Биофизика квантовая

Теория строения электронной оболочки молекулы и явлений, им определяемых, — квантовая механика, квантовая химия. Вся химия — явление химической связи, превращение связей в реакциях— подчиняется квантовомеханическим закономерностям. В биофизике квантовая механика играет ту же роль, что в химии и физике молекул — она является основой понимания структуры молекул, природы их взаимодействий, их электронных (например, спектральных) свойств. Однако во многих случаях проблемы, связанные с электронными свойствами молекул, могут решаться и с помощью полуэмпирической классической теории, в частности применяющей так называемую валентно-оптическую схему (см. [45, 46]). [c.48]

В настоящий сборник вошли задачи, решавшиеся на семинарах по квантовой химии на физическом факультете МГУ. Материал соответствует программе курса квантовой химии для студентов-биофизиков. [c.3]

Наконец, квантовая механика служит теоретической основой оптических и спектроскопических исследований, имеющих важнейшее значение в молекулярной биофизике (см. гл. 5). [c.115]

Другой существенной причиной уменьшения квантового выхода является тушение люминесценции. Оно может вызываться посторонними веществами, в частности кислородом. Для биофизики особый интерес представляют процессы, которые проявляются, в частности, в концентрационном тушении и в концентрационной деполяризации люминесценции. [c.322]

Из изложенного следует необходимость специального развития квантовой химии координационных соединений применительно к проблемам биофизики. В частности, теория поля лигандов (см. [145]) должна быть применена к системам с искаженной симметрией. [c.416]

Рассмотрение ЭКВ только начато в этой книге. Дальнейшее развитие таких представлений, теоретическое и экспериментальное исследование ЭКВ — одна из наиболее актуальных задач молекулярной биофизики. Здесь особенно перспективным представляется изучение ферментов, содержащих в качестве кофакторов атомы переходных металлов. О металлоферментах коротко рассказано в 6.8. Электронные оболочки переходных металлов являются мягкими в том смысле, что для их перестройки требуются сравнительно малые энергии — речь идет о -электронах. Соответственно координационные связи, образуемые атомом переходного металла, зависят от окружающей среды. Известно явление так называемо й дисторсионной изомерии— существования комплексов переходных металлов в изомерных формах, разнящихся длинами связей и углами между связями. Конформационная перестройка белковой структуры, образующей координационную систему переходного металла, может сильно воздействовать на строение такой системы. Тем самым, в этих случаях непосредственно реализуются электронно-конформационные взаимодействия. Их Изучение требует развития соответствующих разделов квантовой химии. Научная идеология этой области та же, что в современной неорганической химии, и поэтому законно считать исследования металлоферментов, а также любых комплексов биополимеров с металлами, относящимися к бионеорганической химии. [c.609]

Основные научные работы относятся к квантовой химии органических молекул, биохимии и биофизике. Выяснил электронную структуру молекул ряда важных биологических соединений. Изучал зависимость между свойствами таких соединений и их электронной структурой. [c.414]

Дело в том, что традиционный и безраздельный объект химиков — органическая молекула — стал предметом настойчивого внимания целого р яда новых наук, возникших но существу во второй половине XX столетия на границе между классическими областями знания. Молекулярная биология, биофизика, генетика, биохимия, молекулярная спектроскопия поставили в центр своих исследований органическую молекулу. Подходят к этому микроэлектроника, кибернетика, бионика, квантовая радиофизика, физика полупроводников и многие другие науки. Проблема самой жизни стала решаться на молекулярном уровне и уровне молекулярных агрегатов. [c.5]

Стабильные радикалы привлекают к себе внимание различных специалистов в связи с возможностью их использования в качестве вспомогательных веществ для решения некоторых прикладных задач в экспериментальной биофизике, химии высокомолекулярных соединений, аналитической химии, судебной химии (спиновые метки и зонды, ингибиторы и стабилизаторы) и в приборостроении (квантовые генераторы, источники тока, магнитометры, дозиметры). [c.5]

Например, молекулярная генетика представляет собой квантовую теорию наследственности. Неудивительно, что одним из основоположников молекулярной генетики стал Э. Шредингер, открывший квантовую механику. Основываясь на радиобиологических данных советского биофизика Н. В. Тимофеева-Ресовского ( 900—1981) и исходя из квантовых представлений, в 1943 г. Шредингер смог рассчитать размеры гена, В конечном счете это привело к синтезу гена и генной инженерии. Интересно, что схема диалектического познания здесь та же, что и в химии сведения о наследовании признаков -> законы наследственности Менделя — Моргана квантово-генетическая теория строения хромосом вывод законов Менделя — Моргана-> синтез гена-> создание новых организмов с заданными наследственными признаками. Здесь особенно наглядно выступает глубокая связь химии и современной биологии. [c.156]

Особенностью учебника является то, что новые дополнительные сведения по физике и математике приводятся по ходу изложения основного материала книги, а не в виде дополнительных приложений. Например, некоторые сведения из квантово-механической теории переноса электрона впервые приводятся в главе XHI в связи с рассмотрением биологических окислительно-восстановительных процессов. Материал 1-й части учебника Теоретическая биофизика активно используется во 2-й части. [c.3]

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, посвяш ен-ным их первичным молекулярным механизмам. [c.6]

Для колебательных уровней обычно кол квТ, так что возбужденные коле-бательные уровни заметно заселяются главным образом при повышенных температурах. Энергия, необходимая для изменения электронного уровня молекулы, -Е эл к Т, поэтому при комнатной температуре все молекулы находятся на нижнем уровне электронной энергии. Переходы между энергетическими, в первую очередь электронными, уровнями определяют основные спектральные свойства молекул. Физические представления о строении электронных оболочек сложных молекул, широко используемые в современной биофизике, основаны на квантово-механиче-ской теории. Согласно квантовой механике, положение электрона в пространстве описывается волновой функцией Ф(ж,г/, г), зависяш ей от пространственных координат х,у,г. Квадрат абсолютной величины волновой функции ФДж,г/,2) для данного состояния г в точке х,у,г) дает вероятность нахождения электрона в элементе объема (1х(1у(1г [c.353]

Специфика живого впервые проявляется на молекулярном уровне строения органического мира. В свое время основатель квантовой механики Э. Шредингер в своей знаменитой книге Что такое жизнь с точки зрения физики впервые сформулировал и дал ответ на ряд вопросов биофизики. Было подчеркнуто, что с точки зрения физики живой организм относится к открытым термодинамическим системам с непрерывным обменом веществом и энергией с окружающей средой. Поразительную устойчивость живого организма в условиях принципиальной неравновесности протекающих в нем процессов Шредингер объяснил непрерывным оттоком энтропии из организма в окружающую среду. Второй вопрос, важный с точки зрения физики, - почему любой живой организм состоит из огромного количества атомов Ответом является указание на то, что система, состоящая из небольшого количества атомов, не может быть упорядоченной. Любая флуктуация в результате теплового движения частиц должна была бы разрушать систему, что не совместимо с жизнью. [c.5]

Квантовая биофизика изучает электронную структуру биологически важных молекул, электронные переходы в этих молекулах и пути превращения энергии возбужденного состояния молекул в энергию их продуктов. [c.30]

Квантовая биофизика рассматривает следующие конкретные вопросы [c.30]

Негативный результат, полученный Вигнером, привел некоторых биофизиков к неконструктивному пред- положению, что жизнь существует вечно в форме особой, пронизывающей космос Панспермии. Другие полагают, что Вигнер просто ошибался, так как не учитывал способности биополимеров (нуклеиновых кислот) играть роль биосинтетических матриц . Подчеркивается, что живой организм — открытая неравновесная система, в которой может накапливаться информация за счет оттока энтропии за пределы организма. Последнее возможно в связи с существованием так называемой параметрической неустойчивости квантово-механических систем . [c.86]

В 1945 г. Шредингер написал книгу Что такое жизнь с точки зрения физики , оказавшую существенное влияние на развитие биофизики и молекулярной биологии. В этой книге внимательно рассмотрено несколько важнейших проблем. Первая из них — термодинамические основы жизни. На первый взгляд имеется решительное противоречие между эволюцией изолированной физической системы к состоянию с максимальной энтропией, т. е. неупорядоченностью (второе начало термодинамики), и биологической эволюцией, идущей от простого к сложному. Шредингер говорил, что организм питается отрицательной энтропие1и>. Это означает, что организмы и биосфера в целом не изолированные, но открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом, и энергие . Неравновесное состояние открытой системы поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. Вторая проблема — общие структурные особенности органиа-мов. По словам Шредингера, организм есть апериодический кристалл, т. е. высокоупорядоченная система, подобная твердому телу, но лишенная периодичности в расположении клеток, молекул, атомов Это утверждение справедливо для строения организмов, клеток и биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты). Как мы увидим, понятие об апериодическом кристалле важно для рассмотрения явлений жизни на основе теории информации. Третья проблема — соответствие биологических явлений законам квантовой механики. Обсуждая результаты радиобиологических исследований, проведенных Тимофеевым-Ресовским, Циммером и Дельбрюком, Шредингер отмечает, квантовую природу радиационного мутагенеза. В то же время применения квантовой механики в биологии не тривиальны, так как организмы принципиально макроскопичны. Шредингер задает вопрос Почему атомы малы Очевидно, что этот вопрос лишен смысла, если не указано, по сравнению с чем малы атомы. Они малы по сравнению с нашими мерами длины — метром, сантиметром. Но эти меры определяются размерами человеческого тела. Следовательно, говорит Шредингер, вопрос следует переформулировать почему атомы много меньше организмов, иными словами, почему организмы построены из большого числа атомов Действительно, число атомов в наименьшей бактериальной клетке [c.12]

Биофизика есть физика живых организмов. Термодинамический и теоретико-информационный анализ явлений жизни снял кажущиеся противоречия между физикой и биологией. Нельзя не согласиться с Эйгеном, когда он утверждает, что современная физика в принципе достаточна для объяснения явлений жизни, для обоснования биологии [13]. Такое обоснование требует введения новых понятий (например, понятия селективной ценности информации), но не построения принципиально новой физики. Новая физика, скажем, квантовая механика или теория относительности, возникала в результате установления границ применимости ранее принятых представлений. В биологии мы пока не встречаемся с такими границами для физики. [c.46]

Пюльман (PullmanJ Бернар (р. 1919), французский химик, аедущий ученый области квантовой химии иностранный член АН СССР (1982). Окончил Парнм-сиин университет (1946), с 1963 г.— директор Институте физико-химической биологии в Париже. Основные работы посвящены квантовой химии органических молекул, биохимии и биофизике. Выяснил электронную структуру молекул рнда биологически важных соединении, в том числе ДНК. [c.333]

Статистическая физика (статистическая механика) и статистичес кая термодинамика принадлежат к важнейшим областям современно физики. Существует огромное количество учебников, оригинальны монографий и популярных изложений истории и сущности этого зг мечательного создания человеческого разума. С точки зрения автор наилучшее описание статистической физики и статистической терме динамики с глубоким анализом их смысла и ограничений можно найт в оригинальных классических работах [12-15]. Здесь поэтому будут дг ны лишь основы, необходимые для понимания подходов к некоторы проблемам биофизики, содержащиеся в следующих главах. Впол достаточно ограничиться классической статистической физикой, и( пользуя понятия квантовой механики только для введения квантовь пределов точности измерений. [c.27]

Несмотря на то, что исследования в области электрохемилюминесценции делают еще только первые шаги, уже сейчас имеется ряд областей, где используется или может быть использовано явление электрохемилюминесценции. К ним относятся нрименение электрохемилюминесценции как метода анализа в биофизике и спектроскопии [35], создание электрохимических моделей нейтронов в бионике [36], измерение локальной и средней скоростей переноса массы и тепла в гидродинамике [37], электрохимические устройства для индикации в электронной технике [38. Электрофлорные композиции могут быть использованы в устройствах для преобразования не- электрических воздействий в электрический сигнал и для исследования распределения потенциала но поверхности электрода [39]. Показана возможность их применения для накачки оптических квантовых генераторов на растворах органических красителей [28, 40]. [c.307]

Осн. работы относятся к квантовой химии орг. молекул, биохимии и биофизике. Выяснил электронную структуру молекул ряда важных биол. соед. Изучал зависимость мелсду св-вами таких соед. и их электронной структурой. Иностранный чл. АН СССР (с 1982), [c.365]

При современной тенденции исследовать природные процессы с помощью математического моделирования оказалось, что физический перенос вещества в пределах исследуемой реальной системы представляет лимитирующее звено в работе сообщества и далее вплоть до биосферы. Для обозначения этого подхода было предложено название геобиофизика , и слово это постепенно привилось, чтобы отличать от биофизики с интересом к квантовому выходу фотореакции или проводимости нервного импульса. [c.57]

По-вндимому, этот период (конец 20-х гг.) следует считать датой рождения радиационной биофизики, так как впервые для объяснения радиобиологических феноменов и создания общей теории биологического действия ионизирующих излучений в качестве отправных концепций потребовалось использовать теоретические положения квантовой механики и ядерной физики. Одним из первых это сделал Ф. Дессауэр в своей теории точечного нагрева . Ионизирующие излучения обладают малой объемной плот- [c.9]

Митчелл придавал особое значение протонам и динамике кооперативных водородных связей в биологических системах, используя понятие протонно-движущей силы по аналогии с электродвижущей силой (ЭДС). В середине 50-х годов, когда интенсивно начали развиваться работы по изучению структуры и функций митохондриальных мембран, квантовая электроника развивалась в области закрытых технологий, а понятие полупроводник еще не вощло в биофизику. Митчелл фактически ввел аналогичное понятие в биофизику мембран он постулировал анизотропию проводимости для протонов в митохондриальных мембранах (см. Mit hell, [c.104]

Подобный компьштерный" эксперимент требует тесного сотрудничества и взаи. шдействия на е 0 этапах химиков-синтетиков, квантовых химиков,биофизиков и специалистов по математическому LJдeлиpoвaнив. Это позволит сократить время поиска наилуч- [c.166]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология