Программа прикладного курса Биофизика

№26 жалпы білім беретін орта мектептің физика пәнінің мұғалімі

Мусалиева Рукен Гаукербекқызы

БИОФИЗИКА

Қолданбалы курс

Семей қаласы 2009

Алғы сөз

Жаратылыстану ғылымдарының негізінде физикалық ұғымдар мен заңдылықтар жатыр. Физика- жаратылыстану, соның ішінде биологиядағы зерттеулер үшін қолданылатын ғылым.

Бізді қоршаған әлемнің өзі оқушыларды қызықтырады, олар өмірде болып жататын құбылыстардан туындайтын сұрақтарға жауап беруге тырысады. Міне, сондықтан «биофизика» қолданбалы курсында физика мұғалімі пәнді табиғаттағы тіршіліктің маңызды биологиялық құбылыстарын физика заңдары негізінде түсіндіруге ерекше мән беруі керек.

Биофизика биология ғылымын физикамен тығыз байланыстырады. Пәнаралық байланыс оқушылардың табиғаттың құбылыстары жөніндегі біртұтас дүниетанымдық көзқарастарын қалыптастыруға әсерін тигізеді.

Бұл курстың оқытылуы оқушылар бойында шығармашылық қабілеттерін, ізденімпаздығын дамытуға, қосымша әдебиеттермен дербес жұмыс істеу дағдыларын қалыптастыруға, қоршаған өмірдегі табиғат құбылыстарын түсіндіру үшін физикалық білімдерін пайдалануға мүмкіндік береді.

Жинақта берілген биологиялық мәліметтері бар есептерді шығару оқушылардың пәнге деген ынтасын оятып, ой-өрістерін кеңейтіп, білімдерін тиянақтауға, физика пәнін тереңірек түсінуге көмектеседі.

Биофизика. 10-сынып.

Барлығы 34 сағат

Р/с

Мазмұны

Сағат саны

1

Кіріспе

1

Механика элементтері биофизикада(11 сағат)

1

Механика элементтері биофизикада.Бұлшық ет пен сүйекке әсер ететін күштер. Секіру кезінде сүйекті сындыратын күштер.

1

2

Тірі табиғаттағы жай механизмдер.

1

3

Тірі табиғатта Ньютон заңдарын қолдану.

1

4

Тірі ағзалардың жүгіру жылдамдығы мен жүгіру энергетикасы.

1

5

Архимед күшінің тірі ағза тіршілігіндегі маңызы.

1

6

Биологиялық материалдың серпінділік қасиеттері.

1

7

Тірі ағзалардағы реактивті қозғалыс.

1

8

Механикалық жұмыс және ағза мүшелері.

1

9

Ғарыштық биология. Салмақсыздық, асқын салмақ, олардың тірі ағзаларға әсері.

1

10

Есептер шығару.

2

Биологиялық жүйе термодинамикасы (10 сағат)

1

Тірі табиғаттағы жылу балансы.

1

2

Тірі ағзалардағы жылу берілу түрлері.

1

3

Тірі ағзадағы булану процесінің ролі.

1

4

Биологиялық объектілердегі энергияның айналу және сақталу заңы.

1

5

Тірі табиғаттағы диффузия құбылыстары.

1

6

Биологиядағы термодинамиканың бірінші заңы.

1

7

Термодинамиканың екінші заңының тірі ағзаларға қолданылуы.

1

8

Есептер шығару.

2

9

Жылудың биологиялық объектілер үшін маңызы.

1

Гидродинамика және гемодинамика (4 сағат)

1

Қан-тірі ағзалардың тіршілік етуінің негізгі факторы. Қан алмасу жүйесіндегі қанның ағуы.

1

2

Қанның физикалық қасиеттері.

1

3

Жүрек-механикалық жүйе. Жүрек қан-тамырлар жүйесіндегі қан қозғалысының физикалық заңдылықтары.

1

4

Практикалық жұмыс. Қан қысымын өлшеу әдістерінің физикалық заңдылықтары.

1

Тербелістер мен толқындар биофизикада.(8 сағат)

1

Биологиялық объектілердегі тербелмелі қозғалыстар.

1

2

Биоакустика. Дыбыс-физикалық құбылыс.

1

3

Жануарлар әлеміндегі дыбысты қабылдау және дыбыс шығару. Жануарлардың, адамдардың есту аппараттары.

1

4

Ультрадыбыс биофизикасы, оның қолданылуы.

1

5

Инфрадыбыс биофизикасы, оның ағзаларға әсері.

1

6

Тірі ағзаларға шудың әсері.

1

7

Есептер шығару.

1

8

Қорытынды сабақ. (тест)

1

Кіріспе

Биофизика дегеніміз не?

Жаратылыстану ғылымындағы биофизиканың орны.

Физика грек тілінен аударғанда-табиғат деген мағынаны білдіреді. Тірі және өлі табиғатта, ғарышта және микроәлемде физикалық құбылыстар жиі болып жатады. Қазіргі кезде физиканы материяның құрылысы, қасиеттері, оның қозғалыс формалары, өзара түрленулері жайындағы ғылым деп қарастыруға болады. Сондықтан да физиканың ұғымдары мен заңдары жалпы жаратылыстану ғылымдарының негізінде жатыр.

Жануарлар мен өсімдіктер физикалық процесстер (механикалық, жылулық, электрлік, оптикалық т.б) сондай-ақ күрделі биохимиялық реакциялар жүріп жататын биологиялық жүйеге жатады. Сондықтан биология, физика, химия ғылымдарының негізінде биологиялық жүйелердегі физикалық, физика-химиялық процесстерді қарастыратын және тірі ағзаларға әртүрлі физикалық факторлардың әсерін зерттейтін жаңа ғылым-биофизика пайда болды.

Биофизика көптеген биологиялық құбылыстарды түсіндіреді. Бүгінде бұл ғылым электрофизиология, офтальмология, фармакалогия және т.б. тығыз байланысты. Физиктердің, биофизиктердің, биохимиктердің комплексті түрде зерттеулері биологиялық молекулалардың құрылысы мен қасиеттері, жасушаның құрылысы мен жасушалы мембрананың жұмыс істеу механизмдері жөнінде түсініктер алуға мүмкіндікті туғызады.

Биофизиканың мақсаты - өмірде болып жататын құбылыстарды танып білу. Физиканың құрамды бөлігі бола тұрып, биофизика биологиядан бөлінбейді. Биофизика физиология және экология, жануартану мен тіршіліктану, өсімдіктану білімдеріне сүйене отырып, табиғат құбылыстарын түсіндіреді.

Биофизика шартты түрде үш бөлімнен тұрады: молекулалық биофизика, жасуша биофизикасы және күрделі жүйе биофизикасы.

Молекулалық биофизика молекулалардың физика-химиялық қасиеттері мен құрылысын зерттейді.

Жасуша биофизикасы биологиялық мембрананың физикасы мен биоэнергетикалық процестерді зерттейді, сондай-ақ жүйке импульсінің таралуын, механикохимиялық процестерді (бұлшық ет жиырылуы), фотобиологиялық құбылыстарды (фотосинтез, көру) да қарастырады.

Күрделі жүйе биофизикасының негізгі бөлімдері:

1. Қайтымсыз процестердің термодинамикасы.

2. Биологиялық тербеліс процестерінің теориясы.

3. Биоэнергетикалық құбылыстардың жалпы теориясы.

4. Биологиялық даму процестерінің жалпы теориясы.

Биофизика тарихынан.

Биологиялық объектілердің физикалық қасиеттерін зерттеу алғашқы физикалық ғылым - механика негіздері қаланған кезде-ақ басталған.

Бұны Г.Галилей (1564-1642) мен Р.Декарт (1596-1650) еңбектерінен байқауға болады. Декарт ағзаның өмір сүруіндегі кездесетін әртүрлі процестерді физикалық тұрғыдан түсіндіруге тырысты. «Диооптрика» (1637ж.) деп аталатын еңбегінде ол көздің оптикалық қасиеттеріне физика негізінде зерттеу жүргізді.

Италян физигі Дж Борелли (1608-1679) «Жануарлар қозғалысы туралы» атты еңбегінде жүру, жүгіру, секіру, жүзудің механикасын физикалық тұрғыдан түсіндіреді. Бореллидің арқасында физиологтар қозғалыс кезінде бұлшық еттердің жиырылуына мән бере бастады. Сондай-ақ ол дем алу кезіндегі қозғалыстың орнын ерекше атады.

Биофизика 17 ғасырда тірі және өлі табиғаттың материалдық бірлігі және механикалық қозғалысын қарастыра отырып, пайда болды.

18 ғасырда өсімдіктердің физиологиялық негіздері қалана бастады. Ағылшын физигі С.Гейлс (1677-1761) «Өсімдіктер статикасы» еңбегінде өсімдіктердің топырақтан алатын сұйықтық мөлшерін есептеуге тырысып, минералдық тамақтану физиологиясының негізін салды. Француз химигі және физигі А.Лавуазье (1743-1794) тірі жануарлар ағзалары үшін дем алу процесі жылу көзі болып табылатынын дәлелдеді. Ол демалыстың тамақ қорыту кезінде жиілейтінін байқады. Осыған байланысты жұтатын оттегінің мөлшерінің механикалық жұмыс шамасына тәуелділігі зерттелді. Биофизика -ХХ ғасырдың ғылымы. Максвелл түрлі түсті көру теориясын құрды, Гельмгольц жүйке импульсінің таралу жылдамдығын өлшеді.

Қазірде биофизика ағзалардың физикалық қасиеттері мен ағзаға физикалық әсерді (жарық, дыбыс, электр) зерттеуден биоэнергетика, тұқым қуалаушылық пен өзгерістерді зерттеуге көше бастады. Биологиялық процестердің физика-математикалық модельдері құрылуда. Информация теориясы, автоматтық басқару теориясы, термодинамикаға негізделген өмірдің түрлі құбылыстарын зерттеу жүзеге асырылуда.

І тарау. Механика элементтері биофизикада.

Бұлшық ет пен сүйекке әсер ететін күштер.

Денедегі бұлшық ет пен сүйекке әсер ететін күштерді табу үшін біз күштердің және олардың моменттерінің тепе-теңдік шартын қолданамыз. Қолына бір зат ұстап тұрған адамға әсер ететін күштер мен ара қашықтық:

Ғ₁ - Шынтақ буынына иықтың әсер ететін күші.

Ғ ₂ - Бұлшық еттің шынтақ буынына әсер ететін күші..

Ғ₃ - Қол мен білезікке әсер ететін күші.

Ғ₄ - Білеуше салмағы.

r_2- (О нүктесі) шынтақтан бұлшық етке дейінгі қашықтық ( 4см)

r₃- О нүктесінен қол жүйесінің масса центрі - білезікке дейінгі қашықтық.

r₄ - О нүктесінен білеушенің масса центріне дейінгі қашықтық.

Адамның m = 80кг; бойы 1,83м деп есептелік, биологиялық мысалдардан алынған мағлұматтарға сүйене отырып, r_3, r₄ және Ғ₃ есептейміз.

r₄ = (0,6220-0,4313) • 1,83м =0,35м;

r₃ мәні қол - білезік жүйесінің масса центріне сәйкес келеді.

Ғ₃ = тg = [1/2 (0,042 - 0,017) ·80кг]·g═ 23H

(1/2 көбейткіші керек, өйткені кесте мәндері екі қол мен екі білезік массасына қатысты).

М_{білеуше} ═ 10кг; F₄═ Mg ═ 98 H

F₂ - (F₁+F₃ +F₄) ═ 0; ∑ F_y═ 0

F

F₂

F₄

F₁

F₃

m

₂= F₁+ 23H +98H ═ F₁ + 121H

∑ M ═ 0; - күш моментіM ═F · r

M

₃F₃ + r₄F₄ - r₂F₂= 0

r₂

₂F₂ = r₃F₃+ r₄F₄

(0,04м) F₂=0,19 м · 23H + 0,35 м · 98H=38,7 H· м;

F₂ = 38,7H· м / 0,04 м = 968H

F₁ = F₂- 121H= 847H;

Бұл күш білеуше салмағынан көп. (Ғ₄=98Н)

r₄

r₃

Адам денесінде массаның бөлінуі

Белгілеуі

Буындардың бірігу нүктесі

Нүкте коорд/сы (бойдан алынған пайыз бойынша)

Масса (дене массасынан алынған % бойынша)

Х Y Z

А

В

С

Д

Е

U

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Ми сүйегінің омыртқамен бірігуі

Иық бірігуі

Шынтақ

Жамбас

Тізе

Алақан

Масса центрлері

Бас

Дене-мойын

Қолдың иық бөлігі

Саусақ білезігі

Жамбас

Табан

Барлық дене

0,0 0,0 91,23

0,0 ±10,66 81,16

0,0 ±10,66 62,20

0,0 ± 5,04 52,13

0,0 ± 5,04 23,44

0,0 ± 5,04 3,85

0,0 0,0 93,46

0,0 0,0 71,09

0,0 ±10,66 55,33

0,0 ±10,66 43,13

0,0 ± 5,04 42,48

3,85 ± 6/6 1,78

57,95

6,9

46,1

4,2

1,7

21,9

3,4

100

Секіру кезінде сүйекті сындыратын күштер.

Адам қандай да биіктіктен секіргенде қатты жерге аяғымен түседі, аяқтың шыбық сүйегіне ауырлық түседі. Бірақ жалғаушы сүйек-өкше. Егер қысым күші 50000 Н артса, өкше сынады. Егер секіруші екі аяғымен жерге тіреп түссе, онда максимал күш 10⁵ Н-ға дейін өседі. Бұл күш шамамен салмағы 75 килограмды адамның салмағының 130 есе өсуіне сәйкес келеді.

Ғ═ ma -аяқ сүйектеріне әсер ететін күш.

Н биіктіктен тыныштық күйден құлағандағы υ ═ √2gH v²= 2gH

v² =2аh; а- орташа үдеу, h- жол.

2gH =2ah ;

a = gH/h;

F = ma = mgH/h =PH/h

P =mg -адамның салмағы.

H/h-құлау биіктігінің дененің толық тоқтағанға дейінгі ара қашықтыққа қатынасы.

Егер адам екі аяғымен нық жерге түссе, тізесін бүкпесе, онда h = 1 см; F = 130 P аспау керек ( Әйтпесе сүйек сынады ).

H = Fh/P = 130 P*0.01 м/ P =1.3м.;

Яғни 1,3 м биіктіктен артық биіктіктен секірсе, сүйек сынуы мүмкін.

Егер адам тік тұрмай отырған күйде жерге түссе, онда h =0,6м; бұл - мәні жоғарыда келтірген мәннен 60 есе көп. Тізені бүксең, Н = 60* 1,3 м = 78 м. болғанда, жерге түскенде ешқандай сүйек сындыруды болдырмауға болады. Ал егер адам жұмсақ материал бетіне, мысалы суға немесе жұмсақ қарға түссе, онда ол (аз мөлшердегі) үлкен соқтығысу жылдамдығына ие болады.

Тірі табиғаттағы қарапайым механизмдер.

Жануарлар мен адамның қаңқасындағы қозғалыс еркіндігі бар барлық сүйектер рычаг болып табылады, мысалы, адамда қол-аяқ сүйектері, астыңғы жақ сүйектер, бас сүйегі (тірек нүктесі -бірінші омыртқа), саусақ сүйектері. Мысықтарда- қозғалмалы тырнақтары рычаг болып табылады, көпшілік балықтарда- арқа қанатының тікенектері, буынаяқтыларда- сыртқы қанқасының көртеген сегменті; екі жармалы моллюсктерде-қабыршық жармасы.

Қаңқаның рычагты механизмдері күш жоғалтқандандағы жылдамдықтың ұтысына негізделген. Ерекше ұтыс жәндіктердің жылдамдықтарында болады.

Қаңқаның рычагты элементінің иықтың ұзындығымен сәйкестігі берілген ағзаның атқаратын өмірлік функциясымен тығыз байланысты. Мысалы, тазы ит пен бұғының аяқтарының ұзын болуы олардың тез жүгіруін анықтайды; бульдогтың қысқа аяқтары ақырын жүрген кезінде көп күштің дамуына есептелген; тазының ұзын жақ сүйектері жүгіріп келе жатып, өз жемін тез ұстауға көмектеседі.

Рычагты элементтер адам мен жануардың әр түрлі дене мүшелерінде кездеседі, бұл мысалы, жақ сүйектер.

Рычагтың тепе-теңдік шартының мысалы ретінде бас сүйекті қарастырайық. Мұнда рычагтың О айналу осі сүйектің бірінші омыртқамен мүшеленуі арасында жүреді.Тірек нүктесінің алдынан салыстырмалы қысқа иықта бастың R ауырлық күші, ал артынан- мойын сүйегіне қосылған бұлшық еттердің F ауырлық күші әсер етеді.

Рычаг жұмысының басқа мысалы болып бақайға тұрғандағы табан күмбезінің әсері болып табылады. Рычагтың айналу осі өтетін О тірегі болып табан сүйектерінің бас жақ бөліктері атқарады. Жеңуге болатын R күші- бүкіл дененің салмағы сүйекке түседі. Қозғалыстағы F бұлшық ет күші, дененің көтерілуін атқарушы, сіңір арқылы беріліп, өкше сүйегінің шығыңқы бөлігіне тіркелген.

Өсімдіктерде рычагты элементтер сирегірек кездеседі, ол ағзаның аз қозғалғыштығымен түсіндіріледі. Қарапайым рычаг- ағаш діңі және оны жалғастырушы негізгі тамыры. Жердің терең қабатына кететін емен мен қарағайдың тамыры өте үлкен қарсылық көрсетеді, сондықтан бұл ағаштар ешқашан түп-тамырымен қопарылмайды. Ал тамыр жүйесі әлсіз, жер үстіне жақын орналасқандықтан, шыршалар, керісінше, оңай қопарылады.

Қызықты рычагты механизмдерді кейбір гүлдерден де табуға болады(мысалы, шалфейдің аталықтары, сонымен қатар кейбір гүлденген жемістерде де кездеседі)

Табиғатта өзінің сырт пішінін өзгерте алатын жылжымалы мүшелері көп кездеседі. Олардың иілгіштігі қысқа рычагтың көптеп кездесуіне не деформацияға оңай ұшырайтын аралық элементтерге негізделген.

Көптеген жануарлардың «Тікенек қарулары»- мүйіздері, тырнақтары үшкір жүздері ұқсайды. Олардың көбі- тістер, тікенектер сияқты өте тегіс қатты жазықтары болады, олардың өткірлігін де сол арқылы бақылауға болады.

Шаянның аяқ-қолдары табиғи механизмдер болып табылады.

Бақа табиғи рычагтарының көмегімен судан үлкен биіктікке секіре алады.

Тірі табиғаттағы Ньютон заңдарының қолданылуы.

Тропикалық аймақтардың мұхиттарында ұшқыш-балықтардың ұшуын көруге болады, ол теңіздің жыртқыштарынан құтылу үшін, 200-300 метр қашықтықта 5-7 метр биіктікке шейін судан жоғары көтеріле алады. Қара теңізде 100 метрге дейінгі толқындар үстімен ұшатын балықтар тіршілік етеді. Басқа ұшқыш балық- Тынық мұхитының балығы- 5 м биіктікке шейін көтеріліп, 200 метр қашықтық бойымен ұшады. Балық ауаға жедел және күшті тербеліс арқылы көтеріледі. Басында балық су үстімен «жүгіріп» өтіп, кейін құйрығының күшті соққысынан ауада ұшады. Балықтардың ұшуы құйрықтарының жүзгіштігімен тұрақтандырылып, инерция әсерінен жүзеге асырылады.

Көптеген өсімдіктердің ұрықтары пісіп-жетілген кезде жабысқан жерінен бөлініп, инерция бойынша әр жаққа шашылып, таралады. Австралияда дорикниум деп аталатын кішкентай өсімдік өседі. Бұл өсімдіктің ұрықтарын күннің сәулесі қыздырған кезде, осы ұрықтардың «атылуы» байқалады. Өсімдік ұрығын неғұрлым алысқа қарай шашады. «Құтырған қияр» ең жауынгер өсімдік болып табылады. Бұл «артиллерист» жабайы түрде Крымда жиі кездеседі. Толық піскен кезде ол «құтырынуға» ұшырайды. Бұл құбылыс кенеттен болатындықтан, жануарды немесе адамды қорқытуы мүмкін. Қияр тамырынан үзіліп, жоғары секіріп, шыр айналады. Ал жемістің үзілген түбінен 6-8 метрге шейін ұрық аралас жабысқақ шырынның ағыны атылады. Әзірше жеміс пісіп-жетілгенше, оның ішінде газдар жинақталып қалады екен.

Балықтар мен құрттардың (сүлік) қозғалысы кезінде олардың суды артқа итеріп, ал өздері алға қарай қозғалатынын байқауға болады. Құрттар жүзгенде толқын тәрізді қозғалып, суды артқа итереді, ал балық суды жүзбе қанатымен еседі. Балықтар мен құрттардың қозғалысы Ньютонның үшінші заңына дәлел болып табылады.

Жәндіктердің ұшуы қанаттарының қағуы болып табылады. Ұшу бағыттарының өзгеруі қанаттарының қағылу жазықтығымен жүзеге асады. Жәндіктер ұшу бағытын алға, артқа, бір орында ұшу, айналыс т. б. арқылы өзгертеді. Шыбындар ең күшті ұшатындар қатарына жатады, олар әдетте жанына қарай жылдам айналады. Жәндіктер мен құстардың ұшуы қысымға, көтеруші күшіне байланысты, Ньютонның үшінші заңының мысалы бола алады.

Жүгіру жылдамдығы мен энергетикасы.

Адам қаншалықты тез жүгіре алады? Жүгіруші жоғарғы жылдамдықты белгілі бір уақытта ғана ұстай алады. Себебі ол оттегінің жетіспеушілігін сезінеді. Дене бұлшық еттердегі оттегінің қорымен ерекшеленеді, ал ары қарай оттегіні демалу кезінде алады. Себебі ол оттегінің жетіспеушілігін сезінеді. Дене бұлшық еттердегі оттегінің қорымен ерекшеленеді, ал ары қарай оттегіні демалу (тыныс алу) кезінде алады. Ара-қашықтық үлкен болған сайын, υ аз болу керек, өйткені оттегі барлық жүгіріс бойына жетуі керек. 200 м және одан аз қашықтыққа жүгірушілер-спринтерлер, ал үлкен қашықтықтағылар-орташалар және стайерлер. Тек спринтерлер бүкіл арақашықтық бойы үлкен жылдамдықпен жүгіре алады.

Жүгіру энергетикасы

Жүгірушінің энергиясы жоғары-төмен қозғалысқа, жерден екпін алуға жұмсалады. Жүгіруші денесі энергияны жылуға айналдырады. Оның аяғы жүгіру кезінде үдеу алып және тоқтағаннан да энергия кетіреді.

Жүгірушінің аяғымен атқарылған жұмыс:

A = F d = mv²/2

F- бұлшық ет күші.

d- әрбір адым сайын бұлшық ет жасайтын жұмыстағы ара қашықтық.

m- аяқ массасы.

Жүгірушінің υ оның өлшемдеріне байланысты емес.

Барлық жануарлардың жүгіру υ олардың өлшемдеріне байланысты емес.

Жануарлар

Жылдамдығы, м/с

Гепард

Газель

Страус

Түлкі

Ат

Қоян

Қасқыр

Ит

Адам

30

28

23

20

19

18

18

16

11

Тез жүгіретін жануарлардың аяқтары арық, ал негізгі бұлшық ет массасы денесінде жинақталған.

Сен білесің бе?

• Жер бетінде бунақденелілерден ең жылдам ұшатыны - инеліктер, олар олжасының артынан қуғанда сағатына 90 км жылдамдықпен ұшады. Бөгелектер сағатына 50 км, ал түкті аралар 18 км жылдамдықпен ұшады.

• Қабылан- құрылықтағы ең жылдам жануар, ал желкенді балық- балықтар арасындағы ең жүйрігі. Екеуі де сағатына шамамен 100-110 км жерді артқа тастайды.

• Сұңқар құстың олжаға шүйлігіп, төмен құлдилаған кездегі жылдамдығы сағатына 200 километрден асады.

• Құрылықтағы ең жылдам жылан- қара мамба. Ол 11 км/сағ жылдамдықпен қозғала алады.

• Ең баяу қозғалатын жануар- аю, оның жылдамдығы шамамен 0,5км/сағ.

• Жарақат және ауырсыну туралы ескертетін ең жылдам дабыл, мәселен, теріден секундына 100 м жылдамдықпен келіп түседі.

Механикалық жұмыс және тірі ағза мүшелері.

Дене ағзаларына жүрек, ми, асқазан және бүйрек жатады және бұлар дененің негізгі мүшелері болып табылады. Адамның ішкі мүшелерінің ең үлкен ағзасы-бауыр, ал ең үлкен сыртқы ағза- адам терісі. Әдетте бірнеше ағза бірігіп, бірыңғай ағза жүйесі ретінде жұмыс істейді. Ағза жүйесі- ағзаның өмір сүруін қамтамасыз ету мақсатында бір жұмысты немесе бір қызмет атқару үшін бірге жұмыс істейтін ағзалар тобы. Мәселен, жүрек, қан тамырлары, қан бірігіп, қан тамырлары жүйесін құрайды. Ол денені оттегі мен құнарлы заттар сияқты қажетті нәрселермен қамтамасыз ету және қалдықтарды сыртқа шығару үшін қанды айдап, дененің барлық жеріне таратады.

Біз қозғалсақ та, тыныс алсақ та, асты шайнасақ та - бұл әрекеттердің барлығын дененің бұлшық еттері орындайды. Әрбір жекелеген бұлшық ет жұмыстың бір түрі - дене мүшелерін тартуға мүмкіндік беретін жиырылуды ғана атқарады. Алайда дәл үйлесімділікте жұмыс жасай отырып, денедегі жүздеген бұлшық ет мың түрлі істі тындырады. Бұлшық еттер дене мүшелерін алға- артқа тарта отырып, жұптасып жұмыс істейді. Бұлшық еттерге белсенділігін сақтау үшін қан оттегі мен энергия жеткізіп отырады. Бірақ кейде қан баяу қозғалады да, бұлшық еттер тез шаршайды. Егер жүрек белсенді бұлшық еттерге қанды айтарлықтай жылдамдықпен жеткізе алмаса, олар қорек тапшылығын тартады да, шаршап-шалдығып, ары қарай жұмыс істей алмай қалады.

Жүрек- еш үзіліссіз жұмыс істейтін ағза. Бұл қанды бүкіл денеге тарататын бұлшық ет қабы.

Біздің денеміздің көптеген бөліктері қызу жұмыс үстінде болады. Үздіксіз жұмыс істеп тұратын өмірлік маңызы зор әрекеттердің бірі тыныс алу болып табылады. Ол әрбір секунд сайын күні-түні жалғасып отырады. Жүрек соғысымен қатар тыныс алу- дененің ең қажетті қызметі.

Дененің өзінің тіршілік әрекетіне қажетті қуатты және өсу, тіршілігін қалыпты ұстап тұруына және денсаулығына қажетті құнарлы заттарды алу үшін асқорыту жүйесін құратын он шақты мүше бірігіп жұмыс атқарады. Жұтылған тағам ас қорыту жүйесі арқылы жылжиды, ал құнарлы заттар қанға сіңіріледі.

Барлық тірі ағзалар қалдық шығарады, олардың қатарында адам денесі де бар. Күн сайын біздің денеміз 1-2 кг тағам және 2-3 литр сұйықтық пайдаланады. Бұл үдерістің қажетсіз құрамы мен қосалқы өнімдері күн сайын ағзадан шығарылуы керек. Әйтпесе бір жылдан соң дененің салмағы бір тоннадан асып, небір жаман қалдықтарға толып кетер еді. Екі бүйрек сұйық қалдық- несепті түзеді. Бүйректің ішінде нефрондар деп аталатын миллиондаған микроскопиялық сүзгі бар. Олардың әрқайсысында ұзын тұзақты түтік арқылы су мен өзге заттарды өткізетін қан қылтамырларының кішкене шоғыры болады. Бұл түтікте судың бір бөлігі мен кейбір заттар қажет емес су мен қоқысты несепте қалдыра отырып, денеге кері сіңіріледі. Несеп бұдан ары қарай несепағар түтігіндегі шоғырдан қуыққа қарай ағады. Міне, бүйрек осындай маңызды жұмыс атқарады.

Дененің өз « Интернет» желісі болады. Ол жүйке деп аталатын мыңдаған өзектер арқылы миллиондаған дабыл жібереді, жүздеген ағзалар арасындағы әрбір тарапқа, өзге ағзаларды бақылайтын ағзалардан дабыл жібереді. Ми денемен негізгі жүйке- жұлын арқылы байланысады. Ми мен жүйке жүйесінің атқаратын жұмысы өте маңызды болып табылады. Ми ешқашан тыным таппайды. Тіпті түнде дененің көптеген мүшелері босаңсып, қозғалмайтын кезде де ми жұмыс істеп жатады. Ол жүректің соғысын, дененің қызуын, ас қорыту жүйесін және ішкі үдерістерді бақылайды.

Сен білесің бе?

• Терең тыныстағанда өкпеге 2-3 литр ауа барады.

• Қалыпты тыныс алғанда бір минут ішінде өкпе 10 литрдей ауаны, ал қатты тыныс алғанда 150 литрден астам ауаны айдайды.

• Есінеу кезінде миға қан барып, жақ пен беттің бұлшық еттері қимылдап, адамды сергітеді.

• Ерлердің миы әйелдерге қарағанда көбірек, өйткені ерлер әйелдерден ірілеу болып келеді.

Тірі ағза тіршілігіндегі Архимед күшінің маңызы.

Сүйекті балықтардың ерекшеліктерінің бірі- жүзгіш көпіршіктерінің болуы. Балықтың осы мүшесі ағзада көптеген қызметтер атқарады. Оны сүйекті балықтардың « құнды мүшесі» деп бекер атамаған. Жүзгіш көпіршік ауа толтырылған қапшық тәріздес болып келеді. Жүзгіш көпіршіктері бойынша сүйекті балықтарды ашық және жабық көпіршікті деп бөлуге болады. Бірінші топтың жүзгіш көпіршігі ішектермен ерекше ауа ағынымен байланысады. Ол балықтың су бетінен жұтатын ауасымен толығады. Балықтардың екінші тобының мұндай ауа ағыны болмайды, сондықтан көпіршікті толтыратын ауа арнайы қан тамырлар жүйесі арқылы келеді. Жүзгіш көпіршік балықтар үшін суда жүзу үшін өте қажет. Суда тереңірек жүзу үшін балық көпіршіктен ауаның біраз бөлігін шығарады, өзінің дене көлемін өзгертіп, соған орай орташа тығыздықты да өзгертеді, осы арқылы ол өзінің суда терең орналасуын реттейді. Ал су бетінде жүзу үшін, керісінше, ауаның жетіспеушілігін толықтырады.

Су ортасында өмір сүретін тірі ағзалар тығыздығы судың тығыздығынан аз ерекшеленеді, сондықтан оларға әсер ететін ауырлық күші Архимед күшіне теңестіріледі, яғни денелердің жүзуінің шарты бойынша «дене сұйықтың кез келген жерінде тепе-теңдік қалпын сақтай алады».

Жерорта теңізінде фагак деген балықтың таңғажайып бір түрі кезігеді. Өзіне қауіп төнгенін сезген кезде фагак суды тез жұтып алады.Осы кезде балықтың асқазанындағы тағамдар газ бөле отырып,тарқай бастайды. Газ балықтың асқазанына ғана емес, денесіне тарайды, нәтижесінде фагактың денесі өте ісінеді де ол су бетіне тез жүзіп шығады. Ағзасындағы газдар тарқағанша су бетінде жүзіп, содан кейін ғана су түбіне төмендейді. Көлемі үлкейген кезде фагактың тығыздығы су тығыздығынан да аз болады, осының есебінен ол су бетіне шығады. Осылайша, Архимед күшін қолдана отырып, фагак балығы жауларынан қорғанады.

Тропикалық теңіздерде өмір сүретін моллюскалар су бетіне тез көтеріліп және су түбіне төмен қарай тез бата алады. Олар раковинаның шиыршықталған бөлігінде өмір сүреді. Ағзасының ішкі көлемін өзгерту арқылы су бетіне көтеріліп немесе суға тереңдей алады.

Суда жүзетін құстардың қалың қауырсындары арасында ауаның көп мөлшері бар. Ауа көпіршігінің арқасында құстардың орташа тығыздығы азаяды, осының нәтижесінде үйрек, қаз т.б. құстар суда жүзе алады.

Өрмекші- серебянка өз үйін- су астында өрмектерді өре отырып жасайды.Олар бел омыртқадағы шаштарының арасына қысып, жоғарыдан ауа көпіршіктерін ала келеді. Өрмек торында ауа қорын жинап отырады, ол уақыт өткен сайын толтырылады, осының арқасында өрмекші су астында көп уақыт бола алады.

Су астында тіршілік ететін өсімдіктер тігінен орналасады, бұтақтарындағы ауа көпіршіктері жүзуші рөлін атқарады. Еділ өзенінің кейбір жерлерінде өсетін қызықты өсімдіктердің бірі-су жаңғағы (чилим). Гүлдегеннен кейін ол су астында ауыр жемістерін береді. Оның жемісінің диаметрі 3 см-ге дейін жетеді. Бұл жемістердің ауырлығы соншалық, өсімдікті су астына батырып жіберуі мүмкін, бірақ сол кезде жапырақтарында «құтқарушы» белдіктер пайда болады. Өсімдіктің көлемі ұлғаяды, осыған байланысты ығыстырушы күш болады. Чилимнің салмағының арқасында тепе-теңдік орнайды.

Ғарыштық биология. Салмақсыздық, асқын салмақ,

олардың тірі ағзаларға әсері.

Ғарыштық биология - 1) ғарышқа ұшқанда және ғарыш әлемінде организмдердің тіршілік әрекетінің ерекшеліктерін (ғарыш физиологиясы, экофизиология, экобиология);

2) ғарыш корабльдері мен станциялардағы ұшқыштарға биологиялық тіршілік жағдайын қамтамасыз ету жолдарын;

3) жерден тыс тіршілік түрлерін зерттейтін биологиялық ғылымның бірнеше саласы. Ғарыштық биология авиация медицинасы, астрономия, география, геофизика, радиоэлектроника т.б. көптеген ғылымдар жетістіктеріне сүйене отырып, өзінің зерттеу әдістерін құрайды.

Ғарышта ұшу жағдайына жақын зерттеулер 40-50 жылдары ракетамен 500 км биіктікке дейін ит, маймыл т.б. жануарларды ұшырып зерттеуден басталды. Мұндай зерттеудің 2-кезеңі спутникте Лайка атты иттің ғарышта ұзақ ұшуы болды. 3-кезеңнің зерттеулері жерге қайтып оралатын корабльдердің пайда болуына байланысты. Бұл тәжірибе мерзімін және зерттеулерге алынатын организмдер түрін көбейтуге мүмкіндік туғызды. Осы кезде ғарышқа ит, егеуқұйрық, бақа, шыбын, жоғары сатыдағы өсімдіктер, ас бұршақ, пияз, жүгері, бактериялар, вирустар, кейбір фрагменттер ұшырылып бақыланады. Ғарышта биологиялық зерттеулер жүргізілудің келесі кезеңінде Жер-Ай-Жер жолында автоматты «Зода» станциясында 1986 жылы қыркүйектен 1970 жылы қазан айына дейін жүргізілген тәжірибелер жатады. Бұл станцияда тасбақа, пияз, өсімдік тұқымдары, хлорелла, ішек таяқшасы, т.б. биологиялық обьектілер болады. Әр түрлі биологиялық зерттеулер «Ғарыш - 368» «Союз», «Солют» корабльдерінде жүргізілді. Ғарыштық биология зерттеулері нәтижесі адамның ғарыш жағдайында корабльде ұзақ уақыт тіршілік ете алатын және жұмыс істей алатынын көрсетті. Ғарыш биологиялық зерттеулердің бір нәтижесі салмақсыздық әсерінен ген және хромосома мутацияға ұшырамайтындығы анықталды. Алдағы уақытта салмақсыздықтың жасуша ішіндегі процестерге организмдегі физиологиялық және биологиялық процестердің өзгеруіне тигізетін әсерін зерттеуге көңіл бөлінеді. Ғарыштық биологияның алдында тұрған бір маңызды мәселесі адамның ғарышта ұзақ болуына қажетті тіршілік жағдайының биологиялық негізін анықтау. Корабльдік биологияның бір саласы экзобиологияның алғашқы табысы ай бетінде тіршілік жоқ екенін экспериментті түрде дәлелдеді. Ғарышқа ұшқанда ең алдымен тыныс алу процесіндегі газ алмасу сынап бағанасымен 87 мм таза оттекпен тыныс алғанның өзінде адам дем ала алмайды.

19,2 км биіктікте жылы қанды жануарлар организмдегі сұйық зат «қайнап» кетеді, өйткені бұл жағдайда барометрлік қысым организмнің 37º С-дағы сұйық заты құрамында су буы қысымына тең болады. 36-40 км биіктікте ғарыштық сәуленің биологиялық әсері және толқыны 300-2100 А ультра күлгін сәуле әсерінен қаупі басталады. 100-200 км және бұдан да әрі азда да болса ғарыш әлеміндегі метеориттермен кездесу қаупі туады. Адамның кеңістік, оның қашықтығын ажыратуы қиындайды. Кеңес биологиясының ғарыштағы эксперименттері нәтижесі 1956 жылдан бастап шықты.

Ғарыштық медицинаның міндеті ғарышқа ұшқан, сондай-ақ ғарыш кеңістігіне шыққан адамды ғарыштың зиянды әсерінен қорғау, ғарышкердің қызметіне қолайлы жағдай туғызу. Биікке ұшқанда ауада адамға қажетті оттек жетіспеуінен, қысым төмендегеннен ауыз-мұрнынан қан кетіп, ентігіп, тыныс алуы жиілейді. Сондай-ақ, ғарышта ауаның жоқтығы және адамның салмақсыздануы организмде көп өзгерістер туғызады. Адам тұрса, қозғалса қалқып жүргендей болып, қимылы өзгереді, қызмет істеуге қолайсыз жағдай туады. Сондықтан ғарышкерлер күні бұрын осындай жағдайға жаттығады, дайындалады. Ғарыштағы түрлі сәулелердің зиянды әсерінен қорғау үшін сәуле өткізбейтін скафандр киеді. Ғарыштық медицина ғарышкерлердің тамағына ерекше көңіл бөліп, ғылыми тұрғыдан зерттейді. Мысалы, бір ғарышкерге тәулігіне 640г түрлі тағам, 2200 г су, 882 г оттек, 2 г тұз және дәрумендер қажет. Ғарыштық медицинаның әлі де болса ғарышқа ұшу кезіндегі зат алмасу, жүрек-қан тамыр жүйесі жұмысының өзгерісін толығырақ зерттеу міндеті тұр. Адам ғарышқа ұшудан бұрын ұзақ уақыт жалғыздыққа үйретіледі, бұл кезде адамның психологиялық өзгерістері зерттеледі. Ғалымдардың ғарышты зерттеу нәтижелері Жер бетіне жақын жатқан кеңістікте қандай өзгерістердің жүріп жатқанын және олардың жер биосферасының адамзатқа қалай әсер ететіндігін білуге мүмкіндік туғызды. Адам және басқа да биологиялық нысандардың магнит өрісінің әсеріне ұшырап отыратындығы белгілі. Магнит толқынынан пайда болатын құбылыстың адам денсаулығына тигізетін әсерін алғаш рет зерттеп анықтаған ғалым -А.Л.Чижевский. Чижевскийдің көптеген жылдар бойы алынған мәліметтерінің негізінде күннің белсенділігі мен арасындағы байланысты анықтаған.

Тірі ағзалардағы реактивті қозғалыс

Реактивті қозғалыс принципі бойынша: сегізаяқ, кальмар, теңізқұрт, медуза сияқты теңіз жәндіктері қозғалады. Бүгінгі күні реактивті қозғалыс принципін пайдалану адамның бір кездегі арманы мен қиялы болған тылсым Әлеммен тілдесе бастауына әкелді.

Басаяқты моллюскалардың денесі ағынның тұрақты емес реакция күшімен орын ауыстыратын ауыспалы массалы денеден тұрады. Кальмарлар мен каракатицалардың пішіндері қызығушылық тудырады: олардың денелері аққыш пішінді және қозғалыс жылдамдықтары 15 м/с-тан асатын тез жүзгіштер болып келеді. Басаяқты моллюскалардың «қысқыштары» бірге тығыз орналасады және жақсы ағады. Олар корпустың тірегі болатын көлденең «шыбықтармен» қамтамасыз етілген. Бұл «шыбықтардың» денемен салыстырғанда ұзындығы ұзын болып келеді, қозғалысты тұрақтандырып тұрады: олардың көмегімен бұл жәндіктер суда жүзу бағытын жеңіл сақтап және оңай өзгерте алады. Кальмар екі тамаша қозғалтқышымен де пайдаланады. Ақырын орын ауыстырғанда ол дене корпусы бойымен жүгіретін толқын түрінде периодты түрде майыса алатын ромб тәріздес жүзгішін пайдаланады. Тез жылдам қозғалу үшін кальмар тығыз жабыла алатын, корпусындағы дөңгелек келген тесік арқылы мантия бөлігіне су жинайды. Бұлшық ет мускулатурасын жиыратын, бұлшық ет импульсімен кальмар бұрылғыш сопло арқылы суды шашып отырады. Бұл жағдайда кальмардың жылдамдығы шашатын суының массасы мен жылдамдығына байланысты келеді. Кальмардың бұл қозғалысын реактивті қозғалыс қатарына жатқызуға болады. Олар аса үлкен жылдамдықпен жарылуға дайын тұрғандай, торпеда сияқты жылдам қозғалады. Жас кальмар судан 5-8 метр биіктікке дейін көтеріліп, кемеге секіруі мүмкін. Мұндай «биореактивті» қозғалтқыш 20м/с -қа дейін жылдамдығын арттыра алады.

Осьминог, сальпа моллюскасы, каракатица сияқты теңізде тіршілік ететіндер қозғалыс кезінде реактивті қозғалыс принципін қолданады- олар өздерінің денесіндегі арнайы бұлшық ет қабына суды тартып, одан соң оны сыртқа ығыстырып шығарады. Осының арқасында олар ағынға қарсы жүзе алады.

«Аэродинамиканың барлық заңдары бойынша май қоңызы ұшпауы керек, не олардың бізге белгісіз көтеруші күштері бар »- деп өзінің еңбегінде Леон Бернар жазған болатын. Ал көбелектерге ұшуға қандай көтеруші күштер әсер етуі мүмкін? Ғалымдар бір секундта 200 кадрға түсіріп, олардың қанаттарының жұмыс механизмін қарастырды. Қанаттары жоғары көтерілгенде, қанаттың астыңғы бөлігінде канал пайда болады. Осы канал арқылы көбелекті алдыға итеретін , ауаның сығылған ағынын қанаттары ығыстырып шығарады. Бұл жәндіктердің табиғи реактивті қозғалтқыш екендігіне дәлел бола алады.

Биологиялық материалдың серпінділік қасиеттері. Деформация.

Сүйектер дененің ішінде оны тік ұстап тұратын, аяқ-қолдары мықты ететін тірек ететін тірек құрайды, сондай-ақ ішкі ағзаларды қорғайды.

Әдетте, сүйек коллаген, минералдар мен сүйек кемігін қамтитын үш қабаттан тұрады. Сыртында сүйек қабығы болады. Қатты сүйектің серпінділік қасиеттері негізінен нәруызбен (коллаген) және минералды құрамдарымен байланысты болады. Минералдар сүйек массасының 70%, ал коллаген-шамамен 20% құрайды. Сүйек қатты болу үшін кальций, фосфор сияқты минералдардың кристалдарынан және ауырлық түскен кезде сүйек аздап майысу үшін коллаген талшықтарынан құралады. Ортаңғы қабат-араның кәріздеріне ұқсайтын ұсақ ұяшықтары бар кемікті дене. Ең ортада жаңа жасушалар түзетін сүйек кемігі орналасқан.

Сүйекті құрайтын материалдардың механикалық кернеуге реакциялары әр түрлі болып келеді. Мысалы, өгіздің тізе-аяқ сүйектерінің серпінділік қасиеттерін зерттеуде, минералды құрамдардың сығылу кедергісінде-30%, ал созылу кедергісінде-5% үлесі бары анықталды. Ал нәруыз сығылуға 0,1% -ке аз, ал созылуға 7%ке тең кедергі көрсетеді. Бұл нәруыз молекулаларының серіппе тәрізді құрылысын байқатады. Зерттеу нәтижесі сүйектің кейбір бөліктерінің әлсіз, кейбір бөліктерінің беріктігін аңғартты.

І кестеде Юнг модулінің мәні мен сүйектің құрамды бөліктерінің серпінділік модульдері көрсетілген. (өгіздің аяқ-тізе сүйектері үшін алынған мәліметтер)

І кесте

Сығылу

Созылу

Юнг модулі 10¹⁰ Па

Сығылуға беріктік, 10⁷ Па

Юнг модулі 10¹⁰ Па

Созылуға беріктік, 10⁷ Па

Тұтас сүйек Минералдар

Нәруыздар

1,02

0,64

0,004

14,7

4,4

0,01

2,24

1,66

0,02

9,8

0,5

0,7

Тұтас сүйектің және оның құрамды бөліктерінің (минералдар мен нәруыздар) «сығылу-созылу» тәуелділігінің схемалық бейнеленуі:

1-сурет

Созылу

деформациясы

Нәруыз

Минерал

Сығылу

кернеуі

Тұтас

сүйек

Созылу

Деформациясы

Созылу

кернеуі

Ағза тіндерінің сығылу мен созылуға беріктігі (сондай-ақ, Юнг модулі де) жануардардың құрылыстары әр түрлі болса да, түрлеріне аз мөлшерде байланысты болады. Тін, бұлшық ет сияқты жұмсақ биологиялық материалдардың сүйек және басқа қатты материалдардың серпінділік қасиеттерінен ерекшелігі бар, серпіндік қасиеттері бар. Бұл жұмсақ биологиялық материалдар резеңке тәрізді болып келеді, оларды эластомер қатарына жатқызады. Эластомерлерді сүйекті материалдардан үш негізгі қасиеттері бойынша ажыратады.:

1. Сүйекті материалдардың серпінділігі сығылу (1-сурет) және созылудың сызықты графигімен ерекшеленсе, эластомерлер S - пішінді тәуелділікте болады

2. Сүйекті материалдар үшін Юнг модулі 10¹⁰ Па-ға тең шамамен бірдей мәнге ие болады. Эластомерлер үшін Юнг модулі кернеуге байланысты 10⁵ - 10⁶ Па шамасында өзгереді.

3. Сүйекті материалдардың шекті созылуы 0,01-ге тең, ұзындықтың өзгеруінің 1% құрайды. Эластомерлер ұзындықтың екі-үш есеге өсуіне шыдай алады.

Кесте ІІ.

Сығылуға беріктік,

10⁷ Па

Созылуға беріктік,

10⁷ Па

Адам

Ат

Сиыр

Жабайы шошқа

Шошқа

Страус

12,4

12,1

11,3

10,0

8,8

7,1

17,0

14,5

14,7

11,8

10,0

12,0

Сүйектер жас үлғайған сайын өзгере ме?

Иә, мәселен сәбидің сүйегі ересек адамның сүйегіне қарағанда икемді және жұмсақ.. Сондықтан олардың сүйектері сынудан бұрын майысуға бейім. Бұл жиі құлап немесе бір жерін ұрып алып жататын балалар үшін қолайлы. Сонымен қатар баланың баланың қаңқасында 340 сүйек болса, ересек адамның денесі 206 сүйектен тұрады. Өйткені балалық шақта кейбір сүйектер бірігіп бір сүйекті құрайды. Сүйектер 20 мен 45 жас аралығында нақты қалыптасып бітеді және жақсы қызмет атқарады. Кейінірек сүйектер қатайып, икемділігін жоя бастайды, сондықтан олар майысудың орнына сынғыш келеді.

Сен білесің бе?

• Сүйектер дененің бестен бір бөлігін құрайды, үштен бірі судан тұрады.

• Бас сүйекте 22 сүйек бар, оның 14-і бет, 8-і бас ми сүйегі.

• Ең ұсақ сүйектер - құлақтағы ұсақ үш сүйек

• Ең ұзын сүйек - бүкіл дененің төртен бір бөлігін құрайтын сан сүйегі.

ІІ тарау. Биологиялық жүйе термодинамикасы.

Тірі ағзадағы жылу балансы.

Материяның жылулық қозғалысының заңдылықтарын және онымен байланысты физикалық құбылыстарды зерттейтін физика бөлімін термодинамика деп атайды. Өзара және қоршаған ортамен затпен және энергиямен алмасатын макроскопиялық денелердің жиынтығын термодинамикалық жүйе деп атайды. Қоршаған ортамен зат не энергия алмасу ашық жүйеде өтеді. Өсімдіктер мен жануарлар, кез келген тірі ағзалар ашық термодинамикалық жүйені құрайды. Термодинамикалық жүйенің күйін сипаттайтын параметрлер - көлем, қысым, температура. Менделеев-Клапейрон теңдеуі - идеал газдың күйін сипаттайтын теңдеу. Жүйенің сыртқы денелермен әрекеттесуі нәтижесінде бір күйден екінші бір күйге ауысуын термодинамикалық процесс деп атайды. Ішкі энергия - жылу мөлшері, жылу берілу кезінде дененің алған немесе жоғалтқан энергия бөлігі. Жылудың адам мен жануарлар өсімдіктер үшін маңызы зор. Тіршілік болу үшін жылудың қажеттілігі өте маңызды екені анық.

Тірі ағза - бұл ашық термодинамикалық жүйе. Неміс физигі Роберт Майер тірі ағзаның физикасы үшін көп еңбектер жазды. Майер ыстық ауа-райында жылу өте көп болғанда, ағзаның оттегін қолдануы азаятындығын және жылудың ішкі көздері аз жұмыс істейтіндігін байқаған. Бұл оған тірі ағзаның ішінде энергия жартылай жылуға, ал жартылай ағзамен механикалық жұмыс істеу барысында жұмсалатындығы жөнінде қорытынды жасауға мүмкіндік береді. (1842ж). Сонымен, Майер бірінші рет тірі ағзалар үшін термодинамиканың бірінші бастамасын таратты және биоэнергетика негізін қалады. Гельмгольц пен Джоульдің жұмыстары негізінде энергияның сақталу және айналу заңының негізі қаланды, бұл табиғаттың іргелі заңы болып табылады. Бірақ 19 ғасырда көптеген ғалымдар термодинамиканың заңдарының биологиялық объектілерге қолданылуы дұрыс екендігіне күмәнданды.

Ағзаның бөлетін жылуын жануарды адиабаталық калориметрге орналастыру арқылы анықтауға болады. Тірі ағзаларға термодинамиканың І заңының қолданылуын тексеру үшін калориметрия методын 18ғ. француз ғалымдары Лавуаз мен Лаплас қолданды. Жануарды (теңіз шошқасын) мұзды калориметрге орналстырды. Мұздың еру жылдамдығы бойынша жануардың бөлетін жылу мөлшерін анықтады, бұл жылу мөлшерін жануардың ішкен тамағының жылулық мөлшерімен салыстырды.

Тірі ағза жылу машинасына ұқсайды, ол жылуды қоршаған ортаға бөледі, яғни тамақтанудан алған энергиясы бар және әртүрлі жұмыс атқарады: механикалық, электрлік, химиялық. Жұмыс атқарылуы нәтижесінде барлық энергия жылуға айналады. Химиялық жұмыс жоғары молекулалық зат (аққуыз, нуклеин қышқылы және т.б.) синтезі кезінде жасушамен, төмен молекулалық (май, көміртек) заттардан ағзаға түскенде басқа да химиялық реакциялар кезінде атқарылады. Механикалық жұмыс бұлшық еттердің жиырылуы кезінде атқарылады және сыртқы механикалық күшке қарсы барлық дене мен жеке мүшелердің қозғалысына жұмсалады. Электр жұмысы жасуша мембранасы мен жүйке жасушаларының қозуы кезінде биопотенциалдың қозғалысы кезінде болады. Оптикалық жарықталыну бойынша жұмыс люминесценцияға, яғни ағзаның жарықталынуына жұмсалады.

Жылы қанды жануарлардың дене температурасы ортаның температурасына тәуелді емес. Суық қанды жануарлардың дене температурасы сыртқы ортаның температурасымен бірге өседі. Жылу қан ағыны арқылы тасымалданады. Қан жүректің сол жақ бөлігінен шығып, қыздырғыш (жасуша) арқылы өтіп, «радиотормен» өкпе қоршаған ортаға жылуды беріп, қайта жүректің оң жақ қарыншасына өтеді.

Тірі ағзалардағы жылу берілу түрлері

Жылу берілу түрлері: жылу өткізгіштік, конвекция, сәуле шығару.

Тірі ағзада жасушалардың жылу өткізгіштіктері әртүрлі. Бұлшық ет жасушасында ішкі мүшелерден сыртқа жылу тез беріледі, осылайша ішкі мүшелердің қызып кетуіне жол бермейді. Төмен температурада май жасушаларының қабаты жылудың тез тарқап кетуіне бөгет жасайды. Сондықтан суық жақтардың аңдарында май қабаттары көп болады. Мысалы, пингвин май қоры құстың 30-35 кг жалпы массасында 10-15 кг-ды құрайды. Сол сияқты (қанаттары) қауырсыны мен шаш арасындағы ауа қабаты да жылуды сыртқа жібермейді.

Егер қоршаған орта температурасы жануардың дене температурасына тең не одан көп болса, жылу өткізгіштік пен конвекция дене ішіне бағытталған жылу ағынын тудырады, ұзақ уақыт бойы жылу ағынын қабылдау қыздыруға және жануардың өліміне әкеп соқтырады.

Абсолют қара дене үшін жылулық сәулеленудің заңдары бар. Стефан-Больцман заңы:

I_сәу=бТ⁴ ; б - Стефан- Больцман тұрақтысы; б=5,7*10^-8Вт/(м²*К⁴)

I - жылулық ағынының интенсивтілігі.

Егер жануар терісінің температурасы -Т_тері , ал қоршаған ауа температурасы-Т_ауа болса, онда қорытқы ағын:

I_сәу=έ б(Т⁴_тері-Т⁴_ауа)

έ -коэффициент, абсолют қара дене үшін - έ =1

Терісі қоршаған ортамен байланысып тұратын дене бөлігінің температурасы қоршаған орта температурасымен байланысты. Қоршаған орта температурасы артқан сайын дене бетіне қанның келуі артады, бұл терінің қызуына әкеледі, яғни тұрақты жылу алмасу жүреді. Алайда бұл реттеу температура интервалымен шектеледі ( адам үшін 19ºС-31ºС). Осы температура аралығында жылу берілу жылу өткізгіштік пен конвекция арқылы анықталады. 19ºС-тан төмен температурада терінің қан тамырлары сығылады. 31ºС-тан жоғары температурада жылу берілу булану арқылы беріледі.

Тірі табиғаттағы жылу алмасудың мысалдары.

• Құстардың дене температурасы жоғары болады және ұшу кезінде дененің салқындауына қарсы тұратын жылу изоляциясы жақсы дамыған. Жоғары температура бұлшық етттердің жиырылу тиімділігін арттырады. Құстардың жүректері күшті болады, жоғары қан қысымына төзуге қабілетті келеді.

• Біздерді «тері» суықтан қорғап тұрады. Сондықтан денемізде олардың саны өте көп: барлық денемізде күніне 0,2 мм жылдамдықпен өсетін 200 мыңнан 1 миллионға шейін түк қылшықтары бар. Әрбір қаста 700-ден және әрбір көз аймағында 80-нен астам кірпік бар болады. Кірпіктер әрбір 100 күн сайын түсіп, қайта өсіп отыратын «перде» болып табылады.Сонымен, өзінің барлық өмірінде ерлер 83 мың кірпік, ал әйелдер 93 мың кірпіктерді ауыстырады.

• Солтүстік бұғысының терісінің ерекшелігі бар: әрбір жүн қылшықтарының арасы ауаға толы, сондықтан да олар суыққа төзімді келеді. Солтүстік аймақта тұратын адамдарды қатты аяздардан бұғы терісінен тігілген киімдер сақтап қалады.

• Түйелердің қалың терілері оларды суық пен ыстықтан қорғап тұрады.

Тірі табиғат термодинамикасынан кейбір мәліметтер.

*Үйректер мен қаздар суықтан қорқа қоймайды. Ақ аюлар мен ит балықтар

-80ºС-қа шыдаса, олар -110ºС-қа да шыдап береді.

*Суық адамның жұмыс істеу қабілеттілігі мен физикалық белсенділігіне әсер етеді. Тек бұлшық еттер ғана емес, адамның ми бөлігі де әлсірейді.

* Цитоплазманың қасиеттеріне байланысты барлық тірі ағзалардың жасушалары 0ºС-тан +50ºС-қа дейін өмір сүруге қабілетті болады. Бірақ бактерия және көк- жасыл түсті балдырлар +85ºС-та тіршілік етеді. +58ºС температурадағы амебалар да кездеседі. Көптеген екі қанаттылардың құрттары +50ºС-қа тақау температурада өмір сүреді. Көп аяқтылар мен кенелер -10ºС-қа шыдамды келеді.

* Қоршаған ортаның жоғары температурасы, әсіресе күннің радиациясы, адам ағзасында елеулі өзгерістер туғызады. Ағзаның қызып кетуі ағза мүшелерінің қалыпты қызметін бұзады, Физикалық және психикалық іс-әрекеттерін баяулатады. Әсіресе, ауыз су жетпеген жағдайда жоғары температураның әсері өте қауіпті.

Кесіртке қыздырыну үшін күннің сәулесімен бірге бір орнынан екінші орынға ауысады.

Тірі ағзадағы булану процесінің ролі.

Адам өміріндегі буланудың маңызы.

Егер алақаныңа су тамса, ол біраз уақыттан кейін буланып, ұшып кетеді.

Судың булануымен алақанымыз да салқындайды, яғни су өзімен бірге адам жылуын ала кетеді.

Булану - ішкі энергия азаюының ең оңай реттелетін әдісі.Булану-бұл қоршаған ортаның төмен ылғалдылығы мен жоғары температурасы кезінде тірі ағзаның жылу алмасуының ең маңызды тәсілі. Сыртқы ортаның температурасы жоғарылаған сайын буланудың тиімділігі де арта түседі. Ағзадан жылу мөлшері булану кезінде бөлінеді.

Ағзаны терморегуляциялау (реттеу) үшін терлеу аса маңызды роль атқарады, ол адам мен жануар ағзасындағы температураның тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Терлеу арқылы ішкі энергия азаяды да, нәтижесінде ағза салқындайды. Адам ағзасы тері арқылы бір тәулікте 500 см³ су бөліп шығарады. Адам өміріне 40% - 60% - дейінгі ауа ылғалдылығы қалыпты деп есептеледі. Қоршаған ортаның температурасы адам денесінің температурасына қарағанда жоғары болса, тердің шығуы күшейе түседі. Тердің көп мөлшерде бөлінуі ағзаның салқындауына әкеледі, жоғары температура жағдайында жұмыс істеуге көмегін тигізеді. Бірақ қатты терлеу адам үшін ауыр болып табылады. 40%-тен төмен ылғалдылық кезінде ағза ылғалды көп мөлшерде жоғалтады, ал ол ағзаның құрғауына әкеледі. Булануды қиындататын қандай да бір жағдайлар ағзаның жылу алмасуын бұзады.

Былғары, резеңке, синтетикалық киімдер ағзаның температурасын реттеуді қиындатады.

Жануарлар тіршілігіндегі буланудың ролі.

Ағзаны терморегуляциялауда (реттеу) булану құбылысының кейбір ағзалар үшін алатын орны ерекше. Мысалы, түйенің екі аптадай су ішпеуі мүмкін екндігі белгілі. Бұл оның суды үнемді пайдалатындығымен түсіндіріледі. Түйе 40º-тық ыстықта да терлемейді. Оның денесі қалың және тығыз жүнмен жабылған- жүн оны қызудан құтқарады, жүн ағзадағы ылғалдың шығуына бөгет жасайды (қырқылған түйенің терлеуі 50%-ке дейін ұлғаяды). Түйе ешқашан, тіпті аптап ыстықта да аузын ашпайды: ауыз қуысындағы сілекей қабықшадан көп мөлшерде су шығады. Оның демалу жиілігі өте төмен -минутына 8 рет. Осының арқасында ағзадан ауамен бірге ылғал (су) аз шығады. Бірақ ыстықта оның демалысы минутына 16 ретке дейін өседі (салыстырыңдар: бұқа минутына 250, ал ит 300-400 рет дем алады). Түйе өз өркештерінен керегіне қарай жарты центнер су ала алады (100 г майдан 107 г су).

Иттің жүні өте жылы, ал терілерінде без мүлдем жоқ (тек аяқтың ұштарында ғана бар). Иттер мүлдем терлемейді. Жазда ыстықтағанда олар өзін суыту үшін аузын ашып, тілін салақтатады. Тілдегі, жағындағы сілекейлерін буландыру арқылы, иттің дене температурасы төмендейді, ағзаның ішкі энергиясы азаяды.

Пілдерде бір де бір тері бездері жоқ. Піл ауызынан ұзын тұмсығымен сілекейлерін алып, бүкіл денесіне жағады. Бірден жеңілдейді - өйткені сілекей тез кеуіп, ұшып кетеді, яғни ішкі энергиясы, температурасы төмендейді.

Қояндардың ұзын құлақтары тіпті тыңдау үшін емес,... терлеу үшін берілген. Құлағының әрбір см² бір сағатта 10 калорияға дейін жылу шығарады.

Құстарда олардың ауа қапшықтарынан шыққан ылғал салқын беріп тұрады. Осыған байланысты ауа райы ыстық болғанда құстар тұмсықтарын ашады.

Биологиялық объектілер үшін энергияның айналу және сақталу заңы.

Биологиялық объектілердегі энергия.

Адам, жануар, өсімдіктердің биологиялық объектілер қатарына жататыны белгілі.

Өсімдіктер энергияны фотосинтез құбылысына байланысты күннен алады. Биомасса ретінде өсімдіктерді шөп жейтін жануарлар жейді, ал өздері жыртқыштардың жемі болып табылады. Яғни зат не энергия алмасу бір ағзадан екінші ағзаға өтеді. Тағам - энергия көзі болып табылады. Тірі ағзада тағамдық ашу-ақуыз, май, көміртегінің ашуы кезінде энергия бөлінеді. Тағамның ашуынан пайда болған энергия негізгі (бірінші) және белсенді (екінші) жылу түрлерінде бөлінеді. Негізгі жылу ағзаны қыздыруға жұмсалады және қоршаған ортада тарайды. Осы энергияның 50% адам барлық өмір қызметіне жұмсайды (жүрек, бұлшық ет және т.б жұмысы). Екінші жылу бұлшық ет қызметі негізінде пайда болады. Адамдар мен жануарлар ауамен тыныс алғанда демді тарту бұлшық еттердің, яғни энергияның есебінен жүреді.

«Ас адамның арқауы» деп халқымыз бекер айтпаған. Дәрумендерге бай ас өнімдерінен адам бойына күш-қуат, энергия алады.

Тірі ағзалардағы энергияның айналуы.

Кез келген тірі ағза - энергияның бір түрден екінші бір түрге айналуы жүріп жататын күрделі жүйе. Ағза энергияны тағамдардан алады, оны жасушаларды құрауға, қозғалысқа және басқа әрекетттерге жұмсайды. Биофизикада энергия алмасу молекулалық деңгейде және барлық тұтас ағзада қалай өтетіндігі қарастырылады.

Адам алманы жегенге дейін, алма энергияны күннен алады. Пысқан алманың потенциалдық энергиясы бар. Алманы жеген адам энергия қорын алады. Бұл энергияның біраз бөлігін біз ағзамыздағы жүріп жататын химиялық реакцияларға жұмсаймыз. Нәтижесінде біздің бұлшық еттеріміз қозғалыс жасауға қабілетті болады. Яғни, химиялық энергия кинетикалық энергияға айналады. Ал кинетикалық энергия жылуға (ішкі энергияға) айналады. Энергия әр түрге айналуы мүмкін, бірақ ол өз-өзінен пайда болмайды және жоғалып кетпейді.

Тірі ағзадағы энергия айналуының мысалдары:

Энергия айналу мысалдары

Энергия айналу өтетін ағза бөліктері

Химиялық энергия электр энергиясына

Жүйке жасушалары,ми, барлық жасушаларда

Химиялық энергия механикалық энергияға

Бұлшық еттік ұлпаларда

Химиялық энергия жарық энергиясына

Балықтар мен жәндіктердің жарықталынатын жасушалары

Дыбыс энергиясы электр энергиясына

Ішкі құлақта

Жарық энергиясы электр энергиясына

өсімдіктер жапырақтарында (фотосинтез), тері жасушасында

Барлық энергия жылу энергиясына

Барлық жасушаларда

Тірі табиғаттағы диффузия құбылыстары.

Табиғатта, адам мен жануарлар әлемінде диффузияның маңызы зор. Тыныс алу кезінде ауадағы оттегі адам терісінен өтіп, оның ағзасын сауықтырады. Міне, сондықтан адам терісінің үнемі таза болуы денсаулыққа жақсы әсер етеді. Тыныс алу (сыртқы ортадан ағзаның терісі арқылы оның ішіне өтетін оттегі диффузиясы) кезінде дене мен қоршаған ортаның жанасу бетінің көлемі неғұрлым үлкен болған сайын оттегі диффузиясы тезірек жүреді, ал дене қабаты неғұрлым тығыз және қалың болған жағдайда баяу жүреді. Яғни, дене пішіні кіші ағзалар арнайы тыныс алу мүшелерінің, тек өзінің сыртқы қабаты( жұқа және ылғалды болса) арқылы келетін оттегімен тыныс алады. Үлкен пішінді ағзаларда тері арқылы тыныс алу оның сыртқы қабаты өте жұқа (қосмекенділер) болған жағдайда болуы мүмкін. Ал сыртқы қабаты қалың ағзаларға арнайы тыныс алу мүшелері қажет.Осы тыныс алу мүшелеріне қойылатын талаптар- жалпақ болуы, ылғалдылығы, қалыңдығының аз болуы.

Қоректік заттар диффузия арқылы адамның және жануарлардың қарнынан, ішегінен өтіп, қанға беріледі. Одан әрі қан тамырларының қабырғаларынан өтіп, бүкіл денеге тарайды. Дәрумендер ағзаның тіршілік қабілеті үшін қажетті зат, ол дене және ой еңбегін арттырады, оның өсуі мен дамуын, ауруға қарсы тұруын қамтамасыз етеді. Дәрумендер өсімдік пен мал өнімдерінен алынатын азық-түліктерден диффузия құбылысы арқылы ағзаға беріледі.

Сондай-ақ, диффузия арқылы ауру тарататын микробтар, әр түрлі улағыш заттар ( темекі, арақ, есірткі молекулалары) адам ағзасына сіңісіп, зор зиян келтіреді. Сондықтан айналадағы ортаның, өз денеңнің тазалығын сақтау әркімнің міндеті.

Диффузия құбылысының табиғи суқоймалар мен аквариумдерді оттегімен қамтамасыз етуде атқаратын ролі зор. Оттегі суқоймалардағы судың терең қабатына оның бос қабаты арқылы диффузия әсерінен өтеді. Сондықтан судың бос бетінде әр түрлі кедергілердің көп болуы қажет емес. Себебі олар оттегінің суға өтуіне кедергі болып, сол суда тіршілік ететін ағзаларды өлтіріп алуға болады. Сол сияқты жіңішке мойынды ыдыстар аквариум ретінде қолданылмайды.

Ағаштарда, өсімдіктерде диффузиялық алмасу жапырақ қабаты арқылы жүреді. Ормандар- барлық тірі ағзаларға тыныс алуға көмектесетін жеңіл «планеталар». Бір жыл ішінде орманның бір гектары 18 миллион м³ ауаны көмірқышқыл газынан тазартады, ол орнына миллион м³ оттегін бере отырып, 64 т шаңдар мен басқа газдарды жұтады. Яғни, орманның ауаны тазарту процесі диффузия құбылысының арқасында жүреді.

Сен білесің бе?

*Жәндіктер арасында өзара хабарласудың кең тараған тәсілі- химиялық қосындылардан тұратын иістер шығару арқылы хабарласу.

* Көптеген жануарлар өз территориясын иіс шығару арқылы қорғайды. Гепард, леопард сияқты үлкен мысықтар ағашқа зәрін осы мақсатпен шашады. Осындай иіс шығару тәсілі оның өз қарсыластарына алысырақ жүрсін деген ескертуі болып табылады.

* Көптеген қоңыздар, жәндіктер, кейбір жапырақ жегіштер өзін қорғау үшін өткір иістер шығарады. Қанқыз қоңызы сарғыш түсті улы сұйықтықты да бөледі. Бұл иістердің таралуы диффузия нәтижесінде жүзеге асады.

*Раффлезияның үлкен гүлі «сасыған өлік» деп аталатын өткір иісінің жәндіктерді тартуы арқасында шешек жарады.

Гепард иіс шығару арқылы өз территориясын қорғау мақсатында зәрін ағашқа шашады. Иістің таралуы- диффузиялық құбылыс.

Биологиядағы термодинамиканың бірінші заңы

Термодинамика - энергияның айналуы жөніндегі ғылым. Тірі ағза қоршаған орта жүйесіндегі энергетикалық тепе-теңдіктің өзгеруімен тығыз байланысты болғандықтан, термодинамикалық әдістер биологияда кеңінен қолданылады.

Қазіргі кезде биологияда термодинамиканың қолданылу бағыттары айқындалған. Бұл біріншіден, тірі ағзаларда және жеке жүйелер мен ағза мүшелерінде тыныштықта және жұмыс істеу кезінде энергиялық айналулардың есептелуі (мысалы, бұлшық еттің жиырылуы, жүйке импульстері, осмостық жұмыс кезінде); биологиялық процесстердің ПӘК-ін және биохимиялық қосылыстардың байланыс энергиясын анықтау. Екіншіден тірі ағзаларды ашық термодинамикалық жүйе ретінде зерттеу.

Термодинамиканың І заңы:

∆U = Q+A′; A = Q-∆U; A′ = A;

Бірінші заңнан не жүйенің ішкі энергиясының есебінен, немесе жүйеге жылу мөлшерін беру есебінен жұмыс атқарылатыны байқалады.

Тірі жүйеде, тұтас ағза немесе жеке ағза мүшелерінде (мысалы, бұлшық ет) жұмыс жылу берілу есебінен атқарыла алмайды. Мұны мынадай мысалмен дәлелдеуге болады. Жылу машинасының ПӘК-і: ПӘК = T₁-T₂ /T₁;

Бұлшық еттің Т₁ температурасын анықтап көрейік, ол +25^о С температурада, ПӘК═30% тең жылу машинасы сияқты жұмыс істеді делік.

T₂═298К; (T₂═25^оС+273═298К)

0,3═30%═T₁-298К/Т₁═> T₁═447К; немесе t₁═174^oC

Сонымен егер жылу машинасы сияқты жұмыс істесе, ол бұл жағдайда + 174^oC температураға шейін қызған болар еді. Бұл, әрине, ақылға қонымсыз.

Сонымен тірі ағзада биохимиялық процестер кезінде жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі есебінен жұмыс атқарылады, яғни тірі ағза жылу энергиясы есебінен емес, тағамдардың химиялық энергиясын қолдану арқылы жұмыс істейді.

Биологиядағы термодинамиканың

екінші заңының тірі ағзаларда қолданылуы

Термодинамика ІІ заңы энергияның қандай да бір түрінің жұмысқа немесе басқа энергия түріне айналу заңдылықтарын қарастырады.

Тірі жүйелерге термодинамиканың ІІ заңы мен осы заңнан туындайтын градиент, энтропия, еркін энергия ұғымдарын қолдану жөніндегі сұрақтар биология үшін маңызды. Термодинамиканың ІІ заңы бойынша суық жүйеден ыстық жүйеге жылу берілуі мүмкін емес. Осының салдарынан жоғары деңгейден төмен деңгейге, яғни градиент бойынша энергияның берілуімен байланысты процестер өздігінен жүруі мүмкін деген тұжырым туындайды.

Тірі жасушаны тірі емес жүйемен салыстырсақ тірі жүйеде көптеген градиенттер кездеседі. Мысалы, жасуша қабығы арқылы иондардың бір қалыпты емес түрде таралуы электрлік градиенттің пайда болуымен байланысты. Жасуша импульсінің жүруі иондардың бір қалыпсыз түрде таралуы мен электр градиентімен байланысты. Градиенттің болуы тірі жасушада жұмыстың атқарылу мүмкіндігін туғызады.

Термодинамиканың ІІ заңы жылудың қосымша энергиясыз өздігінен толықтай жұмысқа айнала алмайтындығын тағайындайды. Жүйенің жұмыс қабілеті, оның ПӘК-і процестің бастапқы және соңғы температурасы арасындағы айырмасы арқылы анықталады.

ПӘК = T₁-T₂/ T₁;

ПӘК = Q₁-Q₂/ Q₁ = A/Q₁;

A = (T₁-T₂/ T₁ )*Q₁;

Энергия таралу мөлшері энтропия деп аталады.

Q/ T = S- энтропия.

Тірі ағзаларда жұмыс пен жылу мөлшеріне айналатын химиялық энергия жұмыс көзі болып табылады. Жылу тарайды, және бұл процесс қайтымсыз.

Термодинамиканың ІІ заңын энтропия заңы деп те аталады. Градиент азайған сайын қайтымсыз процестер кезінде энтропия өседі. Көптеген биологиялық процестер қайтымсыз, сондықтан тұйық жүйеде энтропия өседі. Энтропияның өсуі бағытында қайтымсыз процестер жүреді.

Химиялық, электрлік, механикалық энергиялар негізгі энергия түрі болып табылатын тірі ағзаларда ПӘК-і 100 % болатын процестер байқалмайды. Бұл биологиялық процестердің қайтымсыздығымен түсіндіріледі.

Әр түрлі биологиялық процестердің ПӘК шамасы:

биологиялық процесс

ПӘК, %

бұлшық ет жиырылуы

30%

фотосинтез

75%

бактериялардың жарықталуы

90% - ке дейін

гликолиз

36%

қышқылды фосфорлау

55%

Жұмысқа айналуға қабілетті энтропия еркін энтропия деп аталады. Термодинамикалық тепе-теңдік максимум энтропия және минимум еркін энергиямен сипатталады.

ІІІ тарау. Гидродинамика және гемодинамика негіздері.

Қан- тірі ағзалардың тіршілік ету факторы.

Егер байқамай қалып, саусағыңды кесіп алсаң немесе жарақатап алсан, сол жерден қан шығады. Қан адам ағзасындағы тіндердің бірі,бірақ ол ерекше тін-сұйық тін.Өзінің қасиетіне қарай, қан адам денесінің барлық мүшелері мен бөліктерінде кездеседі.Егер қанды түтік шыныға құйып қойсақ,біраз уақыттан кейін сары түсті сұйықтық пен қызыл тұнбаға айналғанын көреміз.Бұдан біз қанның неден тұратынын анықтаймыз.Сары түсті сұйықтық - плазма,ал қанның тұнба-кішкентай қан түйіршіктері-лейкоциттер, кішкентай қан талшықтары - тромбоциттер деп бөлінеді. Плазманың 90 пайызы су, онда қан жасушаларынан басқа нәруызтар мен тұздар болады.Қанның 55 пайызы плазмадан, 44,55 пайызы эритроциттерден, ал 0,45 пайызы лейкоциттер мен тромбоциттерден тұрады.Тірі ағзада қан үнемі қозғалыста болғандықтан, оның құрамдас бөліктері әрдайым бір-бірімен араласып жатады, сондықтан қан біркелкі сұйықтық түрінде болады. Қан қан тамырлары арқылы біздің ағзамыздағы барлық мүшелер тіндерге ағып өтіп, оларға оттекті, қоректі заттар гормондарды жеткізеді. Қан тіндерді көмірқышқыл газы мен басқа зат алмасу өнімдерінен босатады. Сонымен қатар қан ағзаға бөгде заттардың түсуінен және ауру тудыратын бактериялардан қорғайды. Осы қаның арқасында біздің денеміздің барлық бөліктерінде бірдей және тұрақты температура сақталады. Салмағы 50 килограмм болатын адамның қан тамырында 5 литрге жуық қан айналады. Адам денесі салмағының он екіден бір бөлігіне жуығы қаннан тұрады. Қанның 45 пайызы микроскоппен ғана көрінетін ұсақ жасушаларды құрайды. Қанның 100-ден астам атқаратын қызметі бар.Олардың ең маңыздыларының бірі-миллиондаған қызыл қан денешіктерімен оттегіні тасымалдау.

Қан, сондай-ақ құнарлы заттарды таратады, ондаған гормондарды, организмдегі үдерістерді басқаратын табиғи заттарды жеткізіп береді, денеге жылу таратады, ауруларымен күресетін ақ қан денешіктерін жеткізеді, сонымен қатар көмірқышқыл газы мен өзге қалдықтарды алып кетеді. Қанның бір тамшысының 20 миллионға жуық қызыл қан денешіктері үш айдай өмір сүреді. Қан денешіктерінің көптеген түрлері болады, олардың көпшілігі микробтармен және аурулармен күреседі. Олардың кейбір бірнеше күн, ал кейбіреулері бірнеше жыл өмір сүреді. Бір - екі миллионға жуық қан пластинкалары немесе тромбоциттер қанды ұйытады. Егер құлап тізеңді жарақаттап немесе саусағынды кесіп алсаң, сол жерден қан ағады. Біраз уақыттан кейін аққан қан өзінен өзі тоқтайды. Жарақаттың бетінде қатып қалған қан пайда болады. Кейін ол қатпарланып, жара сол қатпардың астында қалады да, біртіндеп жазыла бастайды. Қанның қатып қалуы - оның ең маңызды қасиетінің бірі - ұюды көрсетеді. Жарақаттанған жерден қан шығысымен-ақ, онда күрделі химиялық процестер жүреді. Соның нәтижесінде қан жабысқақ, қоймалжың массаға - ұйыған қанға айналады.

Жүрек- механикалық жүйе.

Жүрек қан-тамырлар жүйесіндегі қан қозғалысының

физикалық заңдылықтары.

Денеде көптеген әрекеттер болып жатады. Әрбір кішкентай жасушада қуатты, құнарлы заттарды және өзге шикізаттарды пайдалану және қалдықтарды пайдалану, қалдықтар түзу арқылы күрделі химиялық үдерістер болып жатады. Қан айналым жүйесі - осы шикізатты бүкіл дене мүшелеріне үздіксіз жеткізіп, қалдықтарды кері алып кетуді атқаратын күретамыр, көктамыр және қылтамырлар сияқты қан тамырларының күрделі желісі. Жүрек- қанды бүкіл денеге тарататын бұлшық ет қабы. Жүрек сол жақ және оң жақ «сорғыға» бөлінеді. Оң жақ бөлігі пайдаланылған ескі оттегінің жаңа порциясын әкелу үшін қанды өкпеге жібереді. Жаңа қан жүректің сол жақ бөлігіне оралады да, оттегі жеткізу үшін дененің барлық мүшелеріне тарайды, ол жақтан айналысын аяқтай отырып, жүректің оң жағына оралады. Толық айналым бір минутта жүзеге асады. Жүректің ішінде төрт камера бар, әрбір бөліктің жоғары жағында жүрекшелер болады. Оң жақ жүрекше қанды көк тамырдан, сол жақ жүрекше өкпеден алады, ал төменгі бөліктер-қарыншалар- қанды ары қарай, яғни сол жақ қарынша дене мүшелеріне, оң жақ қарынша өкпеге итереді. Бір жақты қақпақшалар қанның қажетті бағытта таралуын қамтамасыз етеді.

Қалыпты жағдайда жүрек минутына 60-75 рет соғады, бірақ дене жүктемесі артқанда, ол бастапқы қалпына келерден бұрын бір минутта 130 және одан да көп мәрте соғады. Жүректің қалыпты жұмыс істеуіне қанның құрамындағы кальций, калий тұздарының әсері бар. Калий жүрек жұмысын баяулатса, кальций күшейтеді. Жүрек соғуының жиілігі ағзаның қажеттілігіне қарай өзгеріп отырады. Әр соққан сайын қан қысыммен тамырларға өтеді де, оларды кереді. Бұл пульс деп аталады. Оны білезіктен сезуге болады. Дәрігерлер жүректің жағдайын анықтау үшін қан қысымын жүрек соққан кезде және жүрек соғысының аралығында өлшейді.

Жүрек- біздің денеміздегі ең көп жұмыс жасайтын мүше, ол өмір бойы соғуын тоқтатпайды, сол себептен де жүректі механикалық жүйе деп қарастыруға болады. Адамдар мен жануарлардың жүрегі өз қызметін құрсақ ішінде жатқан кезде бастайды. Жүректің қызметі тоқтаса, ағзада қан айналу да тоқтайды. Егер жүректің қызметін дер кезінде қалпына келтірмесе, адам өліп кетуі мүмкін. Бұлшық еттер жүректің жұмыс жасауы үшін өте көп күш жұмсайды. Мысалы, бұлшық еттердің бір жиырылғанда шығаратын күші -ересек адамды 2 мм биіктікке көтеруге жетеді. Былай қарағанда, бұл ештеме емес сияқты, бірақ есептеп көрсек, жүректің бір жылда 100 кг жүкті 5 км биіктікке көтеруге кететін күш жұмсайтынын көреміз.

Жүрек бір минутта 5 литрдей (бір күнде 10 мың литр) қан айдайды. Ағзада жүректің жұмысы тоқтамайды. Оның қалыпты жұмыс жасауына көп тамақ ішу, темекі тарту, жүйкенің тозуы, шаршау және бұлшық еттердің әлсізденуі кедергі жасайды.

Практикалық жұмыс

Қан қысымын өлшеу әдістерінің физикалық негіздері.

Қан тамырлардың бойымен ағуы кезінде қантамырларына және жүректің қуыстарына қысым түсіреді. Қан қысымы қантамырлардың әр түрлі бөлімдерінде біркелкі болмайды. Ең жоғары қан қысымы жүректен қанды алып шығатын ең ірі артерия қантамыры- қолқада болады. Жүректен алшақтаған сайын қантамырларда қан қысымы төмендей береді. Ең төменгі қан қысымы жүрекке қан әкелетін жоғары және төменгі қуыста вена қантамырларында болады. Қолқада қан қысымы сынап бағанасымен өлшегенде 150мм. Қол-аяқтың ірі артерияларында қан қысымы 105-120 мм. Ұсақ артериялар мен капиллярда 20-25 мм. Қан қысымын өлшейтін құралды тонометр дейді. Қанның жалпы вена қантамырлар бойымен қозғалуына бірнеше жағдайлар әсер етеді: а) жүректің ырғақты жұмысына сәйкес қантамырлардың әрбір бөліктерінде қан қысымының түрліше болуы; ә) демалған және дем шығарғанда кеуде қуысында қысымның үнемі өзгеруі; б) веналық қантамырлардың ішінде болатын қақпақшалар қанның кері бағытта ағуына кедергі болуы; в)веналық қантамырлардың айналасындағы бұлшықеттер жиырылған кезде қанның жүрекке қарай қозғалуына мүмкіндік туады.

Қан қысымын тоқпан жіліктің артерия қантамырларынан (қолдың қарына) өлшейді. Жас, дені сау адамдарда қан қысымы үнемі тұрақты, өзгермейді. Жүректің сол жақ қарыншасының жиырылуы (жоғары қысым) сынап бағанасымен 120 мм болса, босаңсуы кезіндегі көрсеткіші (төменгі қысым) 70-80 мм. Қан қысымы жоғарылаған кезде болатын ауруларды гипертония (грекше «hyper» -үсті, жоғары), ал қан қысымы төмен ауруларды гипотония («hupo» -асты, төмен) дейді. Қанның қантамырлардың бойымен қозғалуы вегетативті жүйке жүйесі арқылы реттеледі. Оның орталығы сопақша мида орналасқан.

Тамырдың соғуы ( пульс) жүректің сол жақ қарыншасы жиырылған сайын артерияларның қабырғасы оқтын- оқтын серіппелі кеңейеді (латынша «pulsus» - соғу, итеру). Жүрек қарыншаларының жиырылғанда қанды қолқа мен өкпе артерия қантамырларына күшпен айдайды. Күшпен айдалған қан ары қарай артерия қантамырларының қабырғасын керіп жібереді де, тербеліс толқыны пайда болады. Тербеліс толқыны артерия қабырғаларының бойымен тез таралады. Артерия қабырғаларының ырғақты тербелісі - тамырдың соғуы деп аталады. Тамырдың соғуын білектің ішкі жағының төменгі бөлігінен саусақпен басып, мойынның екі жағы мен самайдан білуге болады. Тамырдың соғуына қарып 1 минутта жүректің қанша рет жиырылғанын біледі. Ересек адамдарда жүрек минутына 70-75 рет соғады. Еңбекпен шұғылданғанда жүрекке күш түскендіктен, тамырдың соғуы жиілейді.

ІV тарау. Тербелістер мен толқындар биофизикада.

Акустика негіздері. Биоакустика.

Акустика (грекше акустикос - есту)- серпімді тербелістер мен толқындарды зерттейтін, осы толқындарды алу және тіркеу әдістері, олардың биологиялық объектілермен, заттар мен әрекеттесуін, олардың қолдануын қарастыратын физика бөлімі.

Биоакустика (био... және акустика) биология ғылымының бір саласы. Ол жануарлардың дыбыс және дауыс арқылы қарым-қатынасын зерттейді. Биоакустика жануарлар экологиясы, этологиясы және дыбыс шығару органдарының морфологиясы, физиологиясы, акустикамен тығыз байланысты. Биоакустика ресми түрде 1956 жылы халықаралық 1-ші биоакустикалық конгресте (АҚШ) қабылданды. Жануарлардың дыбыс арқылы қатынасы эволюциялық даму нәтижесінде жетілген. Оның дене мүшелерінің бір-біріне үйкелуінен пайда болатын қарапайым «механикалық» дыбыстан «кәдімгі» дауыс шығаруға жеткен. «Механикалық» дыбыс шығару өрмекшілерге, шаяндарға, насекомдарға тән. 42 тұқымдасқа жататын мыңнан астам балық түрлері торсылдағы,қабыршығы т.б арқылы дыбыс шығарады. Биоакустиканың маңызы үлкен. Мысалы, құртуға болмайтың, бірақ зиян келтіретін жануарларды (бау-бақшадағы құстарды) олардың қауіп туған кездегі бір-біріне хабар беретін дауыстарын немесе жауының дауысын қолдан жасап үркітіп жіберуге болады

Дыбыс - 0-ден 10¹³Гц жиілікпен қатты, сұйық газ тәрізді денелерде таралатын серпінді толқын (кең мағынада). Тар мағынада дыбыс деп толқынды адам немесе жануардың қабылдау құбылысын айтады.

Сұйықтардағы дыбыс жылдамдығы 1км\с - 1,5км\с. Жануардың жұмсақ ұлпалары су ерітінділерінен тұратындықтан, олардағы дыбыстың таралу жылдамдығы, судағы сияқты ν_су=1497м\с, қатты денелердегі дыбыстың таралу жылдамдығы 2-6км\с, ν=334м\с. Адам құлағы 16Гц -20кГц жиіліктегі тербелістерді қабылдай алады.

Жануарлар әлеміндегі дыбысты қабылдау және дыбыс шығару.

Жануарлардағы және адамның есту аппараттары.

Жануарлар әлеміндегі есту аппараттары барлығында бірдей бола бермейді, көбінде дыбыс шығару үшін ағза мүшелері қолданылады. Ұшатын қанаттылар үйкеліс немесе бір органды екіншісіне соғу арқылы, мембрананың қанатының тербелісі, тесіктері арқылы ауа өткізе отырып, дыбыс сигналдарын береді. Шыбын, ара, масалардың қанаттарының вибрациясы кезінде дыбыс пайда болады. Құмырсқа, өрмекші, қоңыздардың кейбір түрлері соғу механизмдері арқылы дыбыс шығарады. Балықтарда ішінде ауасы бар серпінді жұқа мембранада пайда болған жүзгіш көпіршік дыбыс шығару көзі болып табылады. Жүзгіш көпіршікті тербеліске келтіру балықтар бүйірлеріндегі барабанды бұлшықеттерін қолданады. Көптеген дауыссыз құстар қанаттары, аяқтары арқылы дыбыс шығарады. Көгершіндер бір қанатын екіншісіне соғып дыбыстайды. Инструментальдық дыбыстар белгілі бір биологиялық функцияларды атқарады. Мысалы, тоқылдақтың тоқылдатуы некелік белгі болып табылады. Көбіне құстарда өңеште орналасқан төменгі тамақ тұсындағы демалу дыбысы дыбыс беруде ерекше орын алады. Тамақ тұсында ауа ағынының кинетикалық энергиясының біраз бөлігі дыбыс толқынының энергиясына айналады. Құстардың шығаратын дыбыстары 200Гц-тан 12кГц жиілігі арасында, ал кейбір құстар 30 тіпті 50кГц-ке дейінгі ультрадыбыстар шығаруы мүмкін.

Дыбыс толқындарының табиғи қабылдағышы-құлақ. Құлақ- өте сезімтал мүше. Оның сезімталдығы сонша, біз дыбыс толқынының қысымы 10^-6 Па болған кездегі дыбысты қабылдай аламыз. Құлақтың жоғары жиіліктегі дыбысқа деген сезімталдығы адам жасына байланысты: кәрі адамдарға қарағанда балалар жоғары жиіліктегі дыбыстарды жақсы естиді.Құлақ үлкен қысым тудыратын дыбыс тербелістерін қабылдай алады.

Есту мүшесі дыбыс пен тепе-теңдікті сезеді. Құлақ үш бөлімнен тұрады: сыртқы, ортаңғы, ішкі құлақ. Дыбыс толқынының таралу жолы:

Дыбыс толқыны->дабыл жарғағының тербелісі->есту сүйекшелерінің тербелісі->ұлулы денедегі сұйықтың тербелісі - есту рецепторының тітіркенуі- жүйке импульстарының пайда болуы.Физикалық тұрғыдан алғанда құлақ резонаторлар жиынтығы болып табылады.

Сыртқы құлаққа құлақ қалқаны мен сыртқы дыбыс жолы жатады. Құлақ қалқаны ауадағы дыбыс тербелістерін құлақтың ішіне бағыттайды. Сыртқы дыбыс жолдарының ұшы дыбыс жарғағымен бітеді.

Ортаңғы құлақ дабыл жарғағынан кейін басталады, самай сүйегінің ішінде орналасқан. Орталық құлақтың ішінде ауа болады. Оның қуысында 3 дыбыс сүйекшелері (балғашық, төс, үзеңгі ) орналасқан. Бұл сүйекшелер орталық құлақтың қуысы арқылы дыбыс толқынын өткізеді. Дабыл жарғағының тербелісі алдымен үш сүйекке, содан сон ішкі құлаққа беріледі. Ортаңғы құлақтағы қуысындағы қысым атмосфера қысымымен бірдей. Қысым кенеттен төмендеп немесе жоғарылап кетсе, құлақ бітеліп уақытша естімей қалады. Мұндайда жиі жұтынса, ортаңғы құлақтағы қысым теңестіріледі. Ішкі құлақтағы қуыстар мен иірім өзекшелерден тұратын күрделі жүйені шытырман (лабиринт) деп аталады. Шытырмандар есту және тепе -теңдік мүшелері. Сүйекті шытырман ішінде жарғақты шытырман бар. Оның ішінде лимфа сұйықтығы болады. Ұлулы дененің қуысы сұйықтыққа толы болады. Ұлулы денедегі сезімтал жасушалар дыбыс толқынын қабылдап, қозуды есту жүйкесіне өткізеді. Қозу есту жүйкесі арқылы ми қыртысының самай бөлігіндегі есту орталығына жеткізіліп, жинақталады.

Құлақтың биофизикасының көптеген сұрақтары ашық түрде қалып отыр. Мысалы, есту кезінде дабыл жарғағының орын ауыстыруы бар-жоғы 10^-11м, бұл сутегі атомының диаметрінен де аз, осы құлақтың жоғары сезімталдығы физикалық тұрғыдан түсініксіз. Дабыл жарғағының осынша аз ығысуына қарамастан ортаңғы және ішкі құлақты қозғалысқа қалай келтіретіні түсініксіз. Осыған байланысты дабыл жарғағының тербелісі құлақтың ішінде бізге белгісіз энергия көздері болып табылатын беріліс механизмі ретінде қарастырылуы мүмкін деген жорамал бар.

Инфрадыбыс биофизикасы және оның ағзаларға әсері

Инфрадыбыстарға 20 Гц жиіліктен төмен жиіліктегі механикалық тербелістер мен толқындар жатады. Инфрадыбыс үлкен қашықтыққа шейін тарайды, кедергілерден өтеді. Инфрадыбыс әртүрлі органдардың еріксіз тербелістерін туғызады. Әрбір органның жеке алғанда меншікті тербеліс жиілігі бар болады. Кейбіреулері, мысалы бауыр, бүйрек және т.б. өз беттерімен тербеліс жасамайды, бірақ сыртқы күштің әсерінен резонансқа түседі. Кейбір органдардың резонанстық тербелістері әртүрлі рецепторлардың жүйке жүйесіне информация беруіне әкеп соқтырады. Сонымен, инфрадыбыс әртүрлі органдардың рефлекторлық реакциясын туғызады, энергиясына айналады. Инфрадыбыстың әсіресе жүрекке әсері зиян.

Инфрадыбыстарды адам құлағы қабылдамайды, бірақ олар белгілі бір дәрежеде адам организміне әсер етеді. Мысалы: 5 Гц-тен 9 Гц-ке дейінгі жиілік аралығында инфрадыбыстар бауырдың, асқазанның, көкбауырдың тербеліс амплитудаларын арттырады, көкірек қуысында ауыртпалық туғызады, ал 12-14 Гц жиіліктерде құлақта шуыл пайда болады. Инфрадыбыстардың адам организміне кері әсері болғандықтан, олар техникада кеңінен қолданыс таппаған.

Алайда, инфрадыбыстардың бірнеше жүздеген км-ге таралу мүмкіндігі оның әскери мақсатта, балық аулау кәсібіне пайдалануына жол ашты. Теңізде туындайтын инфрадыбыстарды медуза, су шаяны тәріздес теңіз жәндіктері жақсы қабылдайды.

Ультрадыбыс биофизикасы.

Ультрадыбыстың биологиялық обьектілерге әсері.

Толқын ұзындықтары үлкен механикалық қума толқын-инфрадыбыстық, толқын ұзындықтары кішілерін-ультрадыбыстық толқындар деп аталады. Адам құлағымен қабылданатын дыбыс жиілігінен асатын жиіліктегі серпінді тербеліс пен толқынды ультрадыбыстық толқын деп аталады. Ультрадыбыстың төменгі жиілік шегі 11,12кГц. ν=1МГц ультрадыбыстың суда таралу жылдамдығы с= 1500 м\с; λ=1,5мм=1,5*10^-³м. Ультрадыбысты алу үшін механикалық және электромеханикалық генераторларды қолданады.

Пьезоэлектрлік сәулелендіру жоғары жиіліктегі (100кГц-тан жоғары),ал магнитострикционды - төменгі жиіліктегі ультрадыбысты алуға қолданылады.

Ультрадыбыстың заттарда жұтылуы механикалық энергияның жылулық энергияға өтуімен қатар жүреді. Ультрадыбыс судың және т.б. сұйықтардың жарықталуын тудырады.(ультрадыбыстық люминесценция).

Тірі ағзаларға ультадыбыс басқа физикалық факторлар сияқты, нәтижесінде ағзаның реакция беруі арқылы әсер етеді. Ультрадыбыспен сәулелендіру сұйықтардағы бактериялар мен вирусты бұзу үшін қолданылады. Тиф және туберкулез таяқшаларын, стрептококты т. б. ультрадыбыспен өлтіреді. Ультрадыбыспен сәулелендіруде жылу мөлшері жасуша көлемінде емес, жасушалардың бөліну шекарасында бөлінеді. Күрделі құрамды жасушалар (өкпе), біртекті жасушаларға (бауыр, ,т.б.) қарағанда ультрадыбысқа сезімтал келеді. Жұмсақ жасушалар мен сүйек шекарасында көп жылу бөлінеді.

В.Б.Акопьян зерттеуі бойынша ультрадыбыс биологиялық объектілерде мынадай түрлену тізбегін туғызады: ультрадыбыстық әсер ету- жасушадағы микроағындар- жасушалық мембрананың өтімділігінің өсуі-ортаның ішкі жасушалық құрамының өзгеруі - ферменттік процестер үшін жағдайдың бұзылуы- реакция жүруі- жасушадағы жаңа ферменттердің синтезі.

Ультрадыбыстың биологиялық қасиеттерін жеміс-жидектерді, бау-бақша жемістерін өсіруде қолданады. Ультрадыбыстың терапиялық әсері механикалық, жылулық, физика-химиялық факторлармен байланысты. Олардың біріккен әсері жасушалық мембрананың өтімділігін өсіреді, қан-тамырлар жүйесін кеңейтеді, зат алмасуды жақсартады, ағзаның физиологиялық жағдайын қалыптастыруды қамтамасыз етеді.

Буын ауруларын, бұлшықет атрофиясы, ірі қара ауруларын емдеу үшін ультрадыбысты қолданады. Ультрадыбыстың әсерімен жасушаларға дәрілік заттардың енуіне әсерін тигізетін жасушалық мембрананың өтімділігі өседі.

Ультрадыбысты сүйектерді біріктіру үшін, жұмсақ жасушаларды тілуде, әртүрлі хирургиялық операцияларда қолданады. Медицинада ішкі органдарды ультрадыбыспен зерттейді. Ультрадыбыстық тексеру жолымен адам денесіндегі әр түрлі ауытқулар-қатерлі ісіктер, дене мүшелері пішінінің өзгерулері анықталады.

Ультрадыбыстарды дельфиндер, иттер, жарқанаттар және басқа да тіршілік иелері шығарады. Мысалы, жарқанаттың ультрадыбыстық гидролокаторлары адам жасаған ең күшті деп есептелетін радио мен гидролокаторлармен салыстырғанда мүлтіксіз жетілген. Олар ультрадыбыстарды шығару арқылы өзінің ұшу бағытын және қажетті керегін таба алады.

Жарғанаттардың сыбдыры мен шиқылы - ультрадыбыстық толқындар. Дыбыстар қоршаған заттардан шағылысады және жаңғырық толық қараңғылықта оның қорек іздеуіне мүмкіндік береді.

Киттер, ақ дельфиндер акустикалық шықылықтаған үн жібереді. Бұл импульстер китті айналасында орналасқан объектілер туралы хабардар етіп, жаңғырық сияқты шағылысады.

«Тербелістер мен толқындар» тарауына есептер

1. Аортадағы қанның қозғалыс жылдамдығы 0,5 м/с, ал капиллярлар бойымен қан 0,5 мм/с жылдамдықпен ағады. Қан- тамырлармен қанның толық айналу уақыты 21-22 с. Адамның қанының толық айналу жиілігін табыңдар. ( 0,05 Гц.)

2. Ең кішкентай құс- колибридің жүрегі денесінің жартысын алып жатады. Оның кейбір түрлерінің жүректерінің бір минуттағы жиырылу жиілігі 1000-ға жетеді, ал адамдікі- 70 жиырылу. Адам мен колибри жүректерінің жиырылу жиіліктері мен периодтарын салыстырыңдар. (адамның жүрегіне қарағанда колибридің жүрегінің жиырылу жиілігі 14,3 есе көп.)

3. Бір жарқанат бір сағат ішінде 700 маса жейді. Ол 0,2-100 мс ішінде жиілігі 20-120 кГц болатын ультрадыбыстарды кеңірдегі арқылы шығарады. Жарғанат қандай қашықтықта жәндіктерді ұстап алады? Оның шығаратын толқын ұзындығын табыңдар. Дыбыстың таралу жылдамдығы 340 м/с. ( 0,068-34 м, 0,017-0,0028м. )

4. Құстарға арналған зертханалық бөлмеде шудың интенсивтілігі 80дБ. Бөлме қабырғасын шуды азайту мақсатында дыбыстың интенсивтілігін 1500 есе кемітетін дыбысты жұтатын материалдан жасату жөнінде шешім қабылданды. Осыдан кейін бөлмедегі шудың интенсивтілігінің деңгейі қандай болады? (48,24 дБ )

5. Пескарлар дыбысты 30 метр жерден қабылдай алады. Көзінің артындағы бас сүйекте қою сұйықтығы бар көпіршіктері болады. Олар дыбыс толқындарының тербелістерін қабылдап, жүйке арқылы миға сигнал береді. 25ºС температура кезіндегі дыбыстың судағы таралу жылдамдығы 1500 м/с болса, пескарлардың дыбысты есту уақытын анықтаңдар. ( 6,7 мс.)

6. Масалар қанаттарын бір секундта 500-1000 рет қағады, аралар-130-240, көбелектер-5-9. Бұл жәндіктердің дыбыс шығару периоды қандай? (0,002-0,001 с; 0,008-0,004 с; 0,2-0,11 с.)

Биофизика. 11-сынып

Барлығы 34 сағат

р/с

Мазмұны

Сағат саны

Биологиялық жүйелердегі электромагниттік құбылыстар (12 сағат)

1

Ағза ұлпаларының электрлік қасиеттері

1

2

Электр тогының биологиялық әсері. Биологиялық объектілердегі тұрақты ток.

1

3

Жануарлардағы электр тогы.

1

4

Адам денесіне электр тогының әсері. Электрокардиография. Тұрмыстағы ток соғу қаупі.

1

5

Тұрақты токтың медицинада қолданылуы.

1

6

Жоғары жиіліктегі тербелістерді емдік мақсаттарда қолдану.

1

7

Медицина орталығына экскурсия.

1

8

Электростатика биофизикада. Мембрандық потенциал және жүйке импульсі.

1

9

Биопотенциалдар. Найзағай.

1

10

Электромагниттік өрістің биологиялық әсері.

1

11

Есептер шығару.

2

Биологиялық объектілерге жарықтың әсері.

( 12 сағат )

1

Жарықтың табиғаты. Биологиядағы оптикалық сәулелену.

1

2

Көз-оптикалық жүйе. Көздің физикалық қасиеттері.

1

3

Инфрақызыл сәулелену және оның биологиялық әсері.

1

4

Ультракүлгін сәулелену және оның биологиялық әсері.

1

5

Рентген сәулелерінің тірі ағзаларға қолданылуы.

1

6

Фотохимиялық реакциялар, фотобиологиялық процесстер. Биохемилюминесценция.

1

7

Лазерлік сәулелену. Лазердің биологиялық зерттеулерде, медицинада қолданылуы.

1

8

Радиациялық сәулеленудің биологиялық әсері.

1

9

Тірі табиғаттағы интерференция және дифракция.

1

10

Есептер шығару.

2

11

Жарықтың тірі табиғаттағы маңызы.

1

Молекулалық биофизика (5 сағат)

1

Биофизиканың химиялық негіздері.

1

2

Нәруыздың физикасы.

1

3

Нуклеин қышқылының физикасы.

1

4

Ферменттер физикасы.

1

5

Биополимерлерді зерттеудің физикалық әдістері.

1

Биофизиканың жаратылыстанудағы орны.(3сағ)

1

Биофизика тарихынан.

1

2

Биофизиканың негізгі салалары.

1

3

Биофизиканың зерттеу нәтижелері.

1

Қорытынды

1

Қайталау. Қорытынды сабақ. (тест)

2

І тарау. Биологиялық жүйелердегі электромагниттік құбылыстар.

Ағза ұлпаларының электрлік қасиеттері.

Тірі ағзалардың ұлпалары құрамына қарай әр түрлі болып келеді. Ұлпаның тығыз бөліктерін құрайтын органикалық заттар диэлектрик болып табылады. Бірақ органикалық коллоидтардан басқа электролит ерітінділерінде де сұйықтық бар, сондықтан шартты түрде жақсы өткізгіштер деп саналады.

Жасушалар мен ұлпалардың электрлік қасиеттеріне жасушалық мембраналар әсер етеді. Ұлпалардың меншікті кедергілерінің шамалары бойынша бір-бірінен айырмашылығы бар болады.

20ºС-тағы тұрақты токтағы кейбір ұлпалардың меншікті кедергісі:

Ұлпалар

Меншікті кедергісі, Ом* м

Жұлын сұйықтығы

0,55

Қанның сары суы

1.4

Қан

0,7

Бұлшық ет

2,0

Ішкі мүшелер

0,2-0,3

Жүйке және ми ұлпалары

14

Май ұлпасы

33

Ең жоғары электрөткізгіштік жұлын сұйықтығында, қанның сары суында, ішкі мүшелерінің өткізгіштігі анағұрлым төмен, сол сияқты мидың, жүйкенің, майдың және жалғастырғыш ұлпаларының да өткізгіштігі төмен. Диэлектриктерге жататын, нашар электрөткізгіштер- мүйізді қабаты, сіңір, әсіресе, сүйек ұлпасы. Электродтар арасындағы ұлпалардың кейбір бөліктері мен ағза бөліктеріндегі электрөткізгіштігің бастысы тері қабатымен терасты май жасушаларының кедергі келтіруіне байланысты. Осы қабатты өткеннен кейінгі ток жан-жаққа тарап, терең жатқан ұлпалардан параллель (қатар) ең аз кедергі келтіру жолымен жүреді. Бұл жолдар қан және лимфа тамырларының маңайында орналасқан. Ток жолдары тірі ағзада өте қиын болуы мүмкін.

Терінің электрөткізгіштігі оның үстінгі қабаттарының жағдайы мен қалыңдығына байланысты. Жұқа, әсіресе дымқыл тері, сонымен қатар эпидермистәң сыртқы қабаты бүлінген тері тоқты жақсы өзгереді. Керісінше, құрғақ, қатайып кеткен тері-жаман өткізгіштер болып табылады. Ұлпа құрылымында токты жақсы өткізетін жүйелер бар, олар өткізгіштігі нашар немесе диэлектриктермен бөлінеді. Мысалы, ұлпа құрылымының негізгі бөлшегінде - протоплазманың басқа бөлімдері мен жасушаны шайып өтетін ұлпа сұйықтығында жоғары өткізгіштік байқалады. Электр тогы ұлпалар арқылы өткенде поляризациялық құбылыс байқалады, мысалы, иондардың бір жерге жиналуы болады. Бұл ұлпалардың сыйымдылық қасиеттерін ұлғайтады. Осылайша, ағза ұлпалары эквивалентті схемаға кедергі келтіру мен конденсаторлардан тұрады, мысалы, электрод қойылған қимыл мүшесінің кедергісі 1000-300 Омға тең, сыйымдылығы 0,01-0,02 мкФ. Мұндай бөліктің электрөткізгіштігі жиілікке байланысты.

Электр тогының биологиялық әсері.

Биологиялық обьектілердегі тұрақты ток.

Электр тогы деп зарядталған денелердің электр өрісі әсерінен реттелген қозғалысын айтамыз. Мұндай зарядталған бөлшектерге электрондар немесе оң және теріс иондар жатады. Электрондық өткізгіштік металлдар мен көптеген шала өткізгіштерге тән, ал иондық-электролит ерітінділерінде болады.

Биологиялық обьектілерде таза электрондық өткізгіштік болмайды, олар негізінен диэлектриктер не электролит ерітінділері болып табылады. Электролит ерітінділеріне қан, цитоплазма және әртүрлі ұлпа сұйықтығы жатады. Мысалы, қан плазмасы 0,32% ас тұзынан және әртүрлі тұздардың шамалы мөлшерінен, 6-7% нәруыздан тұрады. Еркін иондардың аз мөлшерінен тұратын мұндай жүйелердің меншікті кедергісі де аз болады деп есептейміз. Бірақ тәжірибелер көрсеткендей, цитоплазманың тұрақты токтағы меншікті кедергісі өте жоғары 1 Ом*м-ден 3 Ом*м-ге дейін, ал көптеген ұлпалардың меншікті кедергісі 1 Ом-нан 100 кОм*м-ге дейін жетеді. Мұны цитоплазманың құрамына электролиттерден басқа майлар, нәруыздар кіретінімен түсіндіруге болады.

Жануарлардың ағза мүшелері мен электр кедергісін өлшеу біршама қиындықтар туғызады. R=ρ l/s формуласы төртбұрышты пластина, сымдар түріндегі өткізгіштер үшін қолайлы.

Мұнда ток сызықтары өткізгішке параллель келеді. Биологиялық обьектілер әртүрлі пішінде болатындықтан, меншікті кедергілерін күрделі есептеулермен табады.

Тірі биологиялық обьектілерге электрлік өлшеу жүргізудің қиын болу себебі, тірі ағзалардың физикалық параметрлері уақыт өтуіне қарай тұрақты болмайды, өзгеріп отырады. Олар ағзадағы физиологиялық процестерге байланысты, сондай-ақ олар арқылы өтетін токтың әсерімен де өзгереді. Электрлік өлшеуде ұлпаның электрөткізгіштігінің иондық характерін ескеріп, оларды тұрақты ылғалда ұстау қажет. Осы үшін ұлпаны өлшеуде арнайы ылғалды камерада ұстайды. Тұрақты токтың өтуі цитоплазма диссоциациясына, ал бұл жасушаның өлуіне әкеп соқтырады. Сондықтан жасуша электр кедергісін өлшеуде, аз токты қолдану керек.

Адам денесіне электр тогының әсері. Электрокардиография.

Ток соғу қаупі.

Тұрақты токтың физиологиялық әсері жасуша мен ұлпаларды толықтырып тұратын электролиттерде өтетін процестерге байланысты болады.

Егер денеге екі электродты тақатсақ, тіпті аз токта қыздыру, ал ток көбейгенде қыздыру болады. Бұл ұлпа аралық сұйықтар мен цитоплазма құрамындағы натрий мен хлор иондары электродтарда екінші реакция кезінде HCl, NaOH сияқты заттарды түзеді. Ал бұл заттардың ұлпаларға әсер етуі нәтижесінде тері күюі болады. Сондықтан электр тогымен емдеу және биоэлектрлік өлшеулерде поляризацияланбайтын электродтар қолданады және де металл электрод пен тері арасына физиологиялық ерітіндіге батырылған марляны қояды.

Әлсіз токтардың терапиялық әсері бар. Әлсіз тұрақты токпен емдеу әдісі гальванизация деп аталады.

Ағзаның барлық қалыпты функциялары электрлік өзара әсерлесуге негізделген. Бұлшық еттердің, сондай-ақ жүректің соғысы мен дем алуы электр токтарымен бақыланады. Әртүрлі сезім мүшелері арқылы алынатын мәліметтер электр сигналдарының көмегімен миға беріледі. Электр токтары ағзаның қалыпты жұмыс істеуіне қатысқанмен, өте маңызды мүшелер арқылы сыртқы ток көздерінен берілген электр токтары өткенде, адам не жануар жарақат алып, тіпті өліп кетулері мүмкін.

Дене арқылы өткен ток көбіне әсерлесу жеріндегі дене жағдайына байланысты болады. Құрғақ терінің кедергісі жоғары, ал ылғал терінің кедергісі төмен, өйткені ылғалда болатын иондар денеге токтың бөгетсіз кіруін қамтамасыз етеді.

Құрғақ терідегі R=10⁵ Ом және одан да көп, ал ылғал терідегі кедергі осы мәннің 1%-ін ғана құрайды. Ылғал қолдың арасындағы толық кедергі 1500 Ом.

I₀=120 В/10⁵ Ом= 1,2 мА (құрғақ тері үшін).

I₀=120 В/1500 Ом= 80 мА (ылғалды тері үшін).

Электр тогына ерекше сезімтал келетін ағзадағы ми, кеуде бұлшық еттері, жүрек пен дем алуды бақылайтын жүйке центрлері.

Электрокардиография (ЭКГ) арқылы жүректің жұмысы, аурудың бар-жоғын не оның жұмыс істеу қызметінің бұзылуын электр сигналдарының өзгерісін бақылау жолымен қадағалайды.

Ағзадағы токтың әсер ету нәтижесі

60Гц жиіліктегі токтағы ток күші

Токтың әсер ету нәтижесі

0-0,5мА

0,5-2мА

2-10мА

10-20Ма

20-100мА

100 мА-3А

3А жоғары

Әсері жоқ

Сезімталдықтың жоғалуы

Ауыру,бұлшық еттердің тартылуы

Бұлшық еттерге әсер етудің өсуі, кейбір зақымдаулар ≈16мА -адам электродтарға жабысып қалуы мүмкін

Дем алу мүшелерінің жансыздануы

Құтқару жұмыстары (реанимация) жүрмеген жағдайда, жүрек қарыншаларының дірілдеп, әлсіреуі болады.

Жүрек соғысының тоқтауы.

Жануарлардағы электр құбылыстары.

Италия ғалымы А. Гальвани жануарлардың ағзасына электр тогымен әсер еткенде, олардың бұлшық етінің жиырылуын «жануарлардың электрлік қасиеті» деп қараған.

Адамдар мен жануарларда барлық өмір сүру қызметінің процестерін жүйке жүйелеріне сигнал ( жүйке импульстерін) жіберіп отыратын ми реттеп отырады. Ал ол үшін аз мөлшерде болсын белгілі бір заряд қажет.

Дегенмен, кейбір жануарлар басқаларды жансыздандырып немесе тіпті өлтіріп жіберетіндей электр зарядтарын жинақтай алады.

Электрлі мүшелер - кейбір балықтардың жауынан қорғану, жемін аулау, өзара хабарласу үшін ауық-ауық, сондай-ақ су астында жан-жағын бағдарлау үшін үздіксіз электр разрядын шығаратын мүшесі.

Электрлік мүшелер қазіргі балық түрлеріне қарағанда қазба балықтар мен балық тәрізділердің көптеген түріне тән болған.

Электрлік мүше әдетте көлденең жолақты еттің морфологиялық және физиологиялық өзгерген түрі және бұл балық түріне қарай балық денесінің әр жерінде, мысалы скаттардың кейбір тобында электрлік мүше басының екі жағында, кейбір тобында құйрығының екі жағында орналасқан.

Сүйекті балықтарда ең күшті электрлік мүше электрлі жылан балықта болады және мұның құйрығы тұсындағы еттерінің біраз бөлігі электрлі мүшеге айналған. Электрлі жайынның электрлі мүшесі терісі астын түгел алып жатады.

Скаттар шаяндарды олардың биопотенциалдары бойынша тауып алады. Электрлі скаттар электрлі мүшесінің разрядталуы кезінде қуаты 1-ден 6 кВт болатын энергия жұмсайды. Электрлі мүшелері бар скаттар мен акулалар 0,1мкВ/см кернеуліктегі электр өрісіне сезімтал келеді.

Электр мүшесі бар балықтардың бір ерекшелігі электрлік мүшесі жоқ балықтарды өлтіріп жіберетіндей электр қуаты мөлшеріне төзімді келеді. Ірі балықтардың электр разряды адам үшін де қауіпті. Мысалы, электр жайындары 600 вольтқа тең разрядымен адамды да жарақаттай алады.

Африканың гимнархе деп аталатын балығы қоршаған ортаға электр сигналдарын жібереді. Француз Андре Флорион балық шығаратын сигналдарды 25 есе күшейтіп, электронды құрылғының көмегімен биоэлектрлік «балық» сағатын жасап шығарды. Олар 15 жыл бойы «жүре» алады, тек күнделікті балықты қоректендіріп, аквариумдағы суды тазалап отыру қажет. Балықтың құйрығында 4-6 В амплитудамен минутына 100 импульс жіберетін электр сигналдарын шығарушы мүше орналасқан. Гимнархе балығының электрлі мүшесі 300 Гц жиілікпен жұмыс істейді.

Тұрақты токтың медицинада қолдануы.

Ток арқылы ағзаға дәрілік заттарды енгізуге болады. Олар ерітіндісінде зарядталған бөлшектерді құрайды. Бұл процедура емдік электрофорез деп аталады. Электрофорез кезінде электродтар арасында дәрілік заттар мен электролит ерітіндісінен тұратын ұзын шиыршық пайда болады. Олар ағза ұлпасының құрамына кіреді. Электр тогының ағза ұлпасына алғашқы әсері ондағы электролит иондары мен басқа зарядталған бөлшектердің қозғалмалылығы әр түрлі, сондықтан қозғалыc кезінде олар бөлінеді. Одан басқа, жартылай өткізгішті қалқандардың жанында тоқтап қалуы мүмкін. Бұл жағдайда ұлпаның түрлі элементтеріндегі иондардың концентрациясы өзгереді. Иондар концентрациясының өзгеруі жасушаның функционалды жағдайының өзгеруін тудырады. Осы жағдай жасушаның электр тогының әсеріне реакциясы болып табылады.

Электремдеудің келесі түрлері бар:

Гальванизация-емдеу мақсатында үздіксіз тұрақты электр тогы төмен (50мА-ға дейін) мен төмен қысымды (70-80В) пайдалану.

Ионогальванизация- ауруға тұрақты токпен белгілі бір мөлшердегі дәрілік заттардың бір мезгілде әсер етуі әдісі. Ол ұлпаға ток көмегімен енеді.

Фарадизация-емдеу мақсатында төмен жиілікті айнымалы токты пайдалану.

Дарсонвализация- емдік мақсатында жоғары жиілікті, жоғары интенсивті және қуаты аздау айнымалы токты пайдалану.

Диатермия-емдік мақсатында шартты түрде шамалы қысымды (жүздеген Вольт) және жоғары қуатты, жоғары жиілікті айнымалы токты пайдалану., (500000-2000000)

Индуктотермия-емдік мақсатында 3-тен 30 МГц-қа дейін жоғары жиілікті айнымалы электромагнитті кеңістікті пайдалану.

Франклинизация- статистикалық электрді емдеу мақсатында пайдалану.

Диадинамотермия- екі тұрақты жиілікті, шамалы қуатты импульсті токпен емдеу. (50мА-ға дейін)

УВЧ терапия- аурудың белгілі бір дене бөлігінде үздіксіз немесе ең жоғары жиілікті импульсті электр кеңістігін қолданатын емдеу әдісі.

Электропунктура- ағзаның биологиялық активті нүктелеріне төмен және жоғары жиіліктегі токтар арқылы әсер ету.

Магнитотерапия-айнымалы төмен жиілікті, тұрақты магнит кеңістігін емдеу мақсатында пайдалану.

Жоғары жиілікті тербелістерді емдік мақсатта қолдану.

Медицинада ағза терісіне әсер етудің 3 әдісі кең қолданылады. Диатермия-жоғары жиілікті ток қолданылады, индуктотермия-жоғары жиіліктегі магнит өрісі әсер етеді, УВУ- жоғары жиілікті электр өрісі қолданылады.

Диаметрия кезінде аппарат контурымен жалғанған металл (қорғасын) пластинкаларды дененің жалаңаш бетіне қояды. Жиілігі 50кГц тен 1-2мГц-ке дейінгі және 1,5-2А-лік ток қолданылады. Жоғары жиілікті ток электрондар арасында орналасқан ағза талшықтары бойымен өтіп, оларды қыздырады. Қыздыру деңгейі электродтардағы токтың тығыздығына тікелей байланысты болады.

Индуктотермия кезінде дененің қажетті аймағын терапевтік аппарат контурына жалғанған спираль (саленоид) ішінде салады. Сол кезде оған талшықтарда құйынды электр тогын тудыратын жоғары жиілікті магнит өрісі (10-15мГц) әсер етеді. Электр энергиясы әсерінен талшықтарының қызуы жүзеге асады. Қызу деңгейі магнит өрісінің кернеулігіне байланысты. УВУ электр өрісімен емдеу кезінде дене аймағын терапевтік аппарат контурына жалғанған оқшауланған екі электродтың арасына орналасады. Бұл кезде оған жоғары жиілікті (40-50мГц) электр өрісі әсер етеді. Электр өрісі құрамында электролит ерітіндісі бар талшықтарға жоғары жиілікті ток өткізгіш түзу арқылы, ал диэлектрик талшықтарға поляризация белгісі бойынша өзгеріс туғызу арқылы әсер етеді. Әртүрлі жаратылысты талшықтар әртүрлі қызады. (табиғатына байланысты талшықтар әртүрлі қызады)

Электромагниттер үшін t үдемелі жылуөткізгіштік және электр өрісінің кернеулігі квадратымен анықталады, ал диэлектрліктер үшін-диэлектрлік өтімділікпен, құбылмалы электр өрісінің жиілігімен және оның кернеулік квадратымен анықталады. Терапевтік тәжірибеде қабылданған жиілік пен талшық электролиттердің жоғарғы концентрациясы кезінде диэлектриктерінің қызуы неғұрлым жоғары жүреді.

Ультрадыбыс-адам естуінен тысқара жататын (1600Гц жоғары) жоғары жиілікті дыбыс тербелістерін емдік мақсатта қолданылады. Ультрадыбыстық тербелістері әсерінен талшықтардың өзіндік микромассасы белгіленеді. Ультрадыбыс ағза мен жүйенің функционалды күйін өзгертеді. Сол кезде талшықтардағы микроциркуляция жақсарады.

Емдік мақсатта сантиметр ұзындықты электромагнитті толқындар қолданылады. Дененің қажет аймағына әсер ететін бағытталған толқын ағыны дене бетінен алыс емес қашықтықта, фокус рефлекс торында орналасқан сәуле шығарушының көмегімен алынады. Арнайы электронды лампалардың (магнетрон) көмегімен жұмыс істейтін генератордан, керекті жиіліктегі тербелістер иілмелі сымдар арқылы сәуле шығарушыға жалғанады.

Сантиметрлі толқындар ағза талшықтарының жоғары қабаттарында артығырақ жұтылады (олардың орташа ену тереңдігі 6-8см). Затқа толқындардың бастапқы әсері электролит ерітінділердегі иондар немесе молекулаларының тербелісімен байланысты. Бұл тербелістер затқа енетін құбылмалы жоғары жиілікті электромагниттік өріс әсерінен пайда болады. Толқындарының ең көп жұтылуы және қызуы құрамында суы бар ташықтарда болады, мысалы, бұлшық ет талшықтарында және қанда.

Микротолқынды терапияның артықшылығы емдеушінің жылулық сезімталдығына байланысты қауіпсіз мөлшері болып табылады. Микротолқынды терапияның ыстық компрестер мен инфрақызыл терапиядан артықшылығы - оның терең талшықтарды үш мәрте қыздыруында.

Электростатика биофизикада. Мембрандық потенциал және жүйке импульсі.

Тірі жасуша қабырғалары липид (май) молекулалары қабатымен бөлінген, қос қабатты нәруыздан тұратын жұқа мембрана болып табылады. Әрбір қабаттың қалыңдығы 3,0 нм, ал мембрананың қалыңдығы 9,0 нм.

Жасуша мембранасы ерітінді иондардан тұратын екі бөлікті құрайды. Жасуша аралық кеңістікте Na⁺, Сl¯ иондары, жасуша ішінде К⁺ иондары бар болады.

Қозу - тірі жасушалардың тітіркендіргіштерге қайтаратын жауабы. Қозу кезінде тірі жүйе бір қалыпты физиологиялық тыныштықтан қызмет әрекетіне көшеді. (мыс, бұлшық ет талшықтарының жиырылуы, без жасушаларының сөл шығаруы т.б.) Қозу - күрделі физика-химиялық құбылыс. Оның алғашқы кезінде жасуша мембранасының бетінде ион, электр өту жағдайы өзгереді. Қозу әсіресе жүйке, бұлшық ет жасушаларында жақсы зерттелген.

Үнемі, тіпті тітіркендіру болмағанның өзінде де барлық жасушалардың цитоплазмасы мен сыртқы ортасы арасында, яғни жасуша мембранасының екі жағында потенциалдар айырымы болады. Осының нәтижесінде жасуша мембранасы поляризацияланып тұрады, яғни мембрананың ішкі беткейі сыртқы беткейіне қарағанда теріс зарядты болады. Потнциалдың бұл айырмашылығын мембраналық немесе тыныштық потенциалы деп аталады. Потенциал айырмасының болуы жасуша ішіндегі және сыртындағы жасуша сұйықтығындағы иондар концентрациясының тең еместігіне байланысты. Қозу кезінде потенциал айырымының электрлік өзгерісін әрекет потенциалы деп атайды. Белгілі бір шекке жеткенде потенциал айырымының өзгерісі күрт өседі. Тітіркендіру әсері тоқтаған соң потенциал айырымы бастапқы қалпына келеді. Қозу- толқын тәрізді таралатын құбылыс, оның өтуіне химиялық фаукторлар да қатысады. Жүйке ұштарындағы импульстарды өткізгіштер немесе медиаторлар деп аталатын химиялық қосылыстар түзіледі. Олар жүйке ұштары аяқталатын жасушаларда қозу тудырады.

Мембрана бетінде потенциалдар айырмасы 70мВ, ал мембрана ішінде электр өрісінің кернеулігі: Е= U/d=7*10^-2 В/ 9*10^-9 м =7,8*10⁶ В/м.

Жүйке жүйесі. Жүйке импульстері.

Ағзаның тіршілік ету қабілеті мүшелердің бір-бірімен үйлесімді қызмет етуіне, яғни, мүшелердің өзін қоршаған ортаның өзгерісіне дұрыс уақытында жауап беруіне тікелей байланысты болады. Жүйке жүйесі мүшелерге импульстар жібереді және олардан импульстар қабылдап, мүшелердің қызметін бақылап реттейді.

Сонымен, ағзадағы барлық мүшелерді басқаратын «басқару орталығы» орталық жүйке жүйесіне орналасады. Ал осы орталықтан мәлімет қалай тарайды? Бұл жерде телеграф желісінің жұмысын көз алдына елестетсең, телеграф сымы арқылы электрлік толқындар өтеді. Сонда телеграф сымы - аксон болса, соның бойымен жүйке импульстері өтеді. Бұл импульстер нейрондардың денесінде пайда болып, өздеріне қажетті мүшеге жеткенше аксондардың бойымен жасушадан жасушаға ауысып отырады. Жүйке импульстері бір нейроннан екінші нейронға қозу немесе тежелу түрінде беріледі. Қозу, тежелу жүйке жасушаларында жүретін маңызды процестер болып саналады. Мысалы, бұлшық еттерге қозу туралы хабар түссе, қозған бұлшық еттер жиырылады, ал тежелу кезінде олар босаңсиды.

Биопотенциалдар. Найзағай.

Биоэлектрлік потенциалдың тірі ағзаның құрамы мен оны қоршаған орта, бір жасушаның қозған және қозбаған бөліктері, әртүрлі физиологиялық жағдайда болатын бір ағза мүшесінің әртүрлі бөліктері т. б. арасында болуы зерттеледі. Барлық жағдайларда электр потенциалы айырмасының пайда болуының себебі қарастырылатын нүктелер арасында электрлік қос қабаттың болуымен түсіндіріледі. Тірі жүйелерде потенциалдар айырмасының болуына белгілі бір физика-химиялық градиенттердің бар болуы себепкер болады. Мұндай градиенттер жеке жасушалар, жасушаны қоршаған сұйықтық, мысалы лимфа сұйықтығы, жеке жасушалы органоидтар, мысалы цитоплазма мен кариоплазма арасында болуы мүмкін.

Тірі ағзаларда потенциалдар айырмасының пайда болу себептері:

-Мембрана арқылы иондардың тасымалдануы. Иондардың (зарядтың) орын ауыстыруы электр тогын туғызады. Бұл жағдайда зарядтардың бөлінуі, яғни электрлік қос қабаттың пайда болуы жүреді.

- Электро-химиялық реакциялар жүретін жүйенің болуы.

Ағзадағы зат алмасу процесі мембрана насостарының жұмысын жетілдіреді. Жасушаның потенциалдар айырмасының өзгерісі жасушаның өзіндегі немесе жасуша сыртындағы ортаның құрамына байланысты болады.

Потенциалдар айырымының болуы жасуша ішіндегі және сыртындағы ұлпа сұйықтығындағы иондар концентрациясының тең еместігіне байланысты.

Найзағай- табиғи биопотенциал болып табылады.

Найзағай- бұлттар, не бұлт пен жер арасында болатын алып электрлік ұшқындық разряд. Табиғатта найзағайдың сызықтық түрі жиі кездеседі. Найзағайдың пайда болуы үшін бұлттың шағын көлемінде ұшқындық разрядтың басталуына жеткілікті(кернеулігі~1Мв/м) электр заряды түзіліп, ал оның қалған едәуір бөлігінде басталған разрядты әрі қарай демейтіндей, орташа кернеулігі 0,1-0,2МВ/м электр өрісі болуы керек.Бұлт пен жер арасында пайда болатын найзағай бірнеше кезеңнен тұрады. Алғашқы кезеңде күшті иондалу құбылысы, содан кейін электрондар тасқыны(жерге қарай бағытталған) және одан әрі электр разрядының тамақтары-стримерлер пайда болады. Стримерлер біріге келе өткізгіштігі өте жоғары термоиондалған жарық арнаға-найзалардың сатылы лидеріне айналады. Лидер жылдамдығы~5-10⁷м/с бір-біріне өту уақыты бірнеше мкс кідіріспен жеке сатылар түрінде жер бетінде немесе бетіне жақындайды.Ақырғы кезеңде ұзындығы 1-10 км, диаметрі бірнеше см болатын лидер арнасының бойымен кері бағытта найзағайдың басты разряды(10⁸ м/с) жүреді. Мұндағы ток күші 10/10⁵ А-ге температура 25000⁰С-қа жетеді. Мұндай найзағайды созылма найзағай деп атайды. Бұлт пен бұлт арасында болатын найзағай тек лидерлік кезеңде қамтиды. Найзағайдың ерекше түрі-шар тәрізді. Найзағай ол көбіне сызықтық найзағайдан кейін іле-шала пайда болады да бірнеше секундқа ғана созылады.

Электромагниттік өрістің биологиялық әсері

Электромагниттік өрістің төмен жиілігінде адам денесі өткізгіштік қасиетке ие болады. Сыртқы электромагниттік өрістің әсерінен ұлпаларда ток өткізгіштігі пайда болады. Еркін зарядтардың қызметін иондар атқарады.

Төмен жиілікті электромагниттік толқын ұзындықтары адам денесінің өлшемінен асып түседі, сондықтан бүкіл ағза осындай толқындардың әсеріне ұшырайды. Дегенмен, электромагниттік толқындар әр түрлі ұлпаларға әртүрлі әсер етеді, өйткені ұлпалардың ток өткізгіштігі , электрлік қасиеті бойынша айырмашылықтары бар. Әсіресе, жүйке жүйесі өте сезімтал келеді.

Кернеулігі 10 В/м, жиілігі 10 Гц сыртқы эм. өрістің әсерінен бастың ми ұлпаларында өріс пайда болады. Осындай өрістің әсерінен мида пайда болған ток өзгергіштігінің тығыздығының мәні:j=0.3*10^-4 А/м².

Жасушалық мембрананың кедергісінен кедергісі аз болғандықтан жасуша аралық сұйықтық бойымен индукциялық ток жүреді. Сыртқы эм. өрістің әсерінен нейтрондар арқылы ток өткізгіштіктің мыңнан бір бөлігі өтеді. j_нейрон =0.3*10^-7 А/м².

Қозуды тудыратын ток өткізгіштіктің I_шекті шекті мәні эм. өрістің жиілігіне байланысты, жиілік өскен сайын мәні де өседі. Жүйке жүйесі мен бұлшық еттерге әсер еткенде жиілік жуықтайды, ал ұлпалар бұл жиілікте күшті токпен әсер еткенде ғана қозады. Жүйке және бұлшық ет ұлпаларының эм. өріс әсерінен қозуы электрлік зақымдалудың биофизикалық механизмі болып табылады. Электрлік жарақатанудың себепкері не тұрақты, не айнымалы электр тогы болуы мүмкін. Мұндай қозулар қалыпты өмір сүру қызметтерін бұзуы ықтимал. Әсіресе, бұл жүрекке, дем алу мүшелеріне әсер етеді.

Жасушалық мембрананы жазық конденсатордағы диэлектрик ретінде қарастыруға болады.

ЭМ. өрісте мембрананы 1 см² мембрана бетіне түсірілген электр сыйымдылығы сипаттайды. Бұл биомембрананың меншікті сыйымдылығы С_мдеп аталады және өлшем бірлігі мкФ*см^-2 болады. Кальмардың аксондарының С=1Мкф* см^-2. Бақалардың С=3Мкф* см^-2- 7мкФ*см^-2.

Х_с- сыйымдылық кедергі сыртқы эм. өріс энергиясының электр энергиясына айналу коэффиценті болып табылады.

Биомемрананың Х_с көп болса, соғұрлым ол электр зарядын өзіне азырақ жинайды және сыртқы электромагниттік өрістің аз энергиясы ғана электр энергиясына айналады.

ІІ тарау. Биологиялық объектілерге жарықтың әсері.

Көз- оптикалық жүйе. Көздің физикалық қасиеттері

Көз-кейбір омыртқасыз жануарларда (бас аяқты моллюскілерде), барлық омырқалыларда және адамда жарық әсерін қабылдайтын орган. Көптеген омыртқасыздарда көру органы қарапайым құрылысты және онша жетілмеген, мысалы фасетті көз болады. Адамның көзі миға көру жүйкесі арқылы жалғасқан домалақтау келген көз алмасынан және бұған қосымша қабақ, көз жасы бездері, көз алмасын қозғалтатын еттерден тұрады. Көздің түпкі қабырғасы тығыз 3 қабықты. Оның сыртқысы тығыз, ақшыл қабық а қ қ а б ы қ деп аталады. Ол көздің алдыңғы жағында мөлдір қасаң қабыққа айналып, тығыз, серпімді капсуласын құрып, көзді зақымданудан қорғайды. Склера жуандығы орташа 1 мм дәнекер жасуша талшықтарынан тұрады. Оның арт жағы жұқарып, тор тәрізденеді және бұдан көру жүйкесін құратын талшықтар өтеді. Склераның алдыңғы жағында жұқа кілегей қабық болады. Көздің ортаңғы қабығы- қасаң қабықтың алдыңғы беті дөңес, артқы беті ойыс келеді. Бұның орта жерінің қалыңдығы 0,6 мм, шет жағы 1 мм-ге дейін. Қасаң қабық көздің жарық сәулесін ең күшті сындыратын оптикалық орны. Бұнда қан тамырлары болмайды, оның бетінде жүйке ұштары көп болғандықтан, ол көздің өте сезімтал жері. Ол сәл ғана әсерден қабақты жауып, көзді әр түрлі зақымнан қорғайды. Қасаң қабықтың артында іші мөлдір сұйыққа толған көздің алдыңғы камерасы болады. Бұның артқы қабырғасы түсті не нұрлы қабық деп аталады және оның ортасындағы диаметрі 3,5 мм-дей дөңгелек тесік қарашық деп аталады. Түсті қабықтағы пигмент мөлшері мен қабықтың қалыңдығына байланысты көздің түсі әр түрлі болады. Түсті қабықтың еті қарашықты кеңейтеді не тарылтады. Қарашық қараңғыда үлкейіп, жарықта кішірейеді де, көзге сәуле түсуін реттеп отырады. Көздің ішкі қабығы тор қабықта жарық сәулесін қабылдайтын таяқша және колба тәрізді көру жасушалары орналасқан. Бұнда көзге түскен жарық сәулесі жүйке импульсына айналып, көру жүйкесімен мидың қарақұс бөлігіне жетіп, көрген зат мүсінін туғызады. Тор қабықтың ортасында көздің көру процесінде маңызы бар сары дақ болады. Сары дақ не оның маңы зақымданса немесе қабынса, көздің көруі төмендейді.

Әр түрлі омыртқалылар класының көзінің құрылысында ерекшеліктер болады. Балық көзінің қасаң қабығы жалпақ, көз бұршағы шар тәрізді. Судың терең жерінде тіршілік ететін кейбір балықтардың көзі редукцияға ұшыраған не сәулені өте аз қабылдауға бейімделген. Қос мекенділер көзінің қасаң қабығы өте дөңес. Бауырымен жорғалаушыларда (гаттериямен тасбақадан басқасы) және құстарда (киви-кивиден басқасы) шыны тәрізді заттың көру жүйкесімен жалғасатын жерінде тамыры көп өсінді болады. Басқа жануарларға қарағанда көру органы жақсы жетілген. Көздің алмасы үлкен болады.Әсірісе жыртқыш құстардың (қозықұмай,бүркіт) көз алмасының пішіні ұзынша «телескоп»тәрізді, тор қабығында үш сары дақ бар.Сүтқоректілер көзінің пішіні қосмекенділер көзіне ұқсастау. Сүт қоректілерінің көздері (кит) қасаң қабықтың дөңестігі мен жарық сәулесін сындыру жағынан терең су балықтарының көзіне біркелкі ұқсас.Үңгір қосмекенділері (мыс.,протеи), топырақ арасында тіршілік ететін сүт қоректілер (мыс.,соқыртышқан) көзі редукцияланған.Бұларда көз тері астында боладынемесе оның көз бұршағы түсті қабығы және тор қабығының кейбір қабаты болмайды.Көздің құрылысы организмнің басқа да органдарындай эволюциялық даму жолында өзгеріп,тіршілік жағдайына байланысты жетіліп отырған.

Инфрақызыл сәулелену және оның биологиялық әсері.

Көптеген жануарлар (адам сияқты) жиіліктің белгілі бір мөлшерін адам ажыратқандай айыра алады. Кейбір жыландар инфрақызыл сәулелерге сезімтал келеді. Жыландар, әсіресе, түнде жемтігін аңдиды. Жылан «жылу көздерін» түнде пайдаланады. «Жылу көздерін» «бет шұңқырлары» деп те атайды, олар көз бен мұрын арасында орналасады, сыртын мембрана жауып тұрады. Мембрана қоршаған ортаның температурасының шамалы өзгерісіне жауап беретін, жүйке талшықтарынан тұрады. Бұл термолокатордың сезімталдығы 0,005ºС-тан төмен. Бұл «жылу көздері» инфрақызыл сәулеленуге сезімтал арнайы мүшелер болып табылады. 15 см қашықтықтан жылуды сезінетін «жылу көздерінің» көмегімен жыландар кеміргіштерді, ұйқыдағы құстарды, ұсақ аңдарды өлтіреді.

Ұйықтап жатқан адамның қолынан да әсер алуы мүмкін. Бет шұңқырлары жыланның екі көзінен төмен орналасады, ал олардың саны жылан түріне байланысты болады, кейде олардың саны 26-ға шейін жетеді.

Көбелектер ұшу үшін, оған өз «моторын» - ұшатын бұлшық еттерін қозғалту керек. Ал оның инфрақызыл сәулелерді қабылдайтын қанаттарының төмен бетінің алдыңғы жағы «стартері» болып табытады.

Міне, сондықтан да көбелектер үнемі қанаттарын көтеріп отырады. Көбелектің жүйке- бұлшық ет жүйесінде инфрақызыл сәулелену энергиясы бірден механикалық (двигательдік) энергияға айналатыны жөнінде пікірлер бар.

Өсімдіктер өмірінде су буының оптикалық қасиеттері ерекше орын алады. Шын мәнінде, су буы толқын ұзындығы 5,5 мкм- 7 мкм болатын инфрақызыл сәулелерді күшті жұтады. Ал бұл топырақты үсік шалудан қорғау үшін өте маңызды.

Инфрақызыл сәулелену медицинада, ғылыми зерттеулерде, әскери техникада (түнгі көру аспаптары, жылу локаторлары және т.б), өнеркәсіпте (жеміс-жидектерді кептіру, ғимараттарды жылыту, т.с.) пайдаланылады.

Ультракүлгін сәулелену және оның биологиялық әсері

Күннің сәулелері ультракүлгін сәулелерге толы болады. Оның әсерінен біздің теріміз күйеді, бірақ күннің көзінде көбірек болу кейбір қауіпті ауруларды тудырады. Сондай-ақ, ультракүлгін сәулелер көзге де зиянды, бірақ оларды көре алмайтындықтан, біз көзімізді жауып немесе теріс қараймыз.

Ультракүлгін сәулелер әсері табиғи радиацияға жатады, ол да тері ағзаларды жойып жібереді. Жердің озон қабаты тіршілікті ультракүлгінді радиация әсерінен қорғайды, күннен келетін ультракүлгін сәуленің біраз бөлігін жұтады.

Адам ағзасының жасушасына ультракүлгін сәулелер 0,1 мм-ден 1мм-ге дейін ене алады, бірақ осы кезде химиялық реакция тудырады, нәтижесінде тері қызарады. Ультракүлгін сәулелердің биологиялық әсері сәулеленудің толқын ұзындығына байланысты болады. Толқын ұзындығы 400-ден 315 мкм ультракүлгін сәулелер ағзаны шынықтырады. Сондықтан бұл толқындарды сауықтыру, профилактикалық мақсаттарда қолданады. 315-тен 280 мкм- ге дейінгі толқын ұзындықтағы ультракүлгін сәулелер емдік мақсатта қолданады.

( негізінен бұл солтүстікте тұратын адамдар үшін). 280-200 мкм толқын ұзындықтағы ультракүлгін сәулелер бактерияларды өлтіреді, сондықтан бұл сәулеленуді дезинфекция жасауда қолданады.

Күннің көзі шығып тұрғанда серуендеу Д дәруменінің жетіспеу кемшілігін толтырады. Ағзада Д дәруменінің пайда болуына ультракүлгін сәулелер жауап береді. Ультркүлгін сәулелер стероидтардың (стиролдардың) Д дәруменіне айналдырады. Шындығында, бұл Д дәруменінің қосымша көзі, негізгі көзіне тағамдар жатады.

Тіс жөндеуші дантистер ультакүлгін сәулелерді пломбты тезірек бекіту үшін қолданады, себебі ультракүлгін сәулелер пластикалық заттардың қату процесін тездетеді.

Ультракүлгін сәулелер фотоэлектрондық спектроскопияда, люминесценттік анализде, люминесценттік дефектоскопияда, киминалистикадан кеңінен пайдаланылады.

Рентген сәулелерінің тірі ағзаларға әсері және қолданылуы

Рентген сәулелері- көзге көрінбейтін сәулелерді сүйектер жақсы жұтады. Сондықтан рентген сәулелерінің көмегімен адам ағзасының ішкі мүшелерін зерттеуге мүмкіндік туды. Бұл технологияны компьютерлік томогафия деп атайды.

Медицинада қолданылатын рентген сәулесінің фотандар энергиясы

Диагностикада 60-120 кэВ

Жасушаны терең зерттеу емінде 150-200 кэВ

Рентген сәулелену дозасы

1.Кеуде жасушасының ренгенскопияға түсірудегі адамның алған дозасы

15*10^-5 Гр.

15*10^-3 бэр

2.Рентгенография кезіндегі доза

16*10^-6 Гр.

16*10^-4 бэр

3.Өлім қаупінің 50% жағдайын тудыратын, адамның тұтас ағзасының рентген сәулерімен сәулеленуі

4-5 Гр.

400-500 бэр

4.Өлім қаупінің 100% жағдайын тудыратын, рентгендік сәулеленуге адамның тұтас ағзасының ұшырауы

5,5-7,5 Гр.

550-750 бэр

Бэр - (рентгеннің биологиялық эквиваленті)-1 рентген немесе гамма сәулелердің әсеріне тең болатын, биологиялық жасушада жұтылған сәулеленудің энергия мөлшері.

Фотохимиялық реакциялар және фотобиологиялық процестер.

Люминесценция. Биохемилюминесценция.

Сәулелену кванттарын жұту кезінде биологиялық жүйелерде өтетін процестердің негізінде фотохимиялық реакциялар жатады.

Фотосинтез, озонның түзілуі, фотография-фотохимиялық реакция мысалдары. «Фото» - жарық, «синтез» - жаңа заттың пайда болуы.

Фотосинтез - жүйенің еркін энергиясы өсетін (120 ккал/моль шамасында) жалғыз биологиялық процесс болып табылады. Фотосинтез-күн энергиясын ағзаның жұтуы есебінен биологиялық маңызды қосылыстардың синтезі. Мұндай фотобиологиялық процесстерге бактериялар, жасыл өсімдіктер фотосинтезі жатады.

CO₂ + H₂O ₊ NhU = CH₂O + H₂O + O₂ - көміртектің айналымы қамтамасыз етілетін, жердегі тіршілік үшін маңызы бар фотосинтез реакциясы.

CO₂ + 2 H₂S + NhU = CH₂O + H₂O +2S - кейбір бактериялар ағзаларында жүретін фотосинтез реакциясы.

Фотосинтез кезінде оттегін бір молекуласын түзу үшін 470 кДж/моль энергия жұмсалады. Фотосинтез реакциясының нәтижесінде жер бетінде жыл сайын оттегінің негізгі саны мен органикалық заттардың 100 млрд. тоннадан артық мөлшері синтезделеді.

Жасыл өсімдіктер фотосинтез процесінде органикалық заттардың бір жыл ішінде 162 млрд.тоннасын түзеді, осының 65% жер бетіндегі түрлері береді. Табиғи жағдайда өсімдіктер жарық энергиясының 2%-ін ғана химиялық энергияға айналдырады. Бір жылда 1 гектар жапырақты орман 16 тонна оттегін бөліп шығарады. Жасыл жапырақтар энергияның айналуы жүретін табиғаттың зертханасы. Күн сәулесінің энергиясын жасыл пигмент - хлорофилл жұтады. Хлорофиллді өсімдіктер жарық спектрінің қызыл, көк-күлгін сияқты түстерін жұтып, қалған сәулелерін шағылыстырады.

Фотобиологиялық процесстердің келесі тобына химиялық синтез бен жүйенің энергиясының өсуімен байланысты емес процесстерді жатқызамыз. Өсімдіктердің фототропизмі, фотопериодтылығы, жануарлардың көруі. Бұл процесстердің маңыздылығы сәулеленудің әр түрлі параметрлері көзі болып табылатын мәліметтер (информация) алуда. Жануарларға мұндай мәліметтер қоршаған ортада бағдарлауға мүмкіндік береді, ал өсімдіктер күн радиациясының өзгеруіне тез бейімделуге, өмірлік процестердың периодтылығын (тәуліктік, маусымдық) реттеуге (фотопериодтылық құбылысы) мүмкіндік алады.

Фотобиологиялық процестердің келесі тобына тірі ағзалардардың сәулеленуі, өмір сүру қызметтерінің бәсеңдеу процестері жатады. Сондай-ақ жануарлардың жарық әсерінен дамуы да фотобиологиялық процестер қатарына жатады.

Әлемдегі мұхиттарда теңіз перьясы деп аталатын полиптердің 300-дей түрлері бар. Олар мұхит түбінде 1 ден 6 мың метр тереңдікте өмір сүреді. Өте терең жерлерде ұзындығы 2,5 -ге жететін түрлері кездеседі. Олардың сыртын қоршап тұрған сілекей есебінен жарықталынуға қабілетті. Тіпті құрғақ түрінде де сілекейлі қабық жарықталыну қабілетін жоғалтпайды. Ағзаның мұндай жарықталынуын биолюминесценция деп атайды.

Бразилия мен Уругвайда денесінде ашық жасыл оттары мен басында ашық қызыл шамы бар қызғылт-қоңыр жарқырауық қоңыздар кездеседі.

Бұл табиғи шамдардың адам өмірлерін алып қалған жағдайлары болған: Испан-американдық соғысы кезінде дәрігерлер бөтепкелерге салынған жарқырауықтардың жарығымен операциялар жасаған.

Тропикалық аймақтарда түнгі теңіз әдемі көрінеді. Суда жүзіп бара жатқан кеменің қасында ашық жасылды-ақ түстер байқалады. Бұл дақтар өсіп, біртіндеп кемені шеңбермен қоршайды. Одан кейін кемеден бөлінеді, сол кезде үлкен қала оттары суда көрінгендей болады. Мұндай жарықталыну көздеріне тірі микроағзалар жатады. Жарықталыну ферментативті реакциямен байланысты және хемилюминесценцияға жатады.

Теңіз құрты өз өмірін өте қызықты қорғайды. Шаян оны тістемек болғанда, құрттың артқы бөлігі жарық шығарады. Шаян оған ұмтылғанда, жарақаттанған құрт тығылып қалады, ал біраз уақыттан кейін жоғалтқан бөлігінде жаңасы өсіп шығады. Кейбір терең судағы жәндіктердің жарықталынуы күшті болатыны соншалық, тіпті олар найзағай шығаратындай әсер қалтырады.

Тірі ағзалардың жарықталуы - оларда жүретін химиялық реакциялардың нәтижесі болып табылатын хемилюминесценция деп аталады.

Жазды күндері орманда қызық жәндік - жарқырауық қоңыздар тауып алуға болады. Оның денесінде кішкентай жасыл шам «жанып тұрады». Оны ұстап алсаң да, қолыңды күйдірмейді.Қоңыздың арқасындағы жарқырауық дақтың температурасының бізді қоршаған ауаның температурасынан айырмашылығы жоқ. Жарқырауық қасиет басқа да тірі ағзаларда да: бактерияларда, жәндіктерде, күн жарығы өтпейтін терең суларда тіршілік ететін көптеген балықтарда да бар.

Люминесценция - латын сөзі. Eumen - жарық, escent - әлсіз әсерді білдіретін жұрнақ.

Люминесценция көрінетін жарықта байқалады, ультракүлгін, инфрақызыл сәулелерге де тән қасиет.

Табиғи люминесценция құбылыстарына жататын полярлық шұғыла, кейбір насекомдардың, минералдың, шіріген ағаштың жарқырауы өте ертеде белгілі болса да, оларды зерттеу 19 ғасырда ғана басталды. ( Беккерель, Вавилов, Ленард, Крукс,т. б.)

Радиациялық сәулеленудің биологиялық әсері.

Радиациялық сәулеленудің биологиялық әсері сәулелену дозасына байланысты болады.

Аз мөлшерде сәулеленуде сәулелену аурулары пайда болмайды, бірақ физиологиялық жүйенің қалыпты қызметін, зат алмасу процесін бұзуы мүмкін. Әр түрлі жануарлар мен өсімдіктердің жасушаларының радиацияға сезімталдығы әр түрлі болады. Мысалы, жыныс жасушалары, қан, лимфоциттер және т.б. радиацияға сезімталдығы жоғары, ал бұлшық ет, буын жасушалары т.б. радиацияға сезімталдығы төмен.

Сәулелену әсерін соматикалық (сәулеленген адамға әсері) және генетикалық (ұрпағына әсері) деп бөлуге болады.

Радиоактивті сәулелер, нейтрондар ағыны қоршаған ортаға, әсіресе тірі организмге зиянды әсерін тигізеді. Радиоактивті сәулелер иондаушы сәулелер немесе қысқаша радиация деп те аталады. Белгілі энергиялары бар бұл сәулелер мен бөлшектер денелердің молекулалары мен атомдарын иондайды. Олардың химиялық белсенділігі өзгереді, жасушалар мутацияға ұшырайды, хромосомадағы гендерді зақымдап, түрлі физиологиялық күрделі ауытқулар туады. Табиғат уланады. Сәуле шығарудың интенсивтігі күшті болса, қатерлі ісік және сәуле аурулары дертіне шалдығады, тірі организмдердің өлуі мүмкін. Сәулелену тұқым қуалауға күшті әрі жағымсыз әсерін тигізеді.

Радиацияның қауіптілігі сол , сәулелену тіпті қатерлі дозаның өзінде бірден аурудың белгісін туғызбайды. Иондаушы сәулелер, ең алдымен , жұлынды зақымдайды, соның әсерінен қан айналу процесі бұзылады. Содан соң ас қорыту жолдары мен басқа да органдардың жасушалары бүлінеді. Радиоактивті сәулелердің, мысалы- γ-сәулелерінің шекті мөлшердегі дозасын қатерлі ісіктің жасушаларын жою үшін медицинада қолданады.

Иондаушы сәулелердің биологиялық әсері ерекше шамалармен сипатталады. Тірі организмдердің жасушаларының радиациядан алған энергиялары көп болған сайын, химиялық реакцияның белсенділігі шапшаң өзгеріп, зақымдалуы арта түседі. Сол себепті, радиацияның тірі организмге беретін энергия мөлшерін дұрыс бағалай білу маңызды.

Шығарылған сәуленің жұтылған дозасы деп жұтылған энергияның сәулеленген аттың массасына қатысатын айтады:

D =E/m ; D- өлшем бірлігі- 1 Гр;

Адамға 3-10 Гр өлім қаупін тудырады. Табиғи радиация дозасы-2*10^-3 Гр (бір жыл ішінде).

1Р =0,01 Гр.

Радиациялық сәулеленудің адамға биологиялық әсері:

Сәулелену

БЭР

дозасы

Р

Сәулеленудің салдары

25

0-25

Адам ағзасы мен жасушаларда ешқандай өзгеріс байқалмайды

50

25-50

Лейкоциттер санының төмендеуі

75

Қан құрамының аздап өзгеруі

100

Сәуле ауруының жеңіл дәрежесінің дамуының төмен деңгейі

150

50-100

5% өлім қаупі. Жұмысқа қабілеттілікті жоғалту.

200

100-200

Лейкоцит санының ұзақ уақытқа төмендеуі

400

400-600

50-60% өлім қаупі

600

90% өлім қаупі, өте ауыр дәрежедегі сәулелену ауруы

600-ден аса

600

100% өлім.

Кейбір тірі ағзалар үшін жұтылған доза. 50% өлім қаупі.

Ағза

Гр

қой

1,5-2,0

ит

2,5-3,0

шошқа

2,75

маймыл

2,5-4

тышқан

6-13

бақа

7

егеуқұйрық

7-9

құстар

8-12

балық, жылан

8-20

тасбақа

15

амеба

1000

жәндіктер

1000-3000

Тірі табиғаттағы интерференция және дифрация.

Жарық интерференциясының барын жұқа қабықтағы жарықтың кескінін көргенде байқаймыз, мысалы, сабын көпіршігінде, слюданың өте жұқа жапырақшасында, су бетіндегі мұнай тамшыларында. Тірі табиғатта жарық құбылыстарының түрлерін көптеп кезіктіруге болады. Моллюскалардың маржан түсті қабыршақтарының кемпірқосақ түстерімен жылтырауын, құстардың түстерінің түсті болуын және т. б. интерференциямен түсіндіруге болады.

Көбелектердің көпшілік түрлерін түсті қанаттылар деп атайды, пішіні мен түсінің әр түрлі болуы көбелек қанаттарына ертегідей әсемдік береді: әсіресе, тропикалық көбелектердің қанаттары ашық металл түспен жарқырап, құлпырып көрінеді. Егер көбелектердің қанаттарын микроскоппен қарасақ, көрінетін жарықтың толқын ұзындығындай өлшемдері бар ұсақ көптеген бөлшектерден тұратынын байқауға болады. Сондықтан көбелектер қанатын дифракциялық тор ретінде қарастыруға болады. Олардың қанаттарының түрлі- түсті болуы жарықтың интерференция және дифракция құбылысына байланысты болады.

Балықтардың түстерінің алуан түрлі болуы қорғаныштық қызмет атқарады. Ащы судағы балықтардың түстері су түсіне ұқсас, күңгірт-жасыл болады. Теңіз балықтарының түстері тіптен әр түрлі келеді. Су бетіне тақау тіршілік ететіндердің (ұшатын балықтар тунецтер,т.б.) түстері екі түрлі: арқалары қара-көк немесе күлгін-көк, ал бүйірлері-ақшыл. 100-200 метр тереңдіктегі балықтар күміс түстес, ал одан да тереңіректегілердің (500 м) түстері-қызғылт болады. Одан арғы тереңдіктерде қара, күлгін-қара болып келеді.

Кемпірқосақ жолағының түстерін инеліктердің көздерінен де көруге болады. Ол жәндіктердің «күрделі» көздері бөлек «көзшелерден» тұрады, яғни тірі дифракциялық тор болып табылады.

Ғалымдардың ойларынша, теңіз түбіндегі жануарлардың көпшілігі өздерінің сәуле тарататын мүшелерін жауларынан қорғануы мен қорегін алдап шақыру үшін пайдаланады. Аса тереңдіктегі жәндіктер соңына түскен қуғыннан құтылу үшін жыртқыштың көзіне жарық шоғын жібереді.

ІІІ тарау. Молекулалық биофизика.

Биофизиканың химиялық негіздері

Тірі жасуша, тірі ағза күрделі химиялық машина болып табылады. Олар қоршаған ортаға заттардың бөлінуі және заттардың химиялық айналуы нәтижесінде өмір сүреді. Биология, биофизика химиямен тығыз байланысты.

Биохимия - тірі ағзалардың химиялық құрамын, жасушалардың биологиялық, биохимиялық, физиологиялық қызметін зерттейтін ғылым. Биохимия ағзадағы зат алмасу, яғни метоболизм процестерін қарастырады. Биохимия мен физикадан молекулалардың физика-химиялық қасиеттері мен құрылысын қарастыратын молекулалық биофизика бөлініп шықты.

Биологиялық молекулалардың химиялық негіздерінің ерекшеліктері:

1. Тірі жүйеде биологиялық молекулалар жеке дара өмір сүрмейді.

2. Тірі табиғат химиялық құрылымның бірлігімен сипатталады.Тірі табиғаттағы барлық заттар және барлық химиялық механизмдер бірдей. Барлық нәруыздар жиырма аминқышқылдарынан, барлық нуклеин қышқылдары - нуклеотидтердің төрт тобынан құралады. Барлық ағзалардың атомдық құрылымы бір тектес болып келеді.

3. Ағза мен жасушалардың қасиеттері және құрылысы нуклеин қышқылдарымен ( ДНҚ және РНҚ ) байланысты болады.

4. Биологиялық молекулалар және биохимиялық процестер эволюциялық дамудың нәтижесі болып табылады.

5. Биологиялық молекулалар және макромолекулалардың нақты құрамы мен құрылысы бар.

6. Биологиялық молекулалар жеңіл элементтердің атомдарынан құралады: C, Н, O, Р, S. Бұдан басқа ағзада Na, K, Ca, Mg сияқты металдардың иондары кездеседі. Fe, Zn және т. б. Mo. дейінгі металдар тобының шамалы мөлшерінің болуы маңызды роль атқарады.

Адам ағзасында ( атомдық пайызбен ) 60,56 H, 25,67 О, 10,68 С, 2,44 N, 0,23Са, 0,13 Р, 0,13 S, 0,08 Na, 0,04 К, 0,03Cl, 0,01 Mg және Fe, Zn, Cu, Co, Se, F, I шамалы мөлшері көп болады. H пен О -тің көп болуы судың үлкен құрамымен анықталады. Тірі ағзалар жасушаларының құрамына өлі табиғатта кездесетін 70-ке жуық химиялық элементтер кіреді.

Нәруыз физикасы

Жиырмасыншы ғасырдың басында нәруыздың қасиеті физикалық тұрғыдан зерттеле бастады. Швед биохимигі әрі биофизигі Т. Сведберг жердің тартылыс күші әсерінен 250 мың есе күшті үдеу беретін центрифуга ойлап тапқан. Қоймалжың сұйықтың үстіне нәруыз ерітіндісін құйып, центрифуганы айналдырғанда, нәруыз молекулалары ыдыстың түбіне қарай ығысқан. Т. Сведберг нәруыздың қою сұйықтағы ығысу аралығын есептеп, осы әдіспен оның молекулалық массасын табуға болатынын анықтады. Ол центрифугада айналдыру кезінде шар тәрізді молекулалардың ыдыс түбіне көбірек ығысатынын анықтап, нәруыз молекуласының табиғаты шар пішінді болатынын ең бірінші дәлелдеді. Нәруыздардың құрылымын рентгенқұрылымдық әдіспен зерттеу арқылы Америка ғалымы Л. Полинг «нәруыз молекуласының беріктігі, оның құрамындағы оттек пен азот атомдарының сутектік байланыспен байланысуына негізделген» деген қорытынды жасады. Нәруыз молекуласын әр түрлі физикалық тәсілдермен зерттеудің нәтижесінде, оның төрт құрылымды екендігі анықталды.

Тірі ағзаларда нәруыздардың маңызы зор болғандықтан алуан түрлі қызмет атқарады. Жасуша, сіңірлер мен шеміршектер, тері, шаш, қауырсын , қан тамырлары қабырғалары т. б. нәруыздан құралады, яғни құрылыс қызметін атқарады. Қанның құрамындағы гемоглобин нәруызы өкпеден сіңіріп алған оттекті дененің барлық ұлпалары мен мүшелеріне тасымалдап, оларды оттекпен қамтамасыз етеді де, ыдырау өнімі - көмірқышқыл газын өкпе арқылы сыртқы ортаға шығарып, тасымалдап отырады. Нәруыздар ағзаны әр түрлі жұқпалы аурулардан қорғайды.Нәруыз- тіршіліктің қайнар көзі, жасушада жүретін биосинтез реакциялардың барлығы нәруыздың ферменттік қызметіне байланысты және иммунитеттің түзілуі оның қорғаныштық ролімен түсіндіріледі. Энергетикалық қызметін қарастырсақ, жасушадағы нәруыз тотығып, оның мономерлері аминқышқылдарына дейін, ал аминқышқылдары одан әрі қарапайым заттарға- көмірқышқыл газы мен суға дейін ыдырайды. Нәтижесінде ыдыраған 1 г нәруыздан 17,6 кДж энергия бөлінеді. Коллаген және оссеин тәрізді сүйектер мен сіңірлердің нәруыздары механикалық қызмет атқарады.

Нәруыз молекуласының тағы бір қасиетіне оның әр түрлі әсерлерден табиғи құрылымының өзгеруі жатады. Мысалы, қыздырудың, сәулелендірудің, химиялық заттардың әсерінен, механикалық әсер етудің салдарынан нәруыздың құрылымдарының арасындағы байланыс үзіліп, соіңынан молекула пішінін өзгертеді. Бұл құбылысты денатурация деп атайды.

Жасушалардың қозғалысы, олардың жасаған механикалық жұмысы (мысалы, бұлшық еттік) нәруыздардың жиыру қызметімен жүзеге асырылады. Мұндай нәруыздар ферменттік, АТФ-тік қызмет атқарады, химиялық энергияны механикалық жұмысқа айналдырады.

Нәруыз физикасының негізгі міндеттері:

1. Нәруыз молекуласының құрылысын теориялық және эксперименттік тұрғыда зерттеу.

2. Нәруыз кристалдары мен нәруыз молекулаларының динамикалық қозғалысын зерттеу. Нәруыздың денатурациясын зерттеу.

3. Нәруыздың бірінші және жоғары құрылымдары арасындағы байланысты тағайындау.

4. Генді реттейтін фактор ретінде нуклеин қышқылдарымен нәруыздың өзара байланысын анықтау.

5. Биологиялық эволюция барысындағы нәруыздардың өзгерісі мен пайда болуының физикалық негіздерін қарастыру.

6. Нәруыздардың әртүрлі биологиялық қызметтері негізінде жататын физикалық механизмдерді зерттеу.

7. Берілген қасиеттерімен нәруызды алу әдістерін- нәруыздық инженерліктің физикалық негіздерін қарастыру.

Нәруыз- құнарлы қоректік зат, оның ағзада жетіспеушілігі адамды қауіпті ауруларға ұшыратады. Сондықтан денсаулық үшін сапалы нәруыз қажет. Оларды дайын күйінде өсімдіктекті және жануартекті азық-түліктердің құрамынан қабылдаймыз.

Нуклеин қышқылының физикасы

Нуклеин қышқылдары- бұл биологиялық күрделі заттар. Олар хромосомалар құрамында болады. және тұқым қуалау белгілерін жеткізуді қамтамасыз етеді, сөйтіп жасушалар тіршілігін басқарады. Нуклеин қышқылының екі түрі бар: ДНҚ ( дезоксирибонуклеин) және РНҚ (рибонуклеин).

ДНҚ -да барлық нәруыздардан аминқышқылдар реті кодқа айналады, бұл генетикалық код деп аталады.

Ағылшын биофизигі М. Уилкинс ДНҚ-ның құрылысын зерттеп, оның кристалдық талшықтарының рентгенограммасын алды. Р.Франклин - ДНҚ молекуласының рентгенограммалық суретін бірінші түсірген ғалымдардың бірі. Ол рентгенограмманың көмегімен көмірсулы фосфатты тұлғаның (сүйеніш) шиыршықтың сыртқы жағында, ал азотты негіздер ішкі жағында орналасатындығын және шиыршықтың бір оралымында он нуклотид болатынын анықтады. ДНҚ-ның құрамын анықтауда биофизик Р. Франклин ашқан деректердің маңызы зор болды. Алайда ДНҚ молекуласының қанша жіпшелерден тұратыны және қалай байланысқаны анықталмады. Бұны Америкалық биохимик Дж. Уотсон мен ағылшын биофизигі Ф. Крик дәлелдеді. Олар молекулалық биология саласында зерттеу жұмыстарын жүргізіп, рентгенқұрылымдық әдісті пайдаланып, ДНҚ молекуласының құрамын ашты. Рентгендік зерттеулер арқылы ДНҚ молекуласының ұзын полипептидтік тізбек екені анықталды.

Физик Гамовтың және басқа да физиктердің көмегімен гентикалық кодтың проблемалары қарастырылып, зерттеулер жүргізілді.

Молекулалық биология өмірдегі негізгі құбылыстардың, соның ішінде өзгергіштік пен тұқым қуалаушылықтың молекулалық табиғатын зерттейді. Бұл құбылыстар нуклеин қышқылының қасиеттері мен құрылымымен анықталады. Молекулалық биология биологиялық құбылыстардың түсіндірмесін химиядан және молекулалық физикадан іздестіреді.

Нуклеин қышқылы физикасының қарастыратын мәселелері:

1. Нуклеин қышқылының барлық түрлерінің бірінші, екінші, үшінші реттік құрылымдарын қарастыру.

2. Генетикалық кодтың негізі және физикалық мәні. Физикалық тұрғыдан генетикалық кодтың ішкі заңдылықтарын ашу.

3. Нуклеин қышқылының қызметтері электронды- мәліметтік өзара әсерлесу (ЭМӘ) арқылы анықталады. Нуклеин қышқылын теориялық және эксперименттік зерттеулер молекулалы биологиялық процестердің механизмдерін ашады.

4. ДНҚ және РНҚ макромолекулаларының алғашқы құрылымының бұзылуы, яғни мутацияның физикалық механизмдері.

5. Нуклеин қышқылының белгілі қасиеттеріне сүйенетін биологиялық эволюцияның даму процестерін физика-математика тұрғысынан модельдеу.

Ферменттер физикасы

Ағзадағы заттардың өзін-өзі жаңартуы ферменттердің көмегімен жүзеге асырылады. Орыс ғалымы И. П. Павлов ферментті «тіршіліктің қоздырғышы» деп атады, өйткені ол ағзадағы зат алмасуды реттейтін көптеген реакцияларды тездетеді. Ферменттердің әрқайсысы белгілі бір химиялық реакцияларды тездетуге қабілетті. Жасушаның цитоплазмасында жүздеген ферменттер-нәруыздар болады. Ферменттер биологиялық катализаторлар болып табылады. Фермент реакциялардан соң еш өзгеріссіз қалады. Ферменттердің 2000-нан астам түрі белгілі. Оның құрамына нәруыздан басқа Mg, Fe, Mn металдары мен дәрумендер кіреді. Әр реакция өзінің арнаулы ферменттерімен катализденеді. Бұл кезде реакцияға фермент толық қатыспайды, оның арнаулы бөлігі, яғни белсенді орталығы ғана қызмет атқарады. Ферменттер белгілі бір температурада ғана және қалыпты сутектік (pH) ортада ғана өз қызметін дұрыс атқара алады. Олардың белсенді әсер етуіне қолайлы температура +37,38ºС.

Ферменттер физикасында оларды зерттеудің екі әдістері бар: ферменттің молекулалық құрылысын молекулалық физика тұрғысынан қарастыру; фермент реакцияларының кинетикасын зерттеу.

Физик Перутц ферменттік реакцияларға электростатикалық өзараәсер етудің ферменттік катализдің энергетикасына үлкен үлес қосатыны, яғни фермент туғызатын активтендірудің энергиясының азаятындығы жөнінде қорытынды жасады.

Нәруыз глобуласы -күрделі динамикалық жүйе, физиканың міндеті осындай күрделі ортадағы құбылыстарды диффузия теориясы негізінде түсіндіру. Мұндай теория ферменттер қатысуымен өтетін реакциялар кезінде биологиялық мембрананың каналдары арқылы иондардың өтуін түсіндіру үшін қажет.

Металдардың иондары бар ферменттердің физикалық қасиеті спектрдің көрінетін жарық аймағында жұтылу бөліктерінің бар болуымен байқалады, оларға парамагнетизм де тән.

Ферменттер химиясы мен физикасын зерттеу нәтижелерінің медицина, фармокология және ауыл шаруашылығы үшін маңызы зор.

Биополимерлердің құрылымын зерттеудің физикалық әдістері

Жаратылыстану ғылымында молекулалар мен атомдардың құрылысын зерттеу үшін негізгі тәсілдерді қолданады. Бұл тәсілдер заттардың өзара әсерлесулерін барлық толқын ұзындықтарында (рентген сәулесінен радиотолқындарға дейін) зерттеулерді қамтиды.

Рентгенқұрылымдық анализ молекулалар мен кристалдарда атомдардың орналасуы жөнінде тікелей мәліметтер береді. Толқын ұзындығы 0,1 нм электромагниттік толқындар, яғни рентген сәулелері атомдардың электронды қабықшаларында тарайды. Затта пайда болған толқындардың интерференциясы дифракциялық көріністің тууына әкеледі. Рентгенқұрылымдық анализдің негізгі идеясы толқын ұзындығы белгілі сәуле үшін алынатын дифракциялық көріністің негізінде d кристалл жазықтықтары арасындағы қашықтықты анықтау болып табылады. Заттың құрылысы жөніндегі толық мәліметті тек атомдары периодты түрде орналасқан кристалдарды зерттеуде ғана алуға болады. Дифракциялық максимумдардың интенсивтіліктері әр түрлі болады. Оларға анализ жасау кристалдың электрондық тығыздығын табуға мүмкіндік береді.

Рентгенқұрылымдық анализдің көмегімен пенициллиннің, В₁₂,В₁ және т. б. көптеген дәрумендердің құрылымы анықталды. Молекулалық күрделі нәруыздарды зерттеулердің, яғни молекулалық биофизиканың осы бағытының негізін қалаушы Бернал болды.

Биополимерлердің ерітінділері мен кристалдарын зерттеуде ядролық физиканың синхотронды сәулелену, нейтронография, рентгенография т.б. әдістері қолданылады. Магнитті тежелу немесе синхотронды сәулелену зарядталған бөлшектердің, яғни электрондардың циклдік үдеткіштерде қозғалысы кезінде пайда болады. Синхотронды сәулелену құрылымдарында айналулар жүріп отыратын биологиялық процестерді зерттеуде жиі қолданылады. Мұндағы рентген кванттарының атомдағы ішкі электрондарды ионизациялау үшін энергиясы жеткілікті болады. Нейтронографияда кристалдық пластинадан шағылған нейтрондар шоғы арнайы тіркегіштерде тіркеледі. Осы тәсілдің көмегімен хроматиндегі ДНҚ, нәруыздың комплекс түрінде пайда болуының табиғаты зерттеліп, мұздың құрылысы анықталды.

γ-резонансты спектроскопия әдісі радиоактивті атом шығаратын γ-сәулелерді атом ядросының резонансты жұтуына негізделген. Темірдің барлық табиғи қосылыстарында ²²Fe изотобының 0,22% бар. Бұл γ-резонанс тәсілімен Fe-құрамды нәруыздарды (гемоглобин, миоглобин, цитохром және т.б.) зерттеуге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, құрамында темірі бар биополимерлердің қатысуымен жүретін химиялық реакциялардың механизмін анықтауда γ-резонанс тәсілінің маңызы зор.

Нәруыздар мен нуклеин қышқылдары көрінетін жарықты жұтпайды. Бұл биополимерлердің диэлектрлік табиғатын дәлелдейді. Олардың электрондық ауысулары спектрдің ультракүлгін түсі аймағында болады. Осы қасиеттерін ескеретін зерттеу тәсілі-электронды жұтылу спектроскопиясы.

Биофизикада ядролық және электронды парамагниттік резонанс спектрлері кеңінен қолданылады. Бұл тәсілдер адом ядросындағы өзара әсерлесулер мен орналасулары жөнінде сандық мәліметтер алуға мүмкіндік береді.

Биофизиканың зерттеу нәтижелері

Қазір биофизикамен онкологиялық және радиологиялық ғылыми-зерттеу Институты, Ботаника және фитоинтродукция институты, «Биоген» жабық акционерлік қоғамы, Қазақ мемлекеттік ұлттық университеті, Алматы мемлекеттік Медициналық университеті шұғылданады. Қазақстанда, әсіресе, радиологиялық зерттеулер жақсы дамыған (С. Балмұқанов, С. Рысқұлова. А. Сейсенбаев) . Қазақ мемлекеттік ұлттық университетінде лазер технологиясын ауыл шаруашылығында пайдаланып, ауыл шаруашылық дақылдарының тұқымын, егістіктерді, суды гелий-неон лазерінің сәулесімен өндіру арқылы астықтың өнімін, өсімдіктің әр түрлі кеселге төзімділігін артуға болатындығы дәлелденді (В. М. Инюшин, Қ.Өрісбаев, С.Төреханов, т.б.). Суды лазермен активтендіру арқылы өндірістік ластанған судағы ауыр металлдардың (қорғасын, сынап,кадмий,никель, т.б.) мөлшерін және органикалық зиянды заттарды азайтуға болатындығы анықталды (Инюшин. Өрісбаев,т.б.) Ауыл шаруашылық дақылдарының биоэлектрлік активтілігі олардың физиологиялық қасиеттерімен (Ф. Полымбаева), ал жүйке жасушасының биоэлектрлік активтілігі жылу реттелу процестерімен (С. Тілеулин) байланыстылығы зерттелді. Жасушы мембранасының өткізгіштік қасиеті және оның механизмі (О. В. Есырев) , ауыл шаруашылық дақылдарының фотосинтезі зерттелді (В. П. Беденко). Жүн талшығының өсуін реттейтін биологиялық механизмдер ашылды (Э. Б. Всеволодов). Гендік ақпаратты ядродан цитоплазмаға тасымалдайтын молекулалардың бір жерден екінші жерге ауыстырылуын қамтамасыз ететін биополимерлерде байқалатын бірқатар физика-химиялық процестер молекулалық биология мәселелерімен байланыстыра зерттелді (М. Айтхожин.)

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Алексеев. В. А. Жануарлар жөнінде 300 сұрақтар мен жауаптар. М. 1997.

2. Алексеев. В. А. Жәндіктер жөнінде 300 сұрақтар мен жауаптар. М. 1998.

3. Богданов. К. Ю. Физик биологта қонақта. М. 1986.

4. Белановский. А. С. Основы биофизики в ветеринарии. 1985.

5. Большаков. А. П. Биология. Қызықты фактілер. 1999.

6. Вайер. М. П. Вопросы биофизики.1984.

7. Волькенштейн. М. Биофизика. 1989.

8. Волькенштейн.М. Молекулярная биофизика. 1993.

9. Губанов.Н.Н. Утепбергенов. А. А. Медициналық биофизика. 1999.

10. Демкович. В. П. Физикадан есептер мен сұрақтар жинағы. 1982.

11. Ильченко. В. Р. Перекрестки физики, химии и биологии. 1986.

12. Лукашик. 7-8 сыныптарға арналған есептер жинағы. 1993.

13. Лимаренко. А. Р. Основы биофизики. 1981.

14. Соколова. Е. И. Бәрін білгім келеді. 1991.

15. Тейлор Ч. Поупл. С. Энциклопедия школьника OXFOPD. 2004.

16. Энциклопедия. Физика. 1999.

17. Энциклопедия. Сұрақ және жауап. 2006.

18. Энциклопедия. Қазақстандағы жануарлар мен өсімдіктер әлемі. 2006.