год издания — 2004, кол-во страниц — 917, ISBN — 5-211-06109-8, 5-02-033597-5, 5-211-06110-1, 5-02-033598-3, 5-211-0611, тираж — 5000, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7БЦ матов., масса книги — 1420 гр., издательство — МГУ

серия — Классический университетский учебник

цена: 1200.00 руб

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра медицинской и биологической физики Московской Академии им. И.М. Сеченова; зав. каф. проф. В. Ф. Антонов
член-корр. РАН, д-р ф.-м. наук, проф. Е. Е. Фесенко

Печатается по решению Учёного совета Московского Университета

Формат 70x100 1/16. Бумага офсетная №1. Печать офсетная

Предлагаемая книга представляет собой фундаментальный учебник по биофизике, в котором излагаются основы современной биофизической науки. В первом томе даны теоретические основы биофизики. Значительное место уделено 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.

Во втором томе (гл. 15—30) рассматриваются физико-химические механизмы важнейших процессов, протекающих в организмах. Детально освещаются вопросы структуры и функционирования биологических мембран, биоэлектрогенеза, мышечного сокращения, рецепции переноса электронов и трансформации энергии в биомембранах. Рассматриваются механизмы первичных стадий фотобиологических процессов, в том числе фотосинтеза, зрения, фотохимических реакций в биополимерах.

Для студентов, аспирантов и специалистов широкого профиля, интересующихся физико-химическими основами процессов жизнедеятельности.

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 её 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»…

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 путём 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: «Биофизика» (1981), «Общая биофизика» (1978), «Молекулярная биофизика» (1975), монографию Л. А. Блюменфельда «Проблемы биологической физики» (1977), книгу Ю. М. Романовского, Н. В. Степановой, Д. С. Чернавского «Математическое моделирование в биофизике» (1984), В. С. Маркина, Ю. А. Чизмаджева «Индуцированный ионный транспорт» (1974) и ряд других, которые успешно используются при подготовке специалистов-биофизиков. Однако для преподавания биофизики необходим учебник, где последовательно излагаются теоретические представления современной биофизики и результаты их применения в анализе важнейших биологических процессов в соответствии с современной обширной и насыщенной программой преподавании биофизики в университетах. Учебное пособие «Биофизика», написанное коллективом авторов под руководством Б. Н. Тарусова (1968), было, по существу, первой книгой в отечественной литературе, охватившей всю программу по биофизике для биологических факультетов того времени. Однако за прошедшие два десятилетия программа существенно изменилась и усложнилась.

В свете современных достижений биофизической науки изложение логически обоснованного курса биофизики следует начинать с рассмотрения теоретических основ биофизики — вопросов кинетики, термодинамики, математического моделирования биологических систем, основ молекулярной (квантовой) биофизики. Только затем можно с достаточным основанием переходить к применению теоретических концепций в анализе конкретных биологических процессов, к вопросам, посвящённым их первичным молекулярным механизмам.

Указанная последовательность изложения биофизики наиболее рациональна и логически обоснована для учебного курса. Деление биофизики, принятое Международным союзом чистой и прикладной биофизики, основано на принципе структурной организации объектов. Оно имеет иные, не учебные задачи; его цель — максимально компактное изложение новейшего текущего материала исследований и специальное выделение новых разработок, имеющих прикладное значение.

Всё сказанное предопределяет и построение современного общего курса биофизики, который подразделяется на две основные части: первую — теоретическую биофизику, включающую биофизику сложных систем (в свою очередь подразделяется на кинетику биологических процессов и термодинамику биологических процессов) и молекулярную биофизику (строение и электронные свойства полимеров); вторую— биофизику клеточных процессов, включающую биофизику мембранных процессов, биофизику фотобиологических процессов и радиационную биофизику. Вторая часть посвящена биофизике конкретных биологических процессов, протекающих на разных структурных уровнях организации живого. Поскольку элементарной ячейкой живого является клетка, эту часть и целесообразно именовать биофизикой клеточных процессов.

В настоящем учебнике широко используются не только сведения из существующих университетских курсов по химии, физике, математике, физической химии для студентов-биологов, но и даётся достаточно подробное изложение необходимого для понимания основ биофизики дополнительного материала, который не нашёл своего отражения в соответствующих курсах. Рассмотрение этих вопросов основано на биологических примерах и приводится по ходу изложения основного материала учебника.

Достаточно подробное изложение даёт возможность читателю войти в круг идей, составляющих теоретический фундамент современной биофизики. Вместе с тем автор счёл возможным не включать в настоящее издание материал по таким ещё не окончательно оформившимся разделам биофизики, как биофизика эволюционных процессов, биофизика процессов развития и бурно развивающаяся сейчас, но не сложившаяся ещё как раздел биофизики, физика тканеобразования. Также не включен раздел по радиационной биофизике, которому посвящён отдельный учебник профессора кафедры биофизики биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, Ю. Б. Кудряшова (Ю. Б. Кудряшов, Е. С. Беренфельд. Основы радиационной биофизики. М., 1982)…

Из предисловия к первому изданию
Автор

Т. 1: ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ БИОФИЗИКА

Предисловие (В. А. Садовничий)	5
Предисловие к третьему изданию	6
Из предисловия к первому изданию	7
Введение	10

Ч а с т ь п е р в а я
Биофизика сложных систем

Раздел I. Кинетика биологических процессов	15

Глава I. Качественные методы исследования динамических моделей	17

§ 1. Общие принципы описания кинетического поведения биологических
систем	17
§ 2. Качественное исследование простейших моделей биологических
процессов	21
§ 3. Качественные методы исследования систем дифференциальных
уравнений	25

Глава II. Типы динамического поведения биологических систем	39

§ 1. Биологические триггеры	39
§ 2. Колебательные процессы в биологии. Предельные циклы	43
§ 3. Иерархия времён в биологических системах	49
§ 4. Стохастические модели взаимодействия	54

Глава III. Кинетика ферментативных процессов	61

§ 1. Простейшие ферментативные реакции	61
§ 2. Множественность стационарных состояний в ферментативных
системах	66
§ 3. Колебания в ферментативных системах	71
§ 4. Вероятностное описание переноса электрона в мультиферментном
комплексе	77

Глава IV. Процессы самоорганизации в распределённых биологических
системах	83

§ 1. Общая характеристика автоволновых процессов	83
§ 2. Математические модели самоорганизующихся структур	86
§ 3. Хаотические процессы в детерминированных системах	105

Раздел II. Термодинамика биологических процессов	117

Глава V. Термодинамика систем вблизи равновесия
(линейная термодинамика)	120

§ 1. Первый и второй законы термодинамики	120
§ 2. Второй закон термодинамики в открытых системах	123
§ 3. Соотношение между значениями движущих сил и скоростей процессов	129
§ 4. Термодинамические критерии достижения и устойчивости
стационарных состояний	137

Глава VI. Термодинамика систем вдали от равновесия
(нелинейная термодинамика)	145

§ 1. Общие критерии устойчивости стационарных состояний	145
§ 2. Термодинамика нелинейных кинетических систем	151
§ 3. Энтропия, информация и биологическая упорядоченность	156

Ч а с т ь в т о р а я
Молекулярная биофизика

Раздел III. Пространственная организация биополимеров	167

Глава VII. Пространственные конфигурации полимерных молекул	169

§ 1. Статистический характер организации полимеров	169
§ 2. Объёмные взаимодействия и переходы глобула-клубок в полимерных
макромолекулах	174
§ 3. Фазовые переходы в белках	178

Глава VIII. Различные типы взаимодействий в макромолекулах	183

§ 1. Взаимодействия Ван-дер-Ваальса	183
§ 2. Водородная связь. Заряд-дипольные взаимодействия	189
§ 3. Внутреннее вращение и поворотная изомерия	191

Глава IX. Конформационная энергия и пространственная организация
биополимеров	198

§ 1. Конформационная энергия полипептидной цепи	198
§ 2. Предсказания пространственной организации белков	206
§ 3. Особенности пространственной организации нуклеиновых кислот	217
§ 4. Состояние воды и гидрофобные взаимодействия в биоструктурах	229
§ 5. Динамика фазовых переходов в макромолекулах	239
§ 6. Сворачиваемость белка	244

Раздел IV. Динамические свойства глобулярных белков	255

Глава X. Динамика белков	256

§ 1. Структурные изменения белков	256
§ 2. Конформационная подвижность белков по данным различных методов	263

Глава XI. Физические модели динамической подвижности белков	298

§ 1. Модель ограниченной диффузии (броуновский осциллятор с сильным
затуханием)	298
§ 2. Модель дискретных состояний и фазовых переходов	306
§ 3. Численное моделирование молекулярной динамики белков	308
§ 4. Молекулярная динамика белка	327
§ 5. Общая характеристика молекулярной динамики биополимеров	333
§ 6. Нелинейные модели подвижности ДНК	340
§ 7. Молекулярное моделирование мембрано-связанных участков белков
и пептидов	349

Раздел V. Электронные свойства биополимеров	365

Глава XII. Электронные переходы в биополимерах	366

§ 1. Квантово-механические представления об электронном строении
молекул	366
§ 2. Электронные спектры биополимеров	376
§ 3. Оптическая активность биополимеров	381

Глава XIII. Механизмы переноса электрона и миграции энергии
в биоструктурах	386

§ 1. Биологические примеры	386
§ 2. Переходы в двухуровневой системе	389
§ 3. Туннельный эффект	392
§ 4. Переходы в двухуровневой системе при наличии диссипативных
процессов	396
§ 5. Электронно-колебательные взаимодействия в молекулах	397
§ 6. Случай сильной и слабой электронно-колебательной связи	402
§ 7. Перенос электрона по белковой цепи	406
§ 8. Индуктивно-резонансный механизм	413
§ 9. Обменно-резонансный перенос энергии	416
§ 10. Экситонный механизм	418
§ 11. Динамика электронно-конформационных взаимодействий	421

Глава XIV. Механизмы ферментативного катализа	433

§ 1. Физико-химическое описание и биофизические модели
ферментативных процессов	433
§ 2. Электронно-конформационные взаимодействия в ферментативном
катализе	439
§ 3. Динамика фермент-субстратных взаимодействий	441
§ 4. Электронные взаимодействия в активном центре фермента	448

Рекомендуемая литература	455
Предметный указатель	457

Т. 2: БИОФИЗИКА КЛЕТОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

Предисловие	5

Ч а с т ь т р е т ь я
Биофизика мембранных процессов

Раздел VI. Структурно-функциональная организация
биологических мембран	7

Глава XV. Молекулярная организация биологических мембран	8

§ 1. Состав и строение биологических мембран	8
§ 2. Образование мембранных структур	12
§ 3. Термодинамика процессов формирования и устойчивости мембран	20
§ 4. Механические свойства мембран	25
§ 5. Влияние электрических полей на клетки	38

Глава XVI. Конформационные свойства мембран	49

§ 1. Фазовые переходы в мембранных системах	49
§ 2. Особенности межмолекулярных взаимодействий в мембранах	59
§ 3. Перекисное окисление липидов биомембран	63

Раздел VII. Транспорт веществ и биоэлектрогенез	73

Глава XVII. Транспорт неэлектролитов	74

§ 1. Диффузия	74
§ 2. Облегчённая диффузия	77

Глава XVIII. Транспорт ионов. Ионные равновесия 79

§ 1. Электрохимический потенциал	79
§ 2. Гидратация ионов	80
§ 3. Ионное равновесие на границе раздела фаз	83
§ 4. Профили потенциала и концентраций у границы раздела фаз	87
§ 5. Двойной электрический слой	91
§ 6. Доннановское равновесие	95

Глава XIX. Электродиффузионная теория транспорта ионов через
мембраны	98

§ 1. Уравнение электродиффузии Нернста-Планка	98
§ 2. Приближение постоянного поля	100

Глава XX. Индуцированный ионный транспорт	105

§ 1. Бислойные липидные мембраны	105
§ 2. Подвижные переносчики	106
§ 3. Каналообразующие агенты	108
§ 4. Влияние поверхностного и дипольного потенциалов на скорость
ионного транспорта	112

Глава XXI. Ионный транспорт в каналах	116

§ 1. Дискретное описание транспорта	116
§ 2. Блокировка и насыщение канала	119
§ 3. Функции состояния канала	121
§ 4. Ионный канал как динамическая структура	123
§ 5. Транспорт в открытом канале. Теория селективности	124
§ 6. Общие свойства ионных каналов нервных волокон	126
§ 7. Молекулярное строение каналов	134
§ 8. Флуктуации проводимости мембран	141
§ 9. Кальциевая проводимость электровозбудимых мембран	149

Глава XXII. Активный транспорт	153

§ 1. Натрий-калиевый насос	153
§ 2. Активный транспорт кальция	159
§ 3. Электрогенный транспорт ионов	160
§ 4. Транспорт протонов	164

Глава XXIII. Транспорт ионов в возбудимых мембранах	168

§ 1. Потенциал действия	168
§ 2. Ионные токи в мембране аксона	172
§ 3. Описание ионных токов в модели Ходжкина-Хаксли	177
§ 4. Токи ворот	182
§ 5. Дипольная модель канала	189
§ 6. Физико-химические модели возбуждения. Осциллятор Теорелла	192
§ 7. Математические модели возбудимых мембран	194
§ 8. Распространение импульса	199

Раздел VIII. Трансформация энергии в биомембранах	207

Глава XXIV. Перенос электронов и трансформация энергии
в биомембранах	208

§ 1. Общая характеристика преобразования энергии в биомембранах	208
§ 2. Электрон-транспортные цепи	210
§ 3. Механизмы транслокации протонов и генерации ΔμH⁺	214
§ 4. АТФазный комплекс	219
§ 5. Механизм энергетического сопряжения	221

Глава XXV. Биофизика мышечного сокращения	227

§ 1. Общая характеристика преобразования энергии в системах
биологической подвижности	227
§ 2. Основные сведения о свойствах поперечно-полосатых мышц	227
§ 3. Структура сократительного аппарата	234
§ 4. Мостиковая гипотеза генерации силы	238
§ 5. Математическое моделирование мышечного сокращения	240
§ 6. Моделирование нестационарных режимов сокращения	248
§ 7. Молекулярный мотор мышцы	255

Глава XXVI. Биофизика процессов гормональной рецепции	260

§ 1. Передача сигнала от гормонов и медиаторов внутрь клетки	260
§ 2. Общие закономерности рецепции гормонов и медиаторов	262
§ 3. Особенности внутримембранных процессов рецепции	267
§ 4. Кинетические особенности системы регуляции внутриклеточными
посредниками	274

Ч а с т ь ч е т в ё р т а я
Биофизика фотобиологических процессов

Раздел IX. Первичные процессы фотосинтеза	277

Глава XXVII. Трансформация энергии в первичных процессах фотосинтеза	279

§ 1. Общая характеристика начальных стадий фотобиологических
процессов	279
§ 2. Общая схема первичных процессов фотосинтеза	282
§ 3. Строение фотосинтетического пигментного аппарата и миграция
энергии	288
§ 4. Механизмы миграции энергии в фотосинтетической мембране	297
§ 5. Реакционные центры пурпурных фотосинтезирующих бактерий	310
§ 6. Реакционные центры фотосистемы I зелёных растений	321
§ 7. Реакционные центры фотосистемы II зелёных растений	326
§ 8. Использование направленного мутагенеза для изучения первичных
процессов	338
§ 9. Методы исследования сверхбыстрых процессов в реакционных
центрах фотосинтеза	340
§ 10. Переменная и замедленная флуоресценция	353

Глава XXVIII. Электронно-конформационные взаимодействия	361

§ 1. Начальное разделение зарядов в РЦ	362
§ 2. Механизмы окисления цитохрома в реакционных центрах	368
§ 3. Конформационная динамика и перенос электрона в реакционных
центрах	375
§ 4. Формирование контактных состояний в системе хинонных акцепторов
(PQ_AQ_B)	379
§ 5. Математические модели первичных процессов переноса электрона
в фотосинтезе	383

Раздел X. Первичные фотопроцессы в биологических системах	389

Глава XXIX. Фотопревращения бактериородопсина и родопсина	390

§ 1. Структура и функции пурпурных мембран	391
§ 2. Фотоцикл бактериородопсина	395
§ 3. Первичный акт фотопревращений бактериородопсина	402
§ 4. Модельные системы, содержащие бактериородопсин	408
§ 5. Молекулярные основы зрительной рецепции. Зрительные клетки
(палочки)	412
§ 6. Фотохимический цикл родопсина	417
§ 7. Первичный акт фотопревращения родопсина	422

Глава XXX. Фоторегуляторные и фотодеструктивные процессы	427

§ 1. Механизмы фоторегуляторных реакций фитохрома	427
§ 2. Другие фоторегуляторные реакции	432
§ 3. Общая характеристика фото деструктивных процессов	435
§ 4. Фотохимические реакции в ДНК и её компонентах	437
§ 5. Особенности действия высокоинтенсивного лазерного УФ-излучения
на ДНК	442
§ 6. Фотореактивация и фотозащита	445
§ 7. Действие длинноволнового ультрафиолетового света на ДНК	446
§ 8. Действие ультрафиолетового света на белки	449
§ 9. Действие оптического излучения на биологические мембраны	454

Рекомендуемая литература	459
Предметный указатель	461

Книги на ту же тему

Математическая биофизика, Романовский Ю. М., Степанова Н. В., Чернавский Д. С., 1984
Термодинамика и кинетика биологических процессов: Проблемы неравновесной термодинамики, кинетики переходных процессов, экстремальные принципы, переходные процессы в живых системах, Зотин А. И., ред., 1980
«Белок-машина». Биологические макромолекулярные конструкции. — 2-е изд., доп., Чернавский Д. С., Чернавская Н. М., 1999
Проблемы биологической физики, Блюменфельд Л. А., 1974
Биофизика: Учебное пособие. — 3-е изд., стер., Волькенштейн М. В., 2008
Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов, Гладышев Г. П., 1988
Статистическая физика макромолекул: Учебное руководство, Гросберг А. Ю., Хохлов А. Р., 1989
Концепция информации и биологические системы, Филдс У. С., Эббот У., ред., 1966
Теория регулирования и биологические системы, Гродинз Ф., 1966
Явления переноса в живых системах: Биомедицинские аспекты переноса количества движения и массы, Лайтфут Э., 1977
Молекулярная и клеточная биофизика, Франк Г. М., ред., 1977
Индуцированный ионный транспорт, Маркин B. C., Чизмаджев Ю. А., 1974
Молекулярные механизмы зрительной рецепции, Каламкаров Г. Р., Островский М. А., 2002
Вольтамперометрия органических и неорганических соединений, 1985
Действие постоянного магнитного поля на растения, Новицкий Ю. И., Новицкая Г. В., 2016
Молекулярная фотобиология: Процессы инактивации и восстановления, Смит К., Хэнеуолт Ф., 1972
Биоэлектрохимические явления и граница раздела фаз, Богуславский Л. И., 1978
Энергетика ассимилирующей клетки и фотосинтез, Петров В. Е., 1975
Проблемы аналитической химии. Т. 14: Химические сенсоры, Власов Ю. Г., ред., 2011
Механизмы электрической возбудимости нервной клетки, Костюк П. Г., Крышталь О. А., 1981
Введение в мембранную технологию, Мулдер М., 1999
Биомембраны: Молекулярная структура и функции, Геннис Р., 1997
Электрохимия органических соединений, Томилов А. П., Майрановский С. Г., Фиошин М. Я., Смирнов В. А., 1968
Мембраны, молекулы, клетки, Бергельсон Л. Д., 1982
Волны в активных и нелинейных средах в приложении к электронике, Скотт Э., 1977
Нервное возбуждение: Макромолекулярный подход, Тасаки И., 1971
Биологические ультраструктуры, Финеан Д., 1970
Саморегулируемые волны химических реакций и биологических популяций, Жижин Г. В., 2004
Химическая и биологическая кинетика: избранные труды: в 2 томах (комплект из 2 книг), Эмануэль Н. М., 2006
Физико-химические свойства нуклеиновых кислот: Электрические, оптические и магнитные свойства нуклеиновых кислот и их компонентов, Дюшен Ж., ред., 1976
Радиобиологические эффекты корпускулярных излучений: радиационная безопасность космических полётов, Федоренко Б. С., 2006
Введение в теорию самоорганизации открытых систем, Трубецков Д. И., Мчедлова Е. С., Красичков Л. В., 2005
Курс дозиметрии: Учебник для вузов, Иванов В. И., 1988
Биофизические и клинические аспекты гелиобиологии: Сборник научных трудов, Гневышев М. Н., Оль А. И., ред., 1989
Актуальная радиобиология: курс лекций, Ильин Л. А., Рождественский Л. М., Котеров А. Н., Борисов Н. М., 2015
Стохастическая радиобиология, Хуг О., Келлерер А., 1969
Дозиметрия ионизирующих излучений, Иванов В. И., 1964
Химия белка. Часть 2, Ашмарин И. П., Садикова Н. В., Тукачинский С. Е., Мюльберг А. А., 1971
Молекулярная биология: Избранные разделы. — 2-е изд., испр. и доп., Ашмарин И. П., 1977
Химия белка: Сборник статей, Ботвинник М. М., ред., 1969
Макромолекулярная химия желатина, Вейс А., 1971
Исследование биологических макромолекул электрофокусированием, иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами, Остерман Л. А., 1983
Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: Электрофорез и ультрацентрифугирование (практическое пособие), Остерман Л. А., 1981
Растительная клеточная стенка как динамичная система, Горшкова Т. А., 2007
Внутриклеточная Са²⁺-зависимая протеолитическая система животных, Бондарева Л. А., Немова Н. Н., Кяйвяряйнен Е. И., 2006
Сигнальные системы клеток растений, Тарчевский И. А., 2002
Липиды в физиолого-биохимических адаптациях эктотермных организмов к абиотическим и биотическим факторам среды, Смирнов Л. П., Богдан В. В., 2007
Ферменты — двигатели жизни, Розенгарт В. И., 1983
Ферментативные процессы в биотехнологии, Безбородов А. М., Загустина Н. А., Попов В. О., 2008
Разделение клеточных частиц и макромолекул, Альбертсон П., 1974
Макромолекулярные реакции в расплавах и смесях полимеров: теория и эксперимент, Платэ Н. А., Литманович А. Д., Кудрявцев Я. В., 2008
Макромолекулярные реакции, Платэ Н. А., Литманович А. Д., Ноа О. В., 1977
Структура макромолекул в растворах, Цветков В. Н., Эскин В. Е., Френкель С. Я., 1964
Фотохимия органических радикалов, Мельников М. Я., Смирнов В. А., 1994
Биология в новом свете, Глазер Р., 1978

elapsed time 0.019 sec

/Наука и Техника/Биология

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему