У підручнику представлені термодинаміка біологічних процесів, молекулярна біофізика, біофізика клітинних процесів і складних систем. Розглянуті питання стосовно структури біомакромолекул і мембран, молекулярних механізмів клітинних процесів, дії фізичних факторів на живі організми, передачі інформації, управління і регуляції в біологічних системах. Підручник рекомендований для студентів біологічних факультетів університетів. Може бути використаний студентами фізичних факультетів, медичних і сільськогосподарських університетів. Вступ 7 ЧАСТИНА І. ТЕРМОДИНАМІКА БІОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ 9 Розділ 1. Термодинаміка рівноважних станів 10 1.1. Перший закон термодинаміки 10 1.2. Ентальпія. Закон Гесса 11 1.3. Калориметрія 12 1.4. Другий закон термодинаміки 15 1.5. Термодинамічні потенціали 19 1.6. Зміна стандартної вільної енергії 20 1.7. Хімічний потенціал 23 1.8. Електрохімічний потенціал 24 Розділ 2. Термодинаміка необоротних процесів 25 2.1. Зміна ентропії у відкритих термодинамічних системах 26 2.2. Швидкість продукції ентропії та дисипативна функція 26 2.3. Основні положення лінійної нерівноважної термодинаміки 28 2.4. Співвідношення взаємності Онзагера 30 2.5. Теорема Пригожина 30 2.6. Стійкість системи в рівновазі та у стаціонарному стані 32 2.7. Нелінійна термодинаміка необоротних процесів 33 Контрольні запитання і задачі до частини І 40 ЧАСТИНА II. МОЛЕКУЛЯРНА БІОФІЗИКА 41 Розділ 3. Біологічні макромолекули в розчині 41 3.1. Конформації макромолекул 43 3.2. Внутрішньомолекулярні взаємодії в біомакромолекулах 44 3.3. Гідрофобні взаємодії та структура води 46 3.4. В'язкість розчинів біомакромолекул 50 3.5. Дифузія макромолекул 52 3.6. Квазіпружне розсіювання світла 58 3.7. Седиментація макромолекул 59 3.8. Електрофорез макромолекул 65 3.9. Взаємодія макромолекул у сольовому розчині (теорія Дебая-Хюккеля) 67 Розділ 4. Біофізика білків 70 4.1. Первинна та вторинна структури білків 71 4.2. Дисперсія оптичного обертання (ДОО) і круговий дихроїзм (КД) 78 4.3. Домени і третинна будова білків 82 4.4. Дифереіщійнасканувальнамікрокалориметрія 85 4.5. Динаміка структури білків 88 4.6. Абсорбційна та дифсренційна спектрофотометрія 91 4.7. Флуоресцентна спектроскопія білків 96 4.8. Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) 107 4.9. Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) 114 4.10. Ферментний каталіз 119 4.11. Кінетика ферментативних реакцій 124 4.12. Вплив температури на швидкість біохімічних реакцій 134 4.13.Алостеричні ферменти. Регуляція хімічних реакцій у клітині 139 Розділ 5. Біофізика нуклеїнових кислот 144 5.1. Структура мономерних компонентів нуклеїнових кислот 145 5.2. Первинна структура нуклеїнових кислот 152 5.3. Вторинна структура ДНК 154 5.4. Конформації подвійних спіралей нуклеїнових кислот 157 5.5. Структура тРН К 162 5.6. Рівні компактизації ДНК 164 5.7. Оптичні характеристики і гіперхромний ефект ДНК 166 5.8. Ренатурація та кінетика ренатурації денатурованої ДНК 169 5.9. Біологічна функція нуклеїнових кислот 172 5.10. Клопування ДНК 178 5.11. Нуклеїново-білкове впізнавання 183 Контрольні запитання і задачі до частини II 186 ЧАСТИНА III. БІОФІЗИКА КЛІТИННИХ ПРОЦЕСІВ 188 Розділ 6. Клітина - складна високовпорядкована система 188 6.1. Мікроскопічні дослідження клітин 188 6.2. Прокаріотні клітини 191 6.3. Еукаріотні клітини 195 6.4. Чинники, що контролюють синтез білків у клітині 201 Розділ 7. Клітинні мембрани 206 7.1. Молекулярна організація клітинних мембран 206 7.2. Динаміка ліпідів у мембрані 212 7.3. Мембранні білки 215 7.4. Рідинно-мозаїчна структура мембран 220 7.5. Мембранний транспорт 224 7.6. Дифузія незаряджених речовий через ліпідний бішар мембрани 226 7.7. Білки-переносники 232 7.8. Канальні білки 233 7.9. Первинний активний транспорт 234 7.10. Вторинний активний транспорт 241 7.11. Ендо- та екзоцитоз 245 Розділ 8. Фізико-хімічні механізми виникнення мембранного потенціалу 249 8.1. Вибіркова іонна проникність клітинних мембран 249 8.2. Мембранний потенціал 251 8.3. Пасивний потік іонів через клітинну мембрану 258 8.4. Моделювання іонної проникності клітинних мембран 262 Розділ 9. Електрична збудливість та іонні канали 267 9.1. Іонні механізми виникнення потенціалу дії 267 9.2. Поширення потенціалу дії. Кабельна теорія 270 9.3. Поверхневий потенціал клітин 275 9.4. Метод фіксування потенціалу 279 9.5. Математична модель Ходжкіна-Хакслі 287 9.6. Воротні струми потенціалкерованих іонних каналів 290 9.7. Властивості селективного фільтра потенціалкерованих натрієвих каналів 293 9.8. Токсини-модулятори натрієвих каналів 295 9.9. Виділення і реконструкція натрієвих каналів 298 9.10. Властивості потенціалкерованих кальцієвих каналів 302 9.11. Властивості калієвих каналів 309 9.12. Хлорні канали 318 Розділ 10. Механізми міжклітинних взаємодій 319 10.1. Щілинні з'єднання 322 10.2.Оксид азоту як сигнальна молекула, що забезпечує міжклітинний зв'язок 323 10.3. Сипаптична передача 324 10.4. Хімічні синапси 325 10.5. Кальцієвий сигнал 337 Розділ 11. Біофізика м'язів і клітинної рухливості 340 11.1. Поперечносмугасті (скелетні) м'язи. Будова і функція поперечно- смугастих м'язових волокон 340 11.2. Зв'язок між збудженням і скороченням у поперечносмугастих м'язах 344 11.3. Механіка і енергетика скорочення 352 11.4. Молекулярні механізми м'язового скорочення 363 11.5. Серцевий м'яз 380 11.6. Біомеханіка та енергетика серцевого м'яза 387 11.7. Гладенькі м'язи 393 11.8. Активація скорочення в гладеньких м'язах 397 11.9. Нем'язова форма рухливості клітин 406 Розділ 12. Трансформація енергії у спряжених біомембранах 416 12.1. Трансформація енергії у внутрішніх мембранах мітохондрій ...418 12.1.1. Мітохондрія 418 12.1.2. Електронно-транспортний ланцюг 420 12.1.3. Окисно-відновні потенціали 423 12.1.4. Механізм енергетичного спряження окиснення та фосфорилювання …..427 12.1.5. АТФ-синтаза -- протонний обертальний білковий мотор 435 12.2. Трансформація енергії у фотосинтетичних мембранах хлоропластів 438 12.2.1. Хлоропласт 439 12.2.2. Фотофізичні процеси фотосинтезу 441 12.2.3. Фотохімічні процеси в реакційних центрах 450 12.2.4. Рух електронів у тілакоїдних мембранах хлоропластів 453 12.2.5. Генерація мембранного потенціалу і різниці електрохімічних потенціалів Дцм, на тілакоїдній мембрані 459 12.2.6. Фотосинтетичне фосфорилювання 463 12.3. Енергетичні процеси в мембранах фотосинтетичних бактерій 464 12.3.1. Реакційні центри 464 12.3.2. Бактеріородопсип (БР) - світлозалежна протонна помпа 468 Контрольні запитання і задачі до частини III 471 ЧАСТИНА IV. БІОФІЗИКА СКЛАДНИХ СИСТЕМ 473 Розділ 13. Передача інформації в сенсорних системах організму 473 13.1. Основні поняття теорії інформації 474 13.2. Трансформація подразнень у рецепторах 476 13.3. Передача та переробка інформації у нервових центрах 498 13.4. Характеристики суб'єктивних сенсорних відчуттів 504 Розділ 14. Керування руховою функцією організму 509 14.1. Скелетні м'язи як системи саморегуляції . 509 14.2. Скелетні м'язи як ефектори 514 Розділ 15. Сталість внутрішнього середовища організму та його регуляція 516 15.1. Характеристики внутрішнього середовища організму 517 15.2. Регуляція кровообігу 519 15.3. Регуляція газового складу крові 525 15.4. Регуляція концентрації енергетичних речовин у крові 529 15.5. Регуляція температури крові 532 15.6. Регуляція осмотичного тиску крові 534 Контрольні запитання до частини IV 536 Відповіді до задач 537 Список літератури 538 Предметний покажчик 540