Podstawowe zadanie współczesnych nauk biologicznych:

Prezentacja na temat: "Podstawowe zadanie współczesnych nauk biologicznych:"— Zapis prezentacji:

1 Podstawowe zadanie współczesnych nauk biologicznych:
Badanie procesów życiowych z uwzględnieniem struktur biologicznych, w których te procesy zachodzą

2 Dwojaki charakter tych procesów (fizyczny i chemiczny) spowodował powstanie dwóch nowych dyscyplin nauki:

3 Dwojaki charakter tych procesów (fizyczny i chemiczny) spowodował powstanie dwóch nowych dyscyplin nauki: biochemii

4 Dwojaki charakter tych procesów (fizyczny i chemiczny) spowodował powstanie dwóch nowych dyscyplin nauki: biochemii biofizyki

5 Biofizyka Stosunkowo nowa dyscyplina badań interdyscyplinarnych wyrosła na gruncie:

6 Biofizyka Stosunkowo nowa dyscyplina badań interdyscyplinarnych wyrosła na gruncie: BIOLOGII (pojmowanej jako nauka o organizmach żywych)

7 Biofizyka Stosunkowo nowa dyscyplina badań interdyscyplinarnych wyrosła na gruncie: BIOLOGII (pojmowanej jako nauka o organizmach żywych) FIZYKI (nauki zajmującej się badaniem określonej klasy zjawisk – zjawisk fizycznych zachodzących na poziomie materii nieożywionej)

8 BIOLOGIA FIZYKA BIOFIZYKA

9 Zadania biofizyki

10 Zadania biofizyki Badanie zjawisk życiowych metodami fizycznymi

11 Zadania biofizyki Badanie zjawisk życiowych metodami fizycznymi
Badanie zjawisk i procesów biologicznych zachodzących w żywych organizmach

12 Zadania biofizyki Badanie zjawisk życiowych metodami fizycznymi
Badanie zjawisk i procesów biologicznych zachodzących w żywych organizmach Specyficzna interpretacja zjawisk życiowych, oparta na metodologii zapożyczonej z nauk fizycznych

13 Piśmiennictwo: Ibron G., 1999: Podstawy biofizyki, Wyd. ART. Olsztyn Bryszewska M., Leyko W. (reds.), 1997: Biofizyka dla biologów, PWN Warszawa Bryszewska M., Leyko W. (reds.), 1981: Biofizyka kwasów nukleinowych dla biologów, PWN Warszawa Jóźwiak Z., Bartosz G. (reds.), 2005: Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami. PWN Warszawa

14 WIELKOŚCI FIZYCZNE BAZOWE: Temperatura (T), Czas (t), Długość (l),
Masa (m)

15 WIELKOŚCI FIZYCZNE POCHODNE: BAZOWE:
Prędkość (V=l/t, gdzie l-droga, t-czas), Przyspieszenie(a=V/t), Pęd (p=mV, gdzie m-masa) BAZOWE: Temperatura (T), Czas (t), Długość (l), Masa (m)

16 POMIAR WIELKOŚCI FIZYCZNYCH: Wyznaczanie ich wartości liczbowych

17 POMIAR WIELKOŚCI FIZYCZNYCH: Wyznaczanie ich wartości liczbowych
WARTOŚCI LICZBOWE WIELKOŚCI FIZYCZNYCH muszą być podawane w odpowiednich jednostkach

18 Wielkości bazowe i ich jednostki w układzie SI
Jednostka miary Definicja jednostki nazwa oznaczenie Jednostki podstawowe Długość metr m ,73 x długość fali w próżni (promieniowania przejścia atomu 86Kr między poziomami 2p10 a 5d5 Masa kilogram kg Masa międzynarodowego wzorca przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres Czas sekunda s x okres promieniowania odpowiadającemu przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego 133Cs Prąd elektry-czny amper A Prąd płynący w dwóch równoległych, nieskończenie długich przewodach, o przekroju nieskończenie małym, umieszczonych w próżni w odległości 1m, oddziaływujących na siebie z siłą 2x 10-7N (niutona) na każdy metr długości

19 Wielkości bazowe i ich jednostki w układzie SI Jednostki uzupełniające
Jednostka miary Definicja jednostki nazwa oznaczenie Jednostki podstawowe Tempe-ratura Kelwin K 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody Liczność materii mol Liczność materii towarzyszącej liczbie cząsteczek równej liczbie atomów występujących w 0,012 kg 12C Świat-łość kandela cd Światłość w kierunku prostopadłym 1/600000m2 promiennika zupełnego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem Pa Jednostki uzupełniające Kąt płaski radian rad Kąt płaski zawarty między dwoma promieniami koła, wycinającymi z jego okręgu łuk o długości równej promieniowi tego koła 1 rad = 1m : (1 m) = 1

20 Wielkości bazowe i ich jednostki w układzie SI Jednostki uzupełniające
Jednostka miary Definicja jednostki nazwa oznaczenie Jednostki uzupełniające Kąt bryłowy steradian sr Kąt bryłowy o wierzchołku w środku kuli, wycinający z jej powierzchni część równą powierzchni kwadratu o boku równym promieniowi tej kuli 1 rad = 1m2 : (1 m2) = 1

21 Przedrostki dla jednostek wielokrotnych i podwielokrotnych
Mnożnik Przedrostek Skrót Przykład zastosowania 1012 tera T teragram – Tg = 1012g 109 giga G gigagram – Gg = 109g 106 mega M megagram – Mg = 106g 103 kilo k kilogram – kg = 103g 102 hekto h hektogram – hg = 102g 101 deka da dekagram – dag = 101g 1 - gram – g 10-1 decy d decygram – dg = 10-1g 10-2 centy c centygram – cg = 10-2g 10-3 mili m miligram – mg = 10-3g 10-6 mikro mikrogram – mg = 10-6g 10-9 nano n nanogram – ng = 10-9g 10-12 piko p pikogram – pg = 10-12g 10-15 femto f femtogram – fg = 10-15g 10-18 atto a attogram – ag = 10-18g

22 PROCESY ŻYCIOWE SIĘGAJĄ AŻ DO POZIOMU SUBMOLEKULARNEGO
OTACZAJĄCY ŚWIAT: Mikroskopowy Makroskopowy Widzialny . PROCESY ŻYCIOWE SIĘGAJĄ AŻ DO POZIOMU SUBMOLEKULARNEGO MATERII OŻYWIONEJ

23 Świat widzialny

24 Świat makroskopowy

25 Rozszerzanie się granic poznania świata makroskopowego

26 Rozszerzanie się granic poznania świata makroskopowego
Ziemia jest mniej więcej kulista o średnim promieniu r  6,37 x 106 m i obwodzie 2R  4 x 107 m

27 Rozszerzanie się granic poznania świata makroskopowego
Ziemia jest mniej więcej kulista o średnim promieniu r  6,37 x 106 m i obwodzie 2R  4 x 107 m Księżyc krąży wokół Ziemi w średniej od niej odległości lk  3,8 x 108 m, a Ziemia po torze eliptycznym wokół Słońca w średniej odległości lz1,5 x 1011 m

28 Rozszerzanie się granic poznania świata makroskopowego
Ziemia jest mniej więcej kulista o średnim promieniu r  6,37 x 106 m i obwodzie 2R  4 x 107 m Księżyc krąży wokół Ziemi w średniej od niej odległości lk  3,8 x 108 m, a Ziemia po torze eliptycznym wokół Słońca w średniej odległości lz1,5 x 1011 m Odległość Syriusza od Słońca wynosi około 1011 m (Hoygens, XVII wiek)

29 Rozszerzanie się granic poznania świata makroskopowego
Ziemia jest mniej więcej kulista o średnim promieniu r  6,37 x 106 m i obwodzie 2R  4 x 107 m Księżyc krąży wokół Ziemi w średniej od niej odległości lk  3,8 x 108 m, a Ziemia po torze eliptycznym wokół Słońca w średniej odległości lz1,5 x 1011 m Odległość Syriusza od Słońca wynosi około 1011 m (Hoygens, XVII wiek) Jedna z najbliższych galaktyk – M 31 w Andromedzie znajduje się w odległości 1017 m

30 Rozszerzanie się granic poznania świata makroskopowego
Ziemia jest mniej więcej kulista o średnim promieniu r  6,37 x 106 m i obwodzie 2R  4 x 107 m Księżyc krąży wokół Ziemi w średniej od niej odległości lk  3,8 x 108 m, a Ziemia po torze eliptycznym wokół Słońca w średniej odległości lz1,5 x 1011 m Odległość Syriusza od Słońca wynosi około 1011 m (Hoygens, XVII wiek) Jedna z najbliższych galaktyk – M 31 w Andromedzie znajduje się w odległości 1017 m Odkrycie kwazarów (obiekty o olbrzymiej mocy promieniowania elektromagnetycznego) w odległości 1026 m

31 Świat mikroskopowy

32 Rozszerzanie się granic poznania świata mikroskopowego
Odkrycie mikroskopu optycznego i elektronowego

33 Rozszerzanie się granic poznania świata mikroskopowego
Odkrycie mikroskopu optycznego i elektronowego Ocena rozmiarów atomów i cząsteczek na ok m (Loschmidt, 1865)

34 Rozszerzanie się granic poznania świata mikroskopowego
Odkrycie mikroskopu optycznego i elektronowego Ocena rozmiarów atomów i cząsteczek na ok m (Loschmidt, 1865) Odkrycie i ustalenie rozmiarów jądra atomowego 10-14 m (Rutherford, 1911)

35 Rozszerzanie się granic poznania świata mikroskopowego
Odkrycie mikroskopu optycznego i elektronowego Ocena rozmiarów atomów i cząsteczek na ok m (Loschmidt, 1865) Odkrycie i ustalenie rozmiarów jądra atomowego 10-14 m (Rutherford, 1911) Obliczenie rozmiarów nukleonów (protonów i neutronów) ok m

36 Rozszerzanie się granic poznania świata mikroskopowego
Odkrycie mikroskopu optycznego i elektronowego Ocena rozmiarów atomów i cząsteczek na ok m (Loschmidt, 1865) Odkrycie i ustalenie rozmiarów jądra atomowego 10-14 m (Rutherford, 1911) Obliczenie rozmiarów nukleonów (protonów i neutronów) ok m Ustalenie, że rozmiary np. leptonów czy mezonów są mniejsze od m

37 ODDZIAŁYWANIA FUNDAMENTALNE
Grawitacyjne: prawo powszechnego ciążenia Newtona. Zasięg oddziaływań praktycznie nieograniczony gdzie stała grawitacji G = 6,67 x [Nm2kg-2]

38 ODDZIAŁYWANIA FUNDAMENTALNE
Grawitacyjne: prawo powszechnego ciążenia Newtona. Zasięg oddziaływań praktycznie nieograniczony gdzie stała grawitacji G = 6,67 x [Nm2kg-2] Elektromagnetyczne: prawo Coulomba. Zasięg praktycznie nieograniczony gdzie przenikalność 0 = 8,85 x [C2N-1m-2]

39 ODDZIAŁYWANIA FUNDAMENTALNE
Silne (jądrowe): zasięg bardzo krótki bo do 10-15m

40 ODDZIAŁYWANIA FUNDAMENTALNE
Silne (jądrowe): zasięg bardzo krótki bo do 10-15m Słabe: odpowiedzialne za rozpady wielu cząsteczek elementarnych i spontaniczne przemiany  jąder atomowych; zasięg <10-15m

41 Cząsteczki elementarne
Nazwa cząsteczki Masa Ładunek Spin Trwałość Foton 1 Trwały Leptony Neutrina Neutrino elektronowe 1/2 Trwałe Antyneutrino elektronowe Neutrino mionowe Antyneutrino mionowe Elektrony Elektron -1 Pozyton +1 Miony Mion (mi-minus) 206,8 2,2 x 10-6 (mi-plus)

42 Cząsteczki elementarne
Nazwa cząsteczki Masa Ładunek Spin Trwałość Mezony Piony Pion (pi zero) 264,2 0,9 x 10-16 Pion (pi plus) 273,2 +1 2,6 x 10-8 Pion (pi minus) -1 Kaony Kaon (ka plus) 966,6 1,2 x 10-8 (ka minus) (ka zero) 974 1,0 x 10-10 Antykaon 6,0 x 10-8 Etame-zony Eta zero (eton) 1074 3,0 x 10-19

43 Cząsteczki elementarne
Nazwa cząsteczki Masa Ładunek Spin Trwałość Bariony Nukleony Proton 1836,1 +1 1/2 Trwały Antyproton -1 Neutron 1838,6 1,0 x 103 Antyneutron 1838,5 932 Hiperony Lambda 2182,8 2,5 x 10-10 Antylambda Sigma plus 2327,7 0,8 x 10-10 Antysigma plus Sigma zero 2331,8 10-14 Antysigma zero Sigma minus 2340,5 1,5 x 10-10 Antysigma minus

44 Cząsteczki elementarne
Nazwa cząsteczki Masa Ładunek Spin Trwałość Bariony Hiperony Ksi zero 2565 1/2 3,0 x 10-10 Antyksi zero Ksi minus 2580 -1 1,7 x 10-10 Antyksi minus +1 Omega minus 3260 3/2 1,3 x 10-10 Antyomega minus

45 Atomy tego samego pierwiastka mają takie same liczby protonów w jądrze
Pierwiastki chemiczne Atomy tego samego pierwiastka mają takie same liczby protonów w jądrze

46 Pierwiastki chemiczne
IZOTOPY: odmiany tego samego pierwiastka różniące się masą atomową, co wynika z różnej liczby neutronów w jądrze, np. izotopy wodoru: 1H, 2H, 3H AnZX

47 Pierwiastki chemiczne
IZOTOPY: odmiany tego samego pierwiastka różniące się masą atomową, co wynika z różnej liczby neutronów w jądrze, np. izotopy wodoru: 1H, 2H, 3H AnZX IZOBARY: odmiany pierwiastka o takiej samej liczbie masowej A, ,a różniące się liczbą atomową Z AZ nX

48 Pierwiastki chemiczne
IZOTOPY: odmiany tego samego pierwiastka różniące się masą atomową, co wynika z różnej liczby neutronów w jądrze, np. izotopy wodoru: 1H, 2H, 3H AnZX IZOBARY: odmiany pierwiastka o takiej samej liczbie masowej A, ,a różniące się liczbą atomową Z AZ nX IZOMERY: odmiany pierwiastka o takiej samej liczbie masowej A i atomowej Z, a różniące się stanem energetycznym jądra AZX*

49 Cechy jądra atomowego:
Jądro atomowe Cechy jądra atomowego: Ładunek jądra stanowi iloczyn Z x e, gdzie Z – liczba atomowa określająca numer porządkowy pierwiastka w układzie Mendelejewa, a e=1,60 x 10-19C – określa ładunek elektryczny

50 Cechy jądra atomowego:
Jądro atomowe Cechy jądra atomowego: Ładunek jądra stanowi iloczyn Z x e, gdzie Z – liczba atomowa określająca numer porządkowy pierwiastka w układzie Mendelejewa, a e=1,60 x 10-19C – określa ładunek elektryczny Średnica jądra wynosi 10-15m

51 Cechy jądra atomowego:
Jądro atomowe Cechy jądra atomowego: Ładunek jądra stanowi iloczyn Z x e, gdzie Z – liczba atomowa określająca numer porządkowy pierwiastka w układzie Mendelejewa, a e=1,60 x 10-19C – określa ładunek elektryczny Średnica jądra wynosi 10-15m Masa waha się w granicach 10-25kg kg

52 Cechy jądra atomowego:
Jądro atomowe Cechy jądra atomowego: Ładunek jądra stanowi iloczyn Z x e, gdzie Z – liczba atomowa określająca numer porządkowy pierwiastka w układzie Mendelejewa, a e=1,60 x 10-19C – określa ładunek elektryczny Średnica jądra wynosi 10-15m Masa waha się w granicach 10-25kg kg Gęstość w przypadku jądra uranu osiąga 1017kg/m3. Jest to wartość porównywalna jedynie z gęstością białych karłów czyli pulsarów!

53 Energia wiązania nukleonów w jądrze określana jest równaniem:
Jądro atomowe Energia wiązania nukleonów w jądrze określana jest równaniem: E = mc2

54 Energia wiązania nukleonów w jądrze określana jest równaniem:
Jądro atomowe Energia wiązania nukleonów w jądrze określana jest równaniem: E = mc2 Defekt masy jest to nierówność sumy mas nukleonów z masą otrzymanego w wyniku ich połączenia jądra: M = ZMP + (A – Z) x Mn - Mj

55 Wiązania chemiczne Cząsteczki chemiczne
Jonowe (elektrapolarne, heteropolarne) powstają między atomami o różnej elektroujemności, np. Na+ + Cl- = NaCl

56 Wiązania kowalencyjne mają charakter przestrzenny
Cząsteczki chemiczne Wiązania chemiczne Jonowe (elektrapolarne, heteropolarne) powstają między atomami o różnej elektroujemności, np. Na+ + Cl- = NaCl Kowalencyjne (atomowe, homopolarne). Elementem łączącym jest tu orbital molekularny, np. H2, Cl2, H2O Wiązania kowalencyjne mają charakter przestrzenny

57 Zhybrydyzowane orbitale  w cząsteczce metanu
Cząsteczki chemiczne Wiązania chemiczne Wiązanie  w cząsteczce wody Zhybrydyzowane orbitale  w cząsteczce metanu

58 Hybrydyzacja sp2 w etylenie
Cząsteczki chemiczne Wiązania chemiczne Hybrydyzacja sp2 w etylenie

59 Modele wiązań chemicznych w cząsteczce benzenu
Cząsteczki chemiczne Wiązania chemiczne Modele wiązań chemicznych w cząsteczce benzenu