A BIOFIZIKA ALAPJAI - tf.hu ¶nyv_Bar£³csi.pdf¢  A tananyag fejezetei a f¥â€bb t£©m£Œkkal: a biofizika

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of A BIOFIZIKA ALAPJAI - tf.hu ¶nyv_Bar£³csi.pdf¢  A tananyag fejezetei a...

  • tankonyvtar.bme.hu

    BARÓCSI ATTILA

    A BIOFIZIKA ALAPJAI

    2011

    Ismertető Szakmai vezető, lektor Tartalomjegyzék Technikai szerkesztő Pályázati támogatás ISBN Gondozó Copyright

  • A tananyag feladata, hogy megismertesse az olvasót az – élettelen fizikai rendszerekhez képest sokkal összetettebb – biológiai rendszerekben (élő szervezetekben) érvényesülő (pl. azok felépítését, működését, fejlődését meghatározó) alapvető fizikai törvényszerűségekkel és példákkal illusztrálja az ilyen biológiai rendszerek fizikai modellezését. A hivatkozott irodalmak két problémát vetnek fel: 1) egyesek új kiadásai nem léteznek; 2) az új irodalmak nagy terjedelműek, szélesebb ismeretanyaggal, mint ami a (nem orvosi / biológiai irányultságú) célközönség – főként mérnök és fizikus hallgatók – számára szük- séges. A szerző célja szűkebb: a fizikai elvekhez több biológiai háttér információ társítása úgy, hogy a fizikai alapokat ismertnek tételezi fel. Az anyag egységes szerkezetben kiegé- szül számunkra fontos témakörökkel is (pl. fotoszintézis, kollektív mozgások). A tananyag fejezetei a főbb témákkal: a biofizika biológia alapjai (élet, sejt, leíró gene- tika); anyagszerkezet és funkció (kötéstípusok, víz, biológiai makromolekulák, molekuláris genetika); kölcsönhatás sugárzással (fényelnyelés makromolekulákban, fény és röntgensu- gárzás biológiai hatásai, sugárbiológia); bioenergetika (szervezet hőháztartása, irreverzibi- lis termodinamika, sejtszintű energiaátalakítás és fotoszintézis); anyagcsere és transzport (áramlási jelenségek, drift, diffúzió és ozmózis); biológiai membránok (iontranszport, elektromos jelenségek, ingerületi folyamatok, feszültség-clamp méréstechnika, idegi in- formációtovábbítás); érzékszervek biofizikája (látás, hallás); kollektív jelenségek („közle- kedésszerű” mozgások, ASEP modellek, molekuláris motorok alapmechanizmusai).

    Kulcsszavak: sejtciklus, genetikai kód, biológiai makromolekulák, foto-gerjesztett mole- kulák, irreverzibilis termodinamika, fotoszintézis, biológiai membránok, ioncsatornák, ingerületi folyamatok, feszültség-clamp, receptorok, „közlekedésszerű” mozgások, ASEP modellek, molekuláris motorok.

    tankonyvtar.ttk.bme.hu Barócsi, BME

  • Támogatás: Készült a TÁMOP-4.1.2-08/2/A/KMR-2009-0028 számú, a „Természettudományos (matematika és fizika) képzés a műszaki és informatikai felsőoktatásban” című projekt keretében.

    Készült: a BME TTK Matematika Intézet gondozásában Szakmai felelős vezető: Dr. Halbritter András Lektorálta: Dr. Csintalan Zsolt PhD, hab. egyetemi docens, Szent István Egyetem, Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar, Növénytani és Növényélettani Tanszék Az elektronikus kiadást előkészítette: Erő Zsuzsa Címlap grafikai terve: Csépány Gergely László, Tóth Norbert ISBN: 978-963-279-465-5 Copyright: 2011–2016, Dr. Barócsi Attila PhD, egyetemi docens, BME TTK Atomfizika Tanszék

    „A terminusai: A szerző nevének feltüntetése mellett nem kereskedelmi céllal szabadon másolható, terjeszthető, megjelentethető és előadható, de nem módosítható.”

    Barócsi, BME tankonyvtar.ttk.bme.hu

  • tankonyvtar.ttk.bme.hu Barócsi, BME

  • Tartalomjegyzék 1

    TARTALOMJEGYZÉK

    1. Bevezetés ....................................................................................................................... 7 2. A biofizika biológiai alapjai .......................................................................................... 8

    2.1. Az élet.................................................................................................................... 8 2.1.1. Szaporodás..................................................................................................... 8 2.1.2. Növekedés ..................................................................................................... 8 2.1.3. Anyagcsere .................................................................................................... 9 2.1.4. Mozgás .......................................................................................................... 9 2.1.5. Válaszreakció .............................................................................................. 10

    2.2. Biológiai elméletek.............................................................................................. 10 2.2.1. Sejtelmélet ................................................................................................... 10 2.2.2. Szerves fejlődés (evolúció) elmélete ........................................................... 11 2.2.3. A biogenetika törvénye................................................................................ 11 2.2.4. „Egy gén – egy enzim – egy funkció”......................................................... 11

    2.3. A sejt.................................................................................................................... 11 2.3.1. Sejtszerveződés............................................................................................ 11 2.3.2. Sejtek felépítése........................................................................................... 11 2.3.3. Az állati sejt felépítése................................................................................. 12 2.3.4. Növényi sejtek felépítése............................................................................. 14

    2.4. A sejtciklus .......................................................................................................... 15 2.4.1. Ellenőrzési pontok ....................................................................................... 15 2.4.2. Szabályozók................................................................................................. 16

    2.5. Számtartó sejtosztódás (mitózis) ......................................................................... 16 2.5.1. A mitózist befolyásoló tényezők ................................................................. 17 2.5.2. A mitózis fázisai .......................................................................................... 17

    2.6. Számfelező sejtosztódás (meiózis) ...................................................................... 19 2.7. Sejt differenciálódás ............................................................................................ 19 2.8. Biológiai osztályozás........................................................................................... 19

    2.8.1. Fő kategóriák ............................................................................................... 20 2.9. Mendel-féle (leíró) genetika ................................................................................ 20

    2.9.1. Mendel-szabályok........................................................................................ 20 2.9.2. Anyai hatás .................................................................................................. 20 2.9.3. Anyai (extrakromoszomális) öröklődés....................................................... 21

    3. Anyagszerkezet és funkció .......................................................................................... 22 3.1. Definíciók ............................................................................................................ 22

    3.1.1. Molekulatömeg............................................................................................ 22 3.1.2. A kémiai kötés ............................................................................................. 22

    3.2. Biológiailag fontos kötéstípusok ......................................................................... 22

    Barócsi, BME tankonyvtar.ttk.bme.hu

  • 2 A biofizika alapjai

    3.2.1. Kovalens (homopoláris) kötés..................................................................... 23 3.2.2. Ionos (heteropoláris) kötés .......................................................................... 23 3.2.3. Hidrogénkötés (H-híd)................................................................................. 24 3.2.4. Van der Waals kötés.................................................................................... 24 3.2.5. Hidrofób kölcsönhatás................................................................................. 25

    3.3. Kötések és a molekulák alakja ............................................................................ 25 3.4. A víz .................................................................................................................... 26

    3.4.1. A víz szerepe az élő struktúrákban.............................................................. 27 3.4.2. A vízmolekula ............................................................................................. 27

    3.5. Makromolekula alegységek................................................................................. 28 3.5.1. Szerves funkcionális csoportok......................