ bậc n => Sinh vật hoại sinh Trong dòng chảy nănglượng luôn luôn diễn ra sự mất mát năng lượng và sinh chất qua các bậc dinhdưỡng, nên sinh khối cÿa bậc phía trước thường lớn hơn bậc phía sau trongchuỗi thāc ăn

Câu 2 Định nghĩa hệ thống, trạng thái, năng lượng và nội năng cÿa hệ.GiÁi:

Hệ thống là một vật hay một đối tượng cấu tạo bởi số lớn các phần tử,trong đó kích thước cÿa hệ thống thường lớn hơn rất nhiều so với các phần tửcấu tạo nên nó

Trạng thái là tập hợp tất cả các tính chất vật lý và hoá học cÿa hệ thống,đặc trưng cho trạng thái cÿa hệ

Năng lượng là độ đo chuyển động cÿa vật chất, khi nó chuyển từ dạngnày sang dạng khác, thể hiện khả năng sinh công cÿa một hệ thống

Nội năng là năng lượng dự trữ toàn phần cÿa toàn bộ các dạng chuyểnđộng và tương tác cÿa tất cả các phần tử nằm trong hệ thống

Câu 3 Định luật I Nhiệt động học: Nội dung, biểu thāc toán học và các hệ quả.GiÁi:

Nội dung:

- Năng lượng không tự nhiên sinh ra hoặc mất đi mà chỉ biến đổi từ dạngnày sang dạng khác

- Sự biến thiên nội năng của hệ thống bằng nhiệt do hệ thống nhận đượctrừ đi công do hệ thống thực hiện được.

Biểu thāc toán học: ΔU = QΔ - ΔA

Các hệ quả:

- Hiệu ứng nhiệt của một quá trình hoá học phức tạp chỉ phụ thuộc vàodạng và trạng thái của chất đầu tiên và chất cuối cùng chứ không phụthuộc vào đường đi chuyển biến (định luật Hess)

- Giải thích quá trình chuyển hoá hoá năng thành các dạng năng lượngkhác và sinh công mà không cần sự biến thiên nhiệt độ quá lớn cÿa cơ thểsinh vật

- Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp Đo nhiệt lượng trao đổi với môitrường cÿa cơ thể bằng cách tính toán lượng khí mà cơ thể trao đổi

- Nghiên cāu những quá trình sử dụng năng lượng cÿa cơ thể

Câu 4 Định luật Hess: Nội dung và ví dụ minh hoạ

GiÁi:

Nội dung: Hiệu ứng nhiệt của một quá trình hoá học phức tạp chỉ phụthuộc vào năng lượng và trạng thái của chất đầu tiên và chất cuối cùng màkhông phụ thuộc vào cách chuyển hoá

Ví dụ minh hoạ: Đo hiệu āng nhiệt cÿa quá trình đốt than CO ta sử dụnghai phản āng đã đo trực tiếp được hiệu āng nhiệt là:

Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp phụ thuộc vào lượng oxy tiêu thụ

và lượng carbon dioxide sinh vật hằng nhiệt liên quan chặt chẽ với nhiệt lượngsinh vật đưa vào cơ thể

Ví dụ quá trình oxy hoá glucose:

C H O6 12 6+ 6O => 6CO + 6H O + 678 (kcal/mol).2 2 2

Theo đó để oxy hoá một mol đường glucose cần sử dụng 6 mol O2hoặcthải ra 6 mol carbon dioxide và giải phóng 678 kcal năng lượng Từ tính toánlượng oxy tiêu thụ hoặc lượng carbon dioxide thì có thể dựa vào phương trìnhphản āng oxy hoá glucose trong điều kiện hiếu khí thì có thể định lượng đượcnhiệt lượng mà cơ thể đã trao đổi

δQ = δE + dU + δA trong đó δQ là lượng nhiệt sinh ra do quá trình đồnghoá thāc ăn, dU là năng lượng dự trữ dưới dạng hoá năng cÿa cơ thể, δE là phầnnhiệt lượng bị mất mát vào môi trường, δA là công thực hiện để chống lại lựctác động từ môi trường ngoài.

Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp đo lượng nhiệt cơ thể trao đổithông qua định lượng lượng các chất khí mà cơ thể trao đổi với môi trường trên

cơ sở một phương trình tính toán nhiệt lượng trao đổi

Câu 6 Nêu cân bằng nhiệt lượng ở cơ thể sống Phân biệt trạng thái cân bằngdừng và cân bằng nhiệt động

GiÁi:

Sự cân bằng nhiệt lượng ở cơ thể sống: Nhiệt lượng cơ thấp hấp thụ và

dự trữ thông qua quá trình đồng hoá thức ăn cân bằng với tổng nhiệt lượng cơthể mất do môi trường, công mà cơ thể thực hiện và năng lượng dự trữ còn lại.Biểu thāc toán học: ΔQ = ΔE + ΔA + ΔM, trong đó

-) ΔQ là nhiệt lượng sinh ra trong quá trình đồng hoá thāc ăn

-) ΔE là nhiệt lượng cơ thể mất ra môi trường

-) ΔA là công mà cơ thể thực hiện được

-) ΔM là năng lượng dự trữ

Phân biệttrạng thái cân bằng dừng và trạng thái cân bằng nhiệt động:Trạng thái cân bằng dừng Trạng thái cân bằng nhiệt độngKhông có dòng vật chất ra và vào môi

trường (hệ kín/cô lập)

Xuất hiện dòng di chuyển cÿa vậtchất, năng lượng ra và vào hệ thống(hệ hở)

Các gradient trong hệ thống bằng 0 Tồn tại các gradient trong hệ thống

Vthuận= Vnghịch Vthuậnkhác Vnghịch

Hệ thống hoàn toàn không có

khả năng sinh công, tạo lực

Hệ thống có khả năng sinh côngnhưng do được cung cấp năng lượng

tự do từ bên ngoài, các lực tác động làmột hằng số cố định

Entropy cÿa hệ thống đạt cực đại Entropy khác 0 và không đạt cực đại

Câu 7 Nêu khái niệm entropy và gradient Nêu nội dung và chāng minh địnhluật II Nhiệt động học.

- Chāng minh: Hiệu suất cÿa một máy nhiệt động không phụ thuộc vào bảnchất cÿa các vật tham gia vào hoạt động ban ngày, chỉ phụ thuộc vào vậtthu nhiệt và nhận nhiệt

CH¯¡NG 2 ĐÞNG HàC CĀA CÁC QUÁ TRÌNH SINH HàC

Câu 1 Phân biệt tốc độ và bậc cÿa phản āng

GiÁi:

Bậc cÿa phản āng làsố phân tử tham gia vào một phương trình phản ứng.Tốc độcÿa phản āng làsố lượng sản phẩm sinh ra trong một đơn vị thờigian hoặc số lượng chất tham gia phản ứng mất đi trong một đơn vị thời gian.Câu 2 Nêu sự phụ thuộc cÿa tốc độ phản āng vào nồng độ ở các phản āng bậc

PhÁn ăng nßi ti¿p;

Phản ứng nối tiếp là phản āng trong đó chất phản āng biến hoá thành sảnphẩm rồi sản phẩm đó lại tham gia vào một phản āng khác để tạo sản phẩm

khác nữa Sản phẩm trung gian có thể bền hoặc không bền, mỗi giai đoạn có thểmột chiều hoặc thuận nghịch.

Sơ đồ: A → B → C trong đó k và k lần lượt là hằng số tốc độ phản āng1 2cÿa hai phản āng biến hoá A thành B và B thành C

Tốc độ biến thiên lượng chất a = a1.e-k1.1; b = k1.a1(e-k1.t- e-k2.t)/(k2 - k1)

c = a1.([k2(1 - e-k1.t) - k1.(1 - e-k2.t)]/(k2 - k1)

- nếu k1 >> k2 thì tốc độ phản āng chuyển hoá A thành B nhanh gấp bội Bthành C, tốc độ phản āng được xác định theo giai đoạn 2 (giai đoạn chậmnhất)

- nếu k1 << k2 thì chất B là sản phẩm trung gian kém bền vững, nồng độ Brất nhỏ so với A và C, tốc độ phản āng tính theo giai đoạn 1

PhÁn ăng song song

Phản ứng song song là những phản āng xảy ra mà chất tham gia phảnāng cÿa chúng giống nhau, diễn ra độc lập và có tốc độ riêng biệt

Sơ đồ: A → B (k ); A → C (k )1 2

Tốc độ biến thiên lượng chất

-) da/dt = k1a + k2a = a(k1 + k2)

Trong hệ thống sống cũng có những phản āng vòng quan trọng như chutrình Krebs, tốc độ phụ thuộc vào chất tham gia và từng quá trình

Sản phẩm trung gian không chỉ được tạo ra trong chu trình mà còn đượccòn có nguồn gốc từ bên ngoài chu trình

PhÁn ăng tÿ xúc tác

Phản ứng tự xúc tác là những phản āng hoá học trong đó sản phẩm cuốicùng giữ vai trò chất xúc tác cho phản āng

Sơ đồ phản āng: A => B (k)

B là chất xúc tác nên tốc độ phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia và sảnphẩm, có: dB = k[A][B]dt Từ phương trình ta có thể thấy tốc độ cÿa phản āngcàng tăng khi nồng độ B tạo ra càng nhiều Đặc trưng cÿa phản āng tự xúc tác làtrong khoảng thời gian tương đối dài (giai đoạn tiềm tàng), lượng sản phẩm cÿaphản āng rất nhỏ và sau đó tiến chuyển đến giai đoạn cực nhanh cÿa phản āng.

Ví dụ: các phản āng tạo thành enzyme từ proenzyme

Câu 5 Trình bày cách làm tim ếch tách rời trong bài thí nghiệm xác định nănglượng hoạt hoá

- Nhấc tim ếch lên thấy tĩnh mạch chÿ dưới

- Dùng kéo và panh nhỏ luồn sợi chỉ xuống hai động mạch và tĩnh mạchchÿ, thắt chặt tĩnh mạch chÿ và động mạch phải bằng dây chỉ

- Kéo chỉ nâng động mạch trái cắt vát lỗ nhỏ, luồn canuyl chāa dung dịchRinger vào sâu tâm thất

- Dùng ống hút máu trong canuyl, cho tiếp dung dịch Ringer vào tim ếchcho đến khi máu trong tim thay thế vào dung dịch Ringer

- Buộc động mạch trái vào canuyl rồi cắt tim ra khỏi lồng ngực

Bước 3 Cô lập tim ếch Gắn canuyl với tim và nhiệt kế vào 2 lỗ bình tạo

ấm chāa dung dịch sinh lý cho tim ếch cô lập hoạt động tốt hơn

Câu 6 Phản āng dây chuyền và ví dụ trong sinh học

GiÁi:

Phản āng dây chuyền là phản āng được xúc tác bởi sản phẩm trung gian

Ví dụ: phản āng cháy, phản āng oxy hoá chậm, phản āng polymer hoánhiều thành phần, phản āng quang hoá, phản āng phân huỷ phóng xạ,

Cơ chế:

- Phản āng sinh mạch

- Sự phát triển mạch, mắt xích và độ dài

- Sự cắt mạch (đāt mạch hoặc kết thúc mạch)

Phân loại phản āng dây chuyền:

- Phản āng dây chuyềnphân nhánh

- Phản āng dây chuyềnkhông phân nhánh

Ví dụ trong sinh học: Cơ thể người, chúng ta nhận thấy phản āng miễndịch cũng có thời gian ÿ (trong thời gian này tạo ra các trung tâm hoạt động)khá lâu (3 - 21 ngày) như phản āng dây chuyềnphân nhánh, trong thời gian nàymáu không có kháng thể Sau thời gian ÿ máu, kháng thể tăng lên rất nhanh,nồng độ tăng theo hàm số mũ rồi giảm xuống một cách đột ngột.

Câu 7 Sự phụ thuộc cÿa tốc độ phản āng vào nhiệt độ

GiÁi:

Năng lượng ảnh hưởng đến tốc độ phản āng

Tỷ số phân tử c có năng lượng là E (N ) trên toàn bộ phân tử trong hệEthống N là N /N = eE -E/RT

Những phân tử có trạng thái năng lượng lớn hơn hoặc bằng năng lượnghoạt hoá mới có thể tham gia vào phản āng Khi thay đổi nhiệt độ, đường congphân bố cÿa các phân tử theo năng lượng sẽ dịch chuyển theo Khi tăng nhiệt độthì số lượng các phân tử có năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng hoạt hoá(năng lượng tối thiểu cÿa các phân tử cần phải có để tham gia vào phản āng hỗnhợp) cũng tăng lên

Phương trình Arrhenius biểu thị sự phụ thuộc cÿa động học phản āng vàonhiệt độ: k = p.z.e-Ehh/RT

Hệ số nhiệt độ δ = kT + 10/k

- phản āng 1 Phản āng Van Hoff đơn giản và đồng thời thông thườngtrong phản āng Van hoff thì δ = 2 -> 4

- phản āng 2 Biến thiên diễn ra ở mật độ xấp xỉ 0 đến 1

- phản āng 3 Gần giống như phản āng 1 nhưng khi tới một điểm nào đó thìkhông tăng nhanh mà giảm hẳn

Câu 8 Động học cơ bản cÿa các phản āng xúc tác bởi enzyme

Phương pháp thể tích

Theo dõi động học sự thay đổi thể tích cÿa tế bào khi chúng ở các dungdịch có nồng độ khác nhau Để xác định quá trình này người ta sử dụng phươngpháp

- Ly tâm huyền dịch tế bào, rồi sau đó xác định thể tích cÿa chúng bằnghồng cầu kế

- Xác định thay đổi trong suốt cÿa tế bào bằng phương pháp trắc quang

- Nghiên cāu sự thay đổi chiết suất cÿa tế bào Phương pháp này dùng đểnghiên cāu các đối tượng có kích thước lớn và có độ bền cao trong dungdịch tảo và hồng cầu

Phương pháp sử dụng chất màu hoặc chất chỉ thị màu

Quan sát dưới kính hiển vi động học quá trình tích luỹ các chất có màuvào tế bào Các chất chỉ thị màu cho phép nghiên cāu tốc độ thâm nhập cÿa cácloại acid và base vào tế bào

Phương pháp phân tích thành phần hoá học Quang phổ huỳnh quang, quangphổ hấp phụ nguyên tử và quang kế ngọn lửa,

Phương pháp sử dụng các chất đồng vị phóng xạ Đưa các nguyên tố đồng vịtrong các hợp chất hữu cơ, sau đó theo dõi sự xâm nhập cÿa chúng vào trong tếbào, mô, cơ quan, hệ cơ quan, cơ thể

Câu 2 Khái niệm về sự thẩm thấu và áp suất thẩm thấu Phân biệt vận chuyểnthụ động và tích cực qua màng sinh chất

- Sử dụng năng lượng ATP

- Sử dụng protein vận chuyểnđặc hiệu

kênh protein đặc hiệu.

- Kích thước chất vận chuyển

vừa với kênh đặc hiệu

Câu 3 Phương pháp tiến hành thí nghiệm nghiên cāu tính thấm cÿa da ếch đốivới xanh methylen

GiÁi:

Dùng kim chọc tuỷ cho ếch bất động

Cẩn thân lột da cÿa bốn bắp chi ếch sao cho da không bị thÿng

Sử dụng hai chiếc, một để nguyên, một lộn ngược cho biểu mô vào trongrồi ngâm trong dung dịch sinh lý cho da ếch giữ nguyên trạng thái bình thường.Hai chiếc còn lại ngâm trong dung dịch cồn 96 độ trong 20 phút với mộtchiếc để nguyên và một chiếc lộn ngược

Dùng chỉ buộc một đầu túi da ếch, đầu kia buộc túm lại, đổ dung dịchsinh lý kiểm tra xem có bị rò rỉ không rồi đổ dung dịch xanh methylen 0,05%vào

Đặt cái cốc có túi da ếch ở nhiệt độ phòng trong 40min rồi quan sát hiệntượng

Câu 4 Định nghĩa và phân biệt hệ keo Nêu các tính chất cÿa hệ keo và hệ caophân tử

GiÁi:

Hệ thống keo là hệ thống phân tán trong đó vật chất ở trạng thái phân táncao tới kích thước hạt nằm trong giới hạn nm đến ¼m

Phân biệt hệ thống keo

- theo kích thước hạt phân tán

Các dạng hệ thống keo Kích thước hạt (cm)

Hệ phân tán thô (huyền phù, nhũ, ) > 10-4

Hệ phân tán trung bình (khói, thể

xốp)

10-4- 10-5

Hệ phân tán cao 10-5- 10-7

Dung dịch thực (dung dịch phân tử) < 10-7

- theo tương tác giữa các hạt

+ Hệ phân tán tự do (đơn phân tán, đa phân tán) có tính chất chảy, các hạtkhông có sự tiếp xúc, hỗn loạn

+ Hệ phân tán kết dính (liên kết) bao gồm các hạt liên kết với nhau bằngcác lực phân tử nên hình thành trong môi trường phân tán một mạng lướtkhông gian, các hạt chỉ dao động trong mạng lưới.

+ Hệ phân tán kết dính tạo gel

Tính chất cÿa hệ keo và dung dịch cao phân tử:

- Không tách được bằng lọc sā nhưng có thể tách bằng siêu ly tâm

dm/dt = -DS.dC/dxChuyển động Brown Chuyển động hỗn loạn không ngừng

và cường độ không giảm theo thờigian

Khuếch tán Áp suất thẩm thấu là áp suất tối thiểu

phải đặt lên dung dịch để ngăn chặn

sự di chuyển cÿa dung môi tinh khiếtqua màng bán thấm

Dung dịch loãng có �㕅 = iCRT

dưới tác động cÿa trọng trường.Hạt có m, r, vận tốc sa lắng v, hệ số salắng B

Điện động Điện tích xuất hiện trên bề mặt hạt

keo

Câu 5 Sự khuếch tán Hiện tượng sa lắng, ly tâm và āng dụng trong sinh học.GiÁi

Sự khuếch tán là sự di chuyển cÿa các phân tử chất tan trong dung dịch từnơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp (quá trình bất thuận nghịch).Định luật Fick: dm/dt = -DS.dC/dx

trong đó D - hệ số khuếch tán (cm /s) với điều kiện khí lý tưởng D = ».v/32

» - quãng đường tự do trung bình

v - vận tốc trung bình cÿa phân tử khí

- Sinh học - vi sinh Tách sinh khối

- Y học Ly tâm máu, nước tiểu, tế bào để chẩn đoán bệnh

Câu 6 Phân loại các hiện tượng điện động học

Điện thế lắng xuất hiện giữa lớp trên và lớp dưới cÿa hệ thống dị thểtrong quá trình lắng đọng các hạt cÿa phân tán dưới tác dụng cÿa trọng lực.Câu 7 Nguồn gốc điện tích bề mặt Cấu trúc lớp điện kép và Dzeta điện thế.GiÁi

a Nguồn gßc đißn tích bÁ mặt

● Nguyên nhân điện tích bề mặt:

- Sự xuất hiện điện tích trên bề mặt các hạt do sự ion hoá nhóm phân ly

- Quá trình ion hoá các nhóm trong phân tử một số ion sẽ đi vào môitrường phân tán, một số ion còn lại cố định trên bề mặt pha phân tán

● Nguồn gốc phát sinh: hiện tượng điện động xảy ra do ở lớp phân cáchgiữa pha phân tán và môi trường phân tán xuất hiện lớp điện kép khi nóchuyển dời dưới tác động cÿa điện năng và cơ năng

b CÃu trúc lớp đißn kép.

Ion tạo thế nằm trên bề mặt hạt keo

Ion trái dấu tạo thànhlớp hấp phụ(nhờ tương tác tĩnh điện và hấp phụphân tử giữ ion gần bề mặt chia pha) vàlớp khuếch tán(chuyển động hỗn loạn

tự do trong môi trường phân tán)

- Nhiệt độ: Nhiệt độ càng cao, chuyển động càng hỗn loạn, thế dzeta tăng

- Bản chất môi trường phân tán: môi trường phân cực càng yếu thì thếdzeta càng nhỏ

Câu 8 Phương pháp vi điện di Cách chuẩn bị buồng vi điện di trong phòng thínghiệm

GiÁi:

Mục đích: Xác định thế điện động trên bề mặt các hạt có kích thước nhỏ,chỉ quan sát được bằng kính hiển vi VD: hạt keo sinh vật, tế bào động - thựcvật,

Phương trình tính:¸ = 6π¹υ·Ā (hoặc¸ = 4π¹υ·Ā )

giá trị thế Dzeta đối với tế bào:¸ = 140Ā�㕣(mV)

Cách chuẩn bị buồng vi điện di trong phòng thí nghiệm Buồng vi điện di làmột khe hẹp hình chữ nhật chāa bên trong dung dịch nghiên cāu

Hai đầu bên buồng vi điện di nối hai dung dịch cốc KCl bão hoà bằng cầuagar hình chữ L

Cốc đựng dung dịch KCl nối với dung dịch CuSO bằng cầu agar.4Mỗi cốc dung dịch đồng sulfate nối với một điện cực đồng nguồn điện.Đặt hiệu điện thế 80 - 100 volte vào hai đầu điện cực, cường độ khoảng 3

- 5 mA

Câu 9 Āng dụng cÿa hiện tượng điện động học trong sinh học

GiÁi: