Увод в биофизикохимията

В книгата са изложени основните идеи и методи на физикохимията и приложението им за количествено изследване на биологичните закономерности. Биофизикохимичният подход за описание на процесите в живите системи е много характерен за съвременната биология и е свързан с най-големите достижения.

Проф. дхн Иван Панайотов завършва Химическия факултет на Софийския университет Св. Климент Охридски. Основател и ръководител на Лаборатория по биофизикохимия. Декан на Химическия факултет. Научните му изследвания са в областта на физикохимията и биофизикохимията на повърхностите, провеждани в тясна връзка с водещи лаборатории от Франция, Канада, Белгия, Дания. Автор на повече от 150 научни публикации, цитирани около 2000 пъти. Гост-професор в университети в Париж, Марсилия и Анже, Франция.

Университетско издателство Св. Климент Охридски
София, 1164
жк. Лозенец, ул. Златовръх 30
unipress@unipress.bg

Предговор
Елементи от молекулно-кинетичната теория на агрегатните състояния

• Кинетична теория на газовете
• Основни предпоставки на кинетичната теория на газовете
• Налягане на идеален газ
• Среден свободен пробег и брой на ударите между молекулите на идеалния газ
• Математическа интермедия
• Идеален газ в силово поле
• Преносни явления в идеалния газ
• Математическа интермедия
• Реални газове
• Твърди тела
• Характеристика от гледище на молекулния им строеж
• Решетъчна енергия на йонен кристал
• Деформация на твърдо тяло
• Течности
• Характеристика от гледище на молекулния им строеж
• Структура на водата
• Преносни явления в течности. Вискозитет на течности
• Математическа интермедия
• Течение в биологични среди
• Повърхностно напрежение на течности
• Методи за определяне на повърхностното напрежение
• Математическа интермедия
• Изкачване на водата в ксилема на растенията
• Течни кристали
• Обща характеристика от гледище на молекулния им строеж
• Нематични и смектични течни кристали
• Класификация на междумолекулните взаимодействия
• Агрегатно състояние на биологичните системи
• Въпроси и задачи

Елементи от термодинамиката

• Енергетичен баланс на процесите
• Някои основни понятия
• Първи динамичен принцип. Вътрешна енергия
• Видове термодинамични процеси
• Приложение на първия термодинамичен принцип към еднономнонентна хомогенна система - идеален газ
• Приложение на първия термодинамичен принцип към еднокомпонентна хетерогенна система - фазово превръщане течност-пари
• Спонтанност и равновесие на процесите
• Втори термодинамичен принцип. Ентропия
• Характеризиране на посоката на процесите и равновесието в изолирани системи
• Приложение на втория термодинамичен принцип към еднокомпонентна хомогенна система - идеален газ
• Вторият термодинамичен принцип и проблемът за топлинната смърт на Вселената
• Характеризиране посоката на процесите и равновесието в неизолирани системи. Свободна енергия и термодинамичен потенциал
• Приложение към еднокомпонентни хомогенни системи - идеален газ, реален газ, течност и твърдо тяло
• Приложение на втория термодинамичен принцип към еднокомпонентна хетерогенна система. Фазово равновесие течност-пари
• Термодинамично разглеждане на многокомпонентни системи
• Парциални молни величини
• Химичен потенциал
• Интегриране на фундаменталните уравнения на Гибс. Уравнение на Гибс-Дюхем
• Математическа интермедия
• Термодинамично разглеждане на необратимите процеси
• Въпроси и задачи

Равновесни свойства на разтворите

• Съвършени разтвори
• Термодинамичен потенциал и ентропия на смесване на бинерен и съвършен разтвор
• Математическа интермедия
• Разредени разтвори
• Налягане на парите на разтвореното вещество 2
• Налягане на парите на разтворителя 1
• Осмотично налягане на разредени разтвори
• Реални разтвори
• Напълно смесващи се течности
• Течни разтвори с ограничена смесваемост
• Разделяне на компонентите на бинерни течни разтвори чрез дестилация
• Условие за равновесие в хетерогенни многокомпонентни системи. Закон за фазите
• Въпроси и задачи

Химично равновесие в затворени системи

• Енергетичен баланс на химичните процеси
• Приложение на първия термодинамичен принцип към химичните реакции
• Закон на Хес
• Химично равновесие в хомогенни и хетерогенни системи
• Приложение на втория термодинамичен принцип към хомогенни реакции
• Приложение на втория термодинамичен принцип към хетерогенни реакции
• Трети термодинамичен принцип
• Приложение на трите термодинамични принципа за изчисляване на равновесната константа
• Изследване равновесието на някои важни биохимични реакции
• Въпроси и задачи

Кинетика на химичните и биохимичните процеси

• Кинетика на хомогенни химични реакции в затворени системи
• Основни понятия на химичната кинетика
• Кинетични уравнения на елементарни реакции от първи и втори порядък
• Кинетични уравнения на последователно и успоредно протичащи реакции
• Математическа интермедия
• Изследване механизма на химичните реакции. Метод на стационарните концентрации на промеждутъчните продукти
• Приложение на молекулно-кинетичния подход за определяне скоростите на реакциите
• Зависимост на скоростта на химичните реакции от температурата
• Молекулно-кинетична теория на биомолекулните реакции
• Индукция, катализа и автокатализа на хомогенни химични реакции в затворени системи
• Химична индукция
• Каталитични реакции
• Автокаталитични реакции
• Математическа интермедия
• Приложение на термодинамичния подход в химичната кинетика
• Приложимост на линейната термодинамика
• Организация на химичните реакции в живите системи
• Ензимно-каталитични реакции.
• Деструкция на биополимери
• Спрегнати реакции
• Спрягане между химични реакции и масопренос в отворени системи
• Нелинейни химични системи далеч от равновесието
• Въпроси и задачи

Електрохимични процеси и биологичният им смисъл

• Разтвори на електролити
• Електропроводност на разтворите на електролитите
• Слаби електролити
• Силни електролити
• Клетките и тъканите като електролити
• Галванични елементи
• Термодинамика на галваничните елементи
• Видове електроди
• Стандартни електродии потенциали
• Окислително-редукционни биохимични процеси в митохондриите
• Електролиза и поляризация
• Въпроси и задачи

Гранични повърхности и биологичният им смисъл

• Адсорбция
• Адсорбция на газове върху твърди повърхности
• Адсорбция на течни повърхности
• Неразтворими мономолекулни слоеве върху течни повърхности
• Равновесни свойства на еднокомпонентни слоеве
• Термодинамично разглеждане на смесени монослоеве
• Монослойни модели на мембрани
• Електрични свойства на граничните повърхности
• Структура на двойния електричен слой на граничната повърхност
• Математическа интермедия
• Електрокинетични явления
• Реологични свойства на мономолекулните слоеве
• Повърхностен вискозитет на прехлъзване на неразтворими монослоеве
• Еластично и вискозноеластично поведение на неразтворими монослоеве при свиването и разтягането им
• Динамични свойства на алвеоларната повърхност
• Пренос на молекули през граничните повърхности
• Кинетика на адсорбция на повърхностноактивни молекули на граничната повърхност течност-газ или течност течност
• Кинетика на десорбция на повърхностноактивни молекули на граничната повърхност течност газ
• Математическа интермедия
• Пренос на повърхностноактивни вещества през гранична повърхност течност течност
• Пренос на малки молекули (Н₂О, О₂, СО₂) през граничната повърхност вода-въздух, покрита с монослой
• Химични реакции, протичащи на повърхностите
• Особености при протичането на химичните реакции на течни повърхности
• Кинетика на полиензимни каталитични реакции в хетерогенни системи
• Адсорбционният слой като пръв елемент на жизнената организация
• Пренос на монослоеве от течна на твърда повърхност
• Въпроси и задачи

Колоиднодисперсни системи и биологиччният им смисъл

• Колоидно състояние на веществото
• Класификация на колоидите
• Наблюдение на колоидните частици. Тиндалов ефект
• Лиофобни колоиди
• Свойства на лиофобните золи
• Вискозитет на суспензия от сферични частици. Вискозитет на кръвта
• Устойчивост и коагулация на лиофобните зоди
• Пени и емулсии
• Лиофилни колоиди
• Свойства на лиофилните золи
• Устойчивост и разрушаване на лиофилните золи. Биоколоидни структури
• Спонтанна асоциация на амфифилни молекули в лиофилни колоилни структури
• Математическа интермедия
• Липозоми
• Приложения във фармацията, медицината и биотехнологията
• Дисперсии от нано- и микрочастици - преносители на фармацефтични продукти
• Моделни изследвания на ензимна липолиза
• Математическа интермедия
• Въпроси и задачи

Литература