АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Методика самостоятельного решения задач

Задачи представляют собой определение количественных показателей параметров физиологических процессов. Решение задач является важным компонентом учебного процесса, который позволяет вырабатывать навыки использования теоретических знаний в практических целях и закреплять их.

Задачи выдаются студентам на бумажном носителе в соответствии со сроками выполнения различных видов самостоятельной работы. Пример решения конкретной задачи дан в прил.. Ниже приведены условия типичных задач из некоторых разделов курса на основе учебного материала

[ 9, 21 ].

Задача 1. Тонкий слой некоторого раствора введен в длинную трубку с водой. Через час концентрация растворенного вещества равна 0,1 М в плоскости, куда вводили раствор, и 0,037 М на некотором удалении от неё.

Каков коэффициент диффузии введенного вещества?

Сколько потребуется временидля того, чтобы на расстоянии 90 ммот плоскости введения образца концентрация вещества стала равной 37% от исходной концентрации?

Задача 2. К замыкающим клеткам устьица (толщина клеточной стенкисоставляет 2 мкм), прилегает неподвижный слой воздуха толщиной 1 мм.

Если для СО₂ коэффициентдиффузии D в 10⁶раз больше в воздухе, чем в клеточной стенке, то каково относительное время, необходимое для пересечения этих двух барьеров?

Если для СО₂требуется столько же времени для пересечения плазмалеммы толщиной в 8 нм, сколько и для пересечения клеточной стенки, каковы относительные величины коэффициентов диффузии?

Задача 3. Приняв, что коэффициент распределения для СО₂в 100 раз больше в клеточной стенке, чем в плазмалемме, определите, в какой перегородке коэффициент проницаемости больше и во сколько раз.

Задача 4. Рассмотрим растворенное вещество, обладающее коэффициентом проницаемости 10^–6м/с для плазмалеммы цилиндрическойклетки Chara, диаметр которой 1 мм, длина 10 см. Примем, что его концентрация внутри клетки остается в основном неизменной.

Сколькопотребуется временидля того, чтобы 90% этого вещества продиффундировало из клетки в большой объем наружного раствора, в котором первоначально он отсутствует?

Сколько времени уйдет на это, если диффузия будет происходить только с двух концов клетки?

Задача 5. Предположим, что капиллярное поднятие воды в капилляре диаметром 2 мм со смачиваемыми стенками составляет 15 мм.

Какова будет высота поднятия, если угол, образуемый жидкостью со стенкой капилляра, равен 60°?

Какова будет высота поднятия по вертикали, если исходный капилляр наклонить под углом 45°к горизонту?

Какова будет высота подъема, если к раствору, находящемуся в исходном капилляре, добавить такое количество сахарозы, чтобы плотность составила 1,2 г/см³?

Как высоко поднимется вода в капилляре, аналогичном исходному, радиус которого составит 7,5 мкм?

Задача 6. Хлоропласты были выделены из растительной клетки, цитоплазма которой имеет осмотическое давление 0,4 МПа при 20 °С. Когда хлоропласты помещают в растворы не проникающих в них веществ, их объемы равны 36 мкм³при осмотическом давлении наружного раствора 0,5 МПа и 20 мкм³при давлении 1 МПа. Коэффициент активности равен единице.

Каков объем хлоропластов в растительной клетке?

Какая часть объема хлоропластаin vivo занята водой?

Каково содержание осмотически активных частиц в хлоропласте?

Задача 7. Рассмотрим клетку, обладающую при 25 °С мембранным потенциалом –118 мВ (отрицательный заряд несет содержимое клетки). В наружном растворе находятся 1 мМ KCl, 0,1 мМ NaCl, и 0,1 мМ MgCl2, а внутри клетки – 100 мМ K⁺, 1 мМ Сa²⁺и 10 мМ Mg²⁺. Коэффициент активности принять за единицу.

Находятся ли K⁺ и Mg²⁺в равновесии по обе стороныотмембраны?

Какова концентрация Na⁺и Сa²⁺в обеих фазах, когда они находятся в равновесии?

Какова концентрация ионов Cl^-внутри клетки, если известно, что его потенциал на 177 мВ отличается от равновесного и направлен так, что приложенная к нему пассивная движущая сила направлена снаружи вовнутрь?

Задача 8. Освещенная клетка губчатого мезофилла сферической формы диаметром 40 мкм содержит 50 сферических хлоропластов диаметром 4 мкм.

Предположим, что общий отток из хлоропластов некоего одновалентного катиона, продуцируемого в процессе фотосинтеза, составляет 10 нМ/(м²с).Каков его пассивный отток из клетки, если этот продукт не претерпевает изменений ни в одном из отсеков клетки?

Какова разность химических потенциалов упомянутого выше вещества по обе стороны от клеточной мембраны, если его пассивный приток в клетку составляет 1 нМ/(м²с) при 25°С?

Предположим теперь, что когда клетку помещают в темноту, приток и отток становятся равными 0,1 нМ/(м²с). Что можно сказать о энергетике этих двух потоков, если потенциал плазмалеммы составляет –118 мВ (отрицательно заряжено внутреннее содержимое клетки) и концентрации вещества одинаковы по обе стороны от мембраны?

Задача 9. Рассмотрим электромагнитное излучение, обладающее указанными длинами волн в вакууме.

Если λ равно 400нм, сколько энергии переносят 10²⁰фотонов?

Какова будет конечная температура, если 1 М фотонов с длиной волны 1800 нм будет поглощен однимлитромводы при 0 °С?

Задача 10. Некоторый оптический фильтр, который пропускает все длины волн меньше 600 нм и поглощает все длины волн свыше 600 нм, помещен поверх радиометрического устройства.

Каков максимальныйпоток в мМ/(м²с), если измерительное устройство показывает 1 В/м²?

Задача 11. Некоторое возбужденное синглетное состояние может дезактивироваться тремя путями: 1) флуоресценция (время жизни 10^–8с); 2) безызлучательный переход в возбужденное триплетноесостояние (5×10^–9с); 3) безызлучательный переход в основное состояние (10^–8с).

Каково время жизни возбужденного синглетного состояния?

Каков максимальный квантовый выход процессов дезактивации, протекающих с испусканием электромагнитного излучения?

Задача 12. Предположим, что указанная молекула погружена в мембрану, в результате чего возникает новый путь снятия возбуждения за счет межмолекулярного переноса энергии возбужденного синглетного состояния (константа переноса 10¹²с^–1).

Каково будет новое время жизни возбужденного синглетного состояния?

Задача 13. Рассмотрим сферическую клетку губчатого мезофилла диаметром 40 мкм, содержащую 50 сферических хлоропластов диаметром 4 мкм. Примем, что такие клетки содержат 1 мг хлорофилла на 1 кг, что клетка по массе на 90% состоит из воды и что плотность клетки составляет 1,00 г/см³.

Какую долю объема клетки занимают хлоропласты?

Если скорость фиксации СО₂составляет 100 мкмоль на 1 мг хлорофилла в 1 ч, то сколько времени потребуется для того, чтобы сухая масса клетки удвоилась? Предполагается, что в клетку поступают только СО₂ и Н₂О.

Если отношение Хл а /Хл b равняется трем, то какова средняя молекулярная масса хлорофилла?

Предположим, что хлорофилл равномерно распределен в клетке. Каково максимальное поглощение одной клетки в красной и синей областях спектра?

Задача 14. Предположим, что некоторый пигмент содержит 8 сопряженных двойных связей и имеет одну полосу поглощения сλ _max580 нм, которая соответствует переходу на четвертый колебательный подуровень возбужденного состояния. Сходный пигмент содержит 10 сопряженных двойных связей, в результате чего низший колебательный подуровень возбужденного состояния сдвинут вниз по энергии на 20 кДж/моль по сравнению с аналогичным в молекуле первого пигмента. Примем, что расстояние между колебательными подуровнями остается равным 10 кДж/моль и что наиболее вероятный переход, предсказываемый принципом Франка-Кондона для этой второй молекулы, также происходит на четвертом колебательном подуровне.

Какова λ_maxфлуоресценции для каждой из двух молекул?

Могут ли обе эти молекулы или какая-то одна из них легко передавать свое возбуждение на Хл а in vivo?

Может ли поглощение Хл а синего света привести к возбуждению какого-либо из этих пигментов и почему?

Задача 15. Предположим, что в темноте концентрации АДФ и фосфата в хлоропластах составляют 2 мМ и 5 мМ соответственно. Примем, что температура равняется 25°С, а рН близок к 7.

Какова концентрация АТФ при равновесии?

При освещении хлоропластов концентрация АДФ уменьшается до 1 мМ. Какова новая концентрация АТФ, а так же каким должно быть изменение свободной энергии Гиббса для поддержания фотофосфорилирования?

Если окислительно-восстановительный потенциал ферридоксина –0,580 В, а активность НАДФН составляет 3 % активности НАДФ⁺, то какова будет разность окислительно-восстановительного потенциала между обеими парами?

Задача 16. Рассмотрим два последовательно расположенных в электрон-транспортной цепи митохондриальных цитохрома Cyt b и Cyt c. Окислительно-восстановительные потенциалы этих цитохромов в стандартных условиях составляют соответственно Е^*_{Cyt b} = 0,040 В, Е^*_{Cyt c} = 0,220 В.

Предположим, что температура равна 25 °С, химическая активность восстановленной формы Cyt b (Fe²⁺) составляет 20% от активности окисленной формы, коэффициенты активности всех форм равны 1. На образование одной молекулы АТФ в митохондриях тратится 40 кДж.

А. Определите окислительно-восстановительный потенциал Cyt b.

Б. Если концентрация восстановленной формы Cyt c (Fe²⁺) составляет 1 мМ, какова должна быть концентрация окисленной формы Cyt c (Fe³⁺), чтобы шел обратный перенос электрона от Cyt c к Cyt b?

В. Каким должен быть окислительно-восстановительный потенциал Cyt c, чтобыпри переносе одного электрона от Cyt b к Cyt c освобождающейся энергии было достаточно для образования одной молекулы ATФ?

Задача 17. На протяжении миллиардов лет в атмосфере Земли сформировалось равновесие кислорода (20%) и углекислого газа (0,033%). Ежегодно регистрируется увеличение концентрации углекислого газа на 1,5% от исходного значения.

На какой процент должна снизиться за год концентрация кислорода?

Через сколько лет уменьшение концентрации кислорода в атмосфере составит 1,5% от исходной?

В заключение студент сдает на проверку решение задачи (задач), оформленное в рабочей тетради для самостоятельной работы в соответствии с требованиями [ 13 ].

Дата добавления: 2015-10-20 | Просмотры: 792 | Нарушение авторских прав