. Биофизика: В 2-х кн.: Учеб. для биол. спец. вузов. Кн. 1. Теоретическая биофизика. — М.: Высш. шк.,
1987.— 319 с.: ил.
Книга — фундаментальный учебник по биофизике, в котором излагаются основы современной биофизической науки. Книга первая содержит главы 1 —XIV, книга вторая — главы XV—XXX. В первой книге учебника даны теоретические основы современной биофизики. Значительное место уделено современным проблемам математического моделирования биологических процессов на разных уровнях организации живого. Рассмотрены физические особенности, динамические и электронные свойства структурной единицы живого—макромолекулы, а также физико-химические механизмы трансформации энергии в биоструктурах.
Предисловие
Настоящий учебник написан в соответствии с программой курса «Биофизика» для студентов всех специальностей биологических и биолого-почвенных факультетов университетов. В основу учебника положен материал лекций по общему курсу «Биофизика», которые автор читает на биологическом факультете МГУ с 1976 г.
Быстрое развитие биофизики сопровождается проникновением ее в различные области биологии и тесным взаимодействием со смежными дисциплинами — физикой, химией, математикой, физической химией. Именно этим определяется вклад биофизики в решение современных биологических проблем.
Предмет биофизики достаточно сложен и многогранен, и его изложение требует привлечения не только материалов из разных разделов биологии, но и широкого использования современных методов и представлений физики, математики, физической химии. В этом состоит одна из главных трудностей преподавания биофизики. От современного специалиста-биофизика требуется одновременное владение фундаментальными понятиями и логическими концептуальными схемами, характерными для биологии и физики, т. е. умение мыслить «биологически» и «физически».
Пути решения этой задачи необходимо рассматривать в свете современного состояния проблемы фундаментальности и специализации высшего образования. Быстрый темп развития науки и производства, интеграция и возникновение новых (пограничных) отраслей науки приводят к тому, что запаса конкретных знаний, полученных в вузе, хватает сейчас специалисту на весьма ограниченное время. Поэтому успешная работа после окончания вуза зависит от того, насколько выпускник может постоянно обновлять запас первоначальных знаний и повышать тем самым свой профессиональный уровень. Основной целью высшего образования является сейчас развитие творческого мышления, умения самостоятельно применять и целенаправленно пополнять свои знания, быстро ориентироваться в решении новых проблем. В свою очередь, это зависит от степени усвоения основ науки и принципов их применения в научных исследованиях и производстве.
В настоящее время преподавание биофизики в университетах осуществляется на основе биологического или физического образования. Однако в любом случае целью общего курса должно быть последовательное изложение основ биофизики как самостоятельной науки, имеющей свой предмет и методы исследования, собственную теоретическую концептуальную базу и области приложения. Задача общего курса состоит также в выявлении единства в многообразии биологических явлений путем раскрытия общих молекулярных механизмов взаимодействий, которые лежат в основе биологических процессов.
В предыдущие годы появился ряд обширных монографий, отражающих состояние разных разделов современной биофизической науки. Достаточно указать на серию книг М. В. Волькенштейна по проблемам биофизики: «Биофи-
Оглавление
Предисловие............................ 3
Введение.............................. 6
Часть первая Биофизика сложных систем
Раздел I. Кинетика биологических процессов................ 11
Глава I. Качественные методы исследования динамических моделей биологических процессов 13
§1. Общие принципы описания кинетического поведения биологических систем . . 13
§2. Качественное исследование простейших моделей биологических процессов . . 17
§ 3. Качественные методы исследования систем дифференциальных уравнений . . 21
Глава II. Типы динамического поведения биологических систем........... 32
§ 1. Биологические триггеры.................... 32
§ 2. Колебательные процессы в биологии. Предельные циклы........ 36
§ 3. Иерархия времен в биологических системах............. 40
§4. Процессы самоорганизации в распределенных биологических системах ... 45
Глава III. Кинетика ферментативных процессов................ 55
§1. Простейшие ферментативные реакции............... 55
§ 2. Множественность стационарных состояний в ферментативных системах ... 60
§ 3. Колебания в ферментативных системах............... 64
Глава IV. Вероятностные модели в биофизике................. 69
§ 1. Стохастические модели взаимодействия.............. 69
§ 2. Вероятностное описание переноса электрона в мультиферментном комплексе . 74
Раздел II. Термодинамика биологических процессов.............. 79
Глава V. Термодинамика систем вблизи равновесия (линейная термодинамика)..... 82
§1. Первый и второй законы термодинамики.............. 82
§2. Второй закон термодинамики в открытых системах.......... 85
§3. Соотношения между значениями движущих сил и скоростей процессов .... 90 § 4. Термодинамические критерии достижения и устойчивости стационарных состояний ..................•.......... 93
Глава VI. Термодинамика систем вдали от равновесия (нелинейная термодинамика) . . . 100
§ 1. Общие критерии устойчивости стационарных состояний........ 100
§2. Термодинамика нелинейных кинетических систем........... 105
§3. Энтропия, информация и биологическая упорядоченность........ 109
Часть вторая Молекулярная биофизика
Раздел III. Пространственная организация биополимеров........... 117
Глава VII. Пространственные конфигурации полимерных молекул......... 119
§ 1. Статистический характер организации полимеров........... 119
§ 2. Объемные взаимодействия и переходы глобула — клубок в полимерных макромолекулах „........................ 123
319
§ 3. Фазовые переходы в белках.................. 127
Глава VIII. Различные типы взаимодействий в макромолекулах.......... 130
§ 1. Взаимодействия Ван-дер-Ваальса................ 130
§2. Водородная связь. Заряд-дипольные взаимодействия......... 135
§3. Внутреннее вращение и поворотная изомерия............ 137
Глава IX. Конформационная энергия и пространственная организация биополимеров . . . 144
§ 1. Конформационная энергия полипептидной цепи........... 144
§2. Пространственная организация белков.............. 151
§ 3. Особенности пространственной организации нуклеиновых кислот..... 161
§4. Состояние воды и гидрофобные взаимодействия в биоструктурах..... 169
§5. Динамика фазовых переходов в макромолекулах........... 178
Раздел IV. Динамические свойства глобулярных белков............ 185
Глава X. Динамика белков....................... 186
§ 1. Структурные изменения белков................. 186
§2. Конформационная подвижность белков по данным различных методов . . . 192
Глава XI. Физические модели динамической подвижности белков.......... 221
§ 1. Модель ограниченной диффузии (броуновский осциллятор с сильным затуханием) ........................... 221
§2. Модель дискретных состояний и фазовых переходов.......... 228
§3. Численное моделирование молекулярной динамики белков....... 229
Раздел V. Электронные свойства биополимеров............... 235
Глава XII. Электронные переходы в биополимерах............... 236
§ 1. Квантово-механические представления об электронном строении молекул . . 236
§2. Электронные спектры биополимеров............... 245
§3. Оптическая активность биополимеров.............. 250
Глава XIII. Механизмы переноса электрона и миграции энергии в биоструктурах .... 254
§ 1. Биологические примеры................... 254
§ 2. Переходы в двухуровневой системе............... 257
§ 3. Туннельный эффект.................... 259
§4. Переходы в двухуровневой системе при наличии диссипативных процессов . . 262
§5. Электронно-колебательные взаимодействия в молекулах....... 264
§ 6. Случай сильной и слабой электронно-колебательной связи....... 269
§ 7. Перенос электрона по белковой цепи.............. 271
§8. Динамика электронно-конформационных взаимодействий...... 275
§9. Индуктивно-резонансный механизм............... 282
§10.Обменно-резонансный перенос энергии............. 286
§ 11.Экситонный механизм................... 288
Глава XIV. Механизмы ферментативного катализа............... 291
§1. Физико-химическое описание и биофизические модели ферментативных процессов .......................... 291
§ 2. Электронно-конформационные взаимодействия в ферментативном катализе . 297
§3. Динамика фермент-субстратных взаимодействий........... 299
§4. Электронные взаимодействия в активном центре фермента...... 306
Рекомендуемая литература...................... 313
Предметный указатель......................... 314
Цена: 150руб.
