生物物理技术章
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《生物物理学》自学指导书.doc
《生物物理学》自学指导书一、课程编码及适用专业课程编码：1010引211总学时：108面授学时：36口学学时：72适用专业：生物类本科各专业（函授本科）二、课程性质、地位和作用《生物物理学》是生物类函授本科专业的专业课，是培养生命科学专业人才的需要。
牛物物理学属于牛物学和物理学的交叉学科，近一个吐纪以来，许多生物学的里程碑性的发现，均山于这种学科交叉而取得成果。
通过本课程的学习，可以使学生了解和掌握必要的生物物理学方面的基木知识，将物理科学与生命科学相结合，拓宽学生的知识面，为今后继续深造和投身工作打下基础。
三、内容提要与指导绪论（一）本章内容牛物物理学定义，牛物物理学的发展史，牛物物理学的研究内容及其分支领域，我国生物物理学的发展与现状。
（二）本章重点生物物理学定义，生物物理学的发展史，生物物理学的研究内容及其分支领域。
（三）本章考点1.生物物理学的概念2.生物物理学的研究内容及其分支领域。
第一章分子生物物理学（一）本章内容分子牛物物理学的物理基础，蛋白质分子的结构基础，核酸分子的结构基础，测定生物人分子结构的物理方法，蛋白质的折叠与蛋白质工程，核酸与蛋白质的相互作用。
（二）本章重点蛋白质分子和核酸分子的结构与功能，测定生物大分子结构的物理方法，蛋H质的折叠，蛋白质工程研究的主要内容。
（三）本章难点生物人分子一级结构与髙级的关系，测定生物人分子结构的物理方法的原理，蛋白质折叠的热力学制约和动力学的驱动和控制，蛋口质工程中的定位突变技术。
（四）本章考点蛋口质分子和核酸分子的结构基础，蛋口质一级结构的比较研究，一级结构与高级的关系，测定生物大分子结构的物理方法，蛋白质的折叠密码，蛋白质工程研究的主要内容。
（五）学习指导分子生物物理的一个重要命题是蛋白质的一级结构决定其高级结构，涉及热力学、动力学、和互助蛋白的作用等基础理论问题。
一个蛋白质的多肽链在生物体正常的温度和pH条件下，只有一种或很少儿种构象。
高中生物人教2019必修2第3章第2节DNA的结构
第2节 DNA的结构
课标定位
1.DNA双螺旋结构模型的构建 分析科学家探索DNA结构的历程,理解DNA的 化学组成、平面结构和立体结构,学习科学家探 索求真的科学精神。 2.DNA的结构 通过观察DNA的结构模式图和制作DNA双螺旋 结构模型,掌握DNA双螺旋结构的主要特点。
素养阐释
1.以结构与功能相适应的观点,理解DNA的生物 特点及功能。 2.通过学习科学家探索DNA结构的历程,认同科 学探究是一个不断深化的过程;认识到科学家探 索求真的科学精神以及交流合作、技术进步、 多学科交叉渗透等对于科学的发展都具有重要 作用。 3.通过模型制作,领悟模型构建在科学研究中的 作用。
归纳提升 1.DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
2. 借助示意图辨析DNA分子的结构
图1
图2
(1)由图1可解读出以下信息。 (2)图2是图1的简化形式,a表示氢键。
3.有关DNA分子结构的2个注意事项 (1)并非所有的DNA分子都是双链结构,有的DNA分子为单 链结构。 (2)原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为双链环状结 构。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
DNA双螺旋结构模型的构建及DNA的结构
1.沃森和克里克在构建DNA结构模型的过程中利用了他人 的哪些经验和成果?
提示:(1)英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供的 DNA衍射图谱。
(2)奥地利生物化学家查哥夫提供的信息:在DNA中,腺嘌呤 (A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量;鸟嘌呤(G)的量总是等于 胞嘧啶(C)的量。
A.DNA是双螺旋结构 B.碱基严格互补配对 C.嘌呤数等于嘧啶数 D.两条脱氧核苷酸链反向平行 答案:ABC 解析:由题图可知,DNA是双螺旋结构,且两条链之间的碱基 严格互补配对,即嘌呤数等于嘧啶数;从题图中不能看出两条 链的方向。
课标定位
1.DNA双螺旋结构模型的构建 分析科学家探索DNA结构的历程,理解DNA的 化学组成、平面结构和立体结构,学习科学家探 索求真的科学精神。 2.DNA的结构 通过观察DNA的结构模式图和制作DNA双螺旋 结构模型,掌握DNA双螺旋结构的主要特点。
素养阐释
1.以结构与功能相适应的观点,理解DNA的生物 特点及功能。 2.通过学习科学家探索DNA结构的历程,认同科 学探究是一个不断深化的过程;认识到科学家探 索求真的科学精神以及交流合作、技术进步、 多学科交叉渗透等对于科学的发展都具有重要 作用。 3.通过模型制作,领悟模型构建在科学研究中的 作用。
归纳提升 1.DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
2. 借助示意图辨析DNA分子的结构
图1
图2
(1)由图1可解读出以下信息。 (2)图2是图1的简化形式,a表示氢键。
3.有关DNA分子结构的2个注意事项 (1)并非所有的DNA分子都是双链结构,有的DNA分子为单 链结构。 (2)原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为双链环状结 构。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
DNA双螺旋结构模型的构建及DNA的结构
1.沃森和克里克在构建DNA结构模型的过程中利用了他人 的哪些经验和成果?
提示:(1)英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供的 DNA衍射图谱。
(2)奥地利生物化学家查哥夫提供的信息:在DNA中,腺嘌呤 (A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量;鸟嘌呤(G)的量总是等于 胞嘧啶(C)的量。
A.DNA是双螺旋结构 B.碱基严格互补配对 C.嘌呤数等于嘧啶数 D.两条脱氧核苷酸链反向平行 答案:ABC 解析:由题图可知,DNA是双螺旋结构,且两条链之间的碱基 严格互补配对,即嘌呤数等于嘧啶数;从题图中不能看出两条 链的方向。
生物物理学 第1章
氨基酸结构通式
天然氨基酸均为L-氨基酸
除甘氨酸外，所有天然氨 基酸都具有旋光性。
氨基酸在水溶液及结晶状 态时都以兼性离子 氨基酸所带有的正、负电 荷数目恰好相同，此时溶 液的pH称为该氨基酸的等 电点，以pI表示。
氨基酸的分类
根据R的结构不同：脂肪族氨基酸、芳香 族氨基酸、杂环族氨基酸、杂环亚氨基 酸 根据侧链R的极性：非极性和极性氨基酸。 非极性氨基酸有Gly、Ala、Val、Leu、 Ile、Met、Phe、Try、Pro等， 极性氨基酸: Ser、Thr、Cys、Tyr、 Gln、Asn、His、Lys、Arg等。
国际纯粹与应用生物物理学联合会（简称IUPAB） 我国已于1982年参加了这个组织。从国际生物物理学 会成立到现在，虽然只有30多年的历史， 生物物理学作为一门独立学科的发展是十分迅速的。 美、英、俄、日等许多国家在高等学校中设有生物物 理专业， 有的设在物理系内，有的设在生物系内，也有的设在 工程技术类的院校。目前发达国家均投入很大的力量 致力于这门学科的研究工作。
蛋白质结构
蛋白质的空间构象-一级结构
蛋白质是由各种氨基酸通过 肽键--CO--NH-(peptidebond)连接而成的多 肽链， 组成蛋白质分子的各多肽链 常以二硫键相互连接，形成 特定的结构。 蛋白质分子中的肽链的数目、 多肽链之间连接方式和部位、 二硫键的数目和位置及氨基 酸的数目、种类和顺序，称 为蛋白质的一级结构 (primary structure)。
N.威纳关于生物控制论的论点；前者用热力学和量子力 学理论解释生命的本质引进了“负熵”概念，试图从一 些新的途径来说明有机体的物质结构、生命活动的维持 和延续、生物的遗传与变异等问题（见耗散结构和生物 有序）。后者认为生物的控制过程，包含着信息的接收、 变换、贮存和处理。 他们论述了生命物质同样是物质世界的一个组成部分， 既有它的特殊运动规律，也应该遵循物质运动的共同的 一般规律。这就沟通了生物学和物理学两个领域。现已 在生物的各个层次，以量子力学和统计力学的概念和方 法进行微观和宏观的系统分析。
第四章 辐射生物物理-放射线基本知识与应用
γ
• X射线来自核外电子的相互作用 • X射线是有两种原子核外的物理 过程产生，即高速电子在物质 中受阻，其能量以电磁辐射的 形式放出；高速电子逸出，然 后外壳层的电子去填补内壳层 的靶原子碰撞，把内壳层某一 能级上的电子击空位，放出能 量等于这两个能级之差的光量 子
放射性元素的衰变
• 原子核由于自动放出某种粒子而转变为新核的变化过程叫 做原子核的衰变。 • 常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变叫α衰变，放出β粒 子的衰变叫β衰变，γ射线是随着α射线或β射线的放出而 产生的。
辐射的分类
• 粒子辐射和电磁辐射 • 电磁辐射：电磁波，有能量而无质量 • 粒子辐射：高速运动的粒子，有静止质量、有能量 • 电离辐射和非电离辐射 • 电离辐射：直接或者间接引起物质电离 • 非电离辐射：只能引起分子的振动、转动或能级状 态的改变。（紫外线和能量低于紫外线的所有电磁 辐射）
天然放射现象
人工放射性同位素的发现及其优点
• 1934年，约里奥居里和伊丽芙居里发现经过α粒子 轰击的铝片中含有放射性磷
• 特点 • 放射强度容易控制 • 可以制成各种需要的形状 • 半衰期更短,放射性废料容易处理
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工業
• γ射线穿透力特强，可用作探测焊接点和金属铸件的裂缝 。 • 在工业生产线上的自动品质控制系统，例如测检罐装饮品 内的饮料高度或香烟的烟草密度等，都广泛应用了辐射。 • 辐射更可用于量度电镀薄膜的厚度，也可用于消除静电。
農業
• 放射性同位素经常被用作追踪剂 。将放射性物质加入肥料中，然 后量度农作物的放射性，便可以 知道有多少肥料被吸收，及有多 少流失。 • 辐射亦可供灭虫之用。Sterile Insect Technique (SIT) 可以 令昆虫失去繁殖能力，从以减少 牠们的数目。 對照組 照射組 大蒜照射後貯藏五個月
第3章 电磁生物物理4 静息电位和动作电位
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
• i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o • 通透性：X+可通透
X
F扩散
X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y
i
o
1
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
d = dx
X
F扩散
XXXX
Y Y Y Y Y Y Y Y Y X X X
i
+ + + +
o
7
F =F扩散 电场
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
RT D= u zF
R=8.314J(k mol)
F =96487C/mol
F 电场
X
F扩散
X X X X • i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o i o • 通透性：X+可通透 F =F 作用：i->o （浓度扩散） 58 [C ]0 结果：浓度：i->o Vm lg z [C ]i 电场：o->i • Nernst用离子跨越膜的迁移率定量 描述这一平衡电位。
Vm不断变化
33
RT C o Vm = ln F C i
RT C o Vm = ln zF C i
13
• 同一离子在细胞内外液中浓度相差很大
细胞内 K+ 人红细胞 136 Na+ 13 Cl83 K+ 5
细胞外 Na+ 164 Cl154
• 3.4.1 Nernst平衡电位
• i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o • 通透性：X+可通透
X
F扩散
X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y
i
o
1
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
d = dx
X
F扩散
XXXX
Y Y Y Y Y Y Y Y Y X X X
i
+ + + +
o
7
F =F扩散 电场
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
RT D= u zF
R=8.314J(k mol)
F =96487C/mol
F 电场
X
F扩散
X X X X • i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o i o • 通透性：X+可通透 F =F 作用：i->o （浓度扩散） 58 [C ]0 结果：浓度：i->o Vm lg z [C ]i 电场：o->i • Nernst用离子跨越膜的迁移率定量 描述这一平衡电位。
Vm不断变化
33
RT C o Vm = ln F C i
RT C o Vm = ln zF C i
13
• 同一离子在细胞内外液中浓度相差很大
细胞内 K+ 人红细胞 136 Na+ 13 Cl83 K+ 5
细胞外 Na+ 164 Cl154
生物物理技术-1课件
激发三重态：分子吸收能 量，电子自旋不再配对， 为三重态，称为激发三 重态，以T1，T2….表示。
基态：电子自旋配对， 多重度=2s+1=1，为单 重态，以S0表示。
三重态能级低于单重态 （Hund规则）
（二）荧光光谱与吸收光谱
荧光光谱术：
又称荧光分光光度术，属于光谱技术中的一种发 射光谱术。其原理是电磁波和物质作用后，物质首先 吸收电磁波的能量，然后再重新发射电磁波。激发波 段在100-800nm之间，相当于紫外与可见光波段。
三、荧光光谱仪与主要参量
（一）荧光光谱仪 （二）荧光分光光度术中的参量
（一）荧光光谱仪
凡是用于研究 光的吸收、发 射和散射的强 度与波长关系 的仪器，均称 之为光谱仪或 分光光度计。 这些仪器通常 都是由光源、 单色器、样品 室、检测器和 显示器等5个基 本单元组成。
1、激发光源
在紫外-可见光区，可供荧光激发用的光源很多包括：钨灯，碘钨灯， 氢灯，氘灯，汞灯，氙灯等。主要根据光源稳定性和强度选择光源。
溶液粘度
旋转弛豫时间rotational relaxation time —
（二）荧光分光光度术中的参量
4、荧光寿命 （Fluorescence liftime --） 荧光衰减为原来激发时最大荧光强度的1/e所需要的时间
I = I0e-kt , =1/k 表示分子处于激发态时间的长短（平均值），约ns级。
1） 荧光强度的定义：在一定激发波长(λex)作用下，发射的 荧光强弱。
F=Ia 2） =发射光子数/吸收光子数
Lambert-Beer定律：
Ia=I0-I，I=I010-εcL
F = I0(1-10-εcL )
{当C很低时F= I0εcL ，
基态：电子自旋配对， 多重度=2s+1=1，为单 重态，以S0表示。
三重态能级低于单重态 （Hund规则）
（二）荧光光谱与吸收光谱
荧光光谱术：
又称荧光分光光度术，属于光谱技术中的一种发 射光谱术。其原理是电磁波和物质作用后，物质首先 吸收电磁波的能量，然后再重新发射电磁波。激发波 段在100-800nm之间，相当于紫外与可见光波段。
三、荧光光谱仪与主要参量
（一）荧光光谱仪 （二）荧光分光光度术中的参量
（一）荧光光谱仪
凡是用于研究 光的吸收、发 射和散射的强 度与波长关系 的仪器，均称 之为光谱仪或 分光光度计。 这些仪器通常 都是由光源、 单色器、样品 室、检测器和 显示器等5个基 本单元组成。
1、激发光源
在紫外-可见光区，可供荧光激发用的光源很多包括：钨灯，碘钨灯， 氢灯，氘灯，汞灯，氙灯等。主要根据光源稳定性和强度选择光源。
溶液粘度
旋转弛豫时间rotational relaxation time —
（二）荧光分光光度术中的参量
4、荧光寿命 （Fluorescence liftime --） 荧光衰减为原来激发时最大荧光强度的1/e所需要的时间
I = I0e-kt , =1/k 表示分子处于激发态时间的长短（平均值），约ns级。
1） 荧光强度的定义：在一定激发波长(λex)作用下，发射的 荧光强弱。
F=Ia 2） =发射光子数/吸收光子数
Lambert-Beer定律：
Ia=I0-I，I=I010-εcL
F = I0(1-10-εcL )
{当C很低时F= I0εcL ，
生物物理学重点总结考试复习资料
第一章生物大分子：蛋白质、核酸、多糖和脂质。
生物大分子特定的生物学功能取决于其特定的空间构象。
蛋白质的意义：是生命活动的物质基础，是细胞和生物体的主要组成成分。
蛋白质的化学组成：构成元素：碳C，氢H，氧O，氮N，硫S等。
N的含量一般较恒定：平均为16%，每克样品中含氮克数×6.25×100即为100克样品中蛋白质含量等电点：将氨基酸水溶液的酸碱度加以适当调节，使羧基与氨基的电离程度相等，即氨基酸所带正、负电荷数目正好相等，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点，用pI表示。
中性溶剂中，羟基的电离程度略大于氨基，溶液呈微弱酸性蛋白质：在水溶液中形成的颗粒具有胶体溶液的特征(布朗运动、丁道尔现象、不能透过半透膜、吸附能力等)。
按形状分类：球状蛋白质、纤维蛋白质按化学结构分：简单蛋白质、结合蛋白质根据溶解度分类：可溶蛋白质、醇溶性蛋白质、不溶性蛋白质蛋白质的一级结构：由共价键结合在一起的氨基酸残基的排列序列。
一级结构是蛋白质功能的基础蛋白质的二级结构：指多肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复的主体。
α-螺旋、β-片层、无规卷曲、回折。
作用力：以肽链内或各肽间的氢键。
α螺旋：肽链骨架形成每周3.6个氨基酸的右手螺旋上升0.54nm，每个残基旋转100度。
蛋白质的三级结构：是线状、螺旋片状结构的进一步卷曲和折叠，形成球形或椭圆形的结构，它是蛋白质分子在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。
α螺旋、β折叠、β卷曲及无规卷曲等二级结构的多肽链在三维空间的排列方式。
作用力：疏水作用（主要）、氢键、离子键、偶极与偶极间的相互作用、二硫键。
若蛋白质分子仅有一条多肽链组成，三级结构就是它的最高结构层次。
蛋白质的四级结构：具有三级结构的蛋白质亚单位通过非共价键缔合的结果。
亚基之间(维持蛋白质四级结构)的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。
氨基酸链接的基本方式：肽键—CO—NH—结构域：是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次蛋白质特定的构象和功能是由其一级结构所决定的。
生物物理 第五章2
生物膜基本上是脂双层（lipid bilayers）结构，即 双磷脂分子层。但是各种生物膜的相结构成分 （phase composition）并不是单一形式（Uniform）， 任何给定的膜也不都是仅以脂双层结构存在。某一 膜内有可能同时存在几种相结构，
膜脂分子（主要是磷脂分子）可以存在以下几种相 Nankai 结构： University 脂双层构象（Bilayers configuration） a. 液晶或流体相（Liquid-crystalline or fluid phase）（L-α） b. 固相或凝胶相（solid or gel phase）（L-β） 非脂双层构象（non-bilayers configuration） a. 六角形 HI (Hexagonal)相 (Hexagonal) b. 倒六角形HII（inverted Hexagonal）相 c. 立方体（II）相 d. 倒立方体（III）相 混合相（mixed phases） 例如在一些膜中，某 些区域可能是L- α脂双层构象，而另外的相结构可 能分散其间。
Nankai University
(1) 脂双层的不对称性
外层：glycolipids, phosphatidylcholine (PC) cholesterol 内层：phosphatidylserine (PS) phosphatidyl-ethanolamine (PE) phosphatidylinositol (PI) 糖脂仅存在于脂膜外侧小叶中。 这种不对称可能在内质网合成时已经开始了。 。
Nankai University
§5.4 生物膜的特性
膜的不对称性 膜的运动性 膜的相结构和相变 膜的通透性
Nankai University
膜脂分子（主要是磷脂分子）可以存在以下几种相 Nankai 结构： University 脂双层构象（Bilayers configuration） a. 液晶或流体相（Liquid-crystalline or fluid phase）（L-α） b. 固相或凝胶相（solid or gel phase）（L-β） 非脂双层构象（non-bilayers configuration） a. 六角形 HI (Hexagonal)相 (Hexagonal) b. 倒六角形HII（inverted Hexagonal）相 c. 立方体（II）相 d. 倒立方体（III）相 混合相（mixed phases） 例如在一些膜中，某 些区域可能是L- α脂双层构象，而另外的相结构可 能分散其间。
Nankai University
(1) 脂双层的不对称性
外层：glycolipids, phosphatidylcholine (PC) cholesterol 内层：phosphatidylserine (PS) phosphatidyl-ethanolamine (PE) phosphatidylinositol (PI) 糖脂仅存在于脂膜外侧小叶中。 这种不对称可能在内质网合成时已经开始了。 。
Nankai University
§5.4 生物膜的特性
膜的不对称性 膜的运动性 膜的相结构和相变 膜的通透性
Nankai University
09生物物理技术1章
与产生吸收和发射的基团数成正比 强度常用谱线下的面积表示，只有在谱线很尖锐 的情况下才能近似地用谱线高度代表强度.
宽度
半高宽(L/2) 谱线两侧斜率最大的两点之间的 宽度表示，如图中的L. 导数谱 宽度由激发态寿命所决定,能使 谱线加宽的因素随环境、物理状 态和运动状况而改变, 根据宽度可 以了解运动、动力学和相互作用.
一、电磁波谱 二、能级与跃迁 三、谱的产生及主要参数 四、波谱测量
一、电磁波谱 电磁波(电磁辐射) 传播着的交变电磁场
波长(l)
频率(u) 波数(s)
电磁辐射的粒子性(光子) E=hv=hc/ l h=6.626×10-34J· s. 光量子的能量与频率(波长)有关
电磁波谱
各种电磁波按其波长(或频率、能量)可顺序排列
生物控制论与生物信息论研究内容
对感觉信息的处理机制、神经网络 脑的活动在语言、思维、运动控制、内环境稳定 性控制方面的研究 各种无损伤成像术对脑智能活动的研究 免疫调控机制与模拟 信息分子的识别机制 基因信息的表达与调控机制及其模拟 大型生物系统的模型建立与系统辨识 非线性理论在信息科学中的应用
理论生物物理研究内容 微观
紫外线、可见光 价电子 紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱、旋光 色散、圆二色技术 红外线 分子的振动与转动 红外吸收光谱 微波 电子自旋运动 电 子自旋共振技术 射频 原子核的自旋运动 核 磁共振技术
位置 用波长、频率或波数表示
表征某种吸收或发射基团的特征跃迁 可以据此辨认基团或化合物的存在
强度
利用计算机快速运算的能力，把实验中原来 属于时间和距离等的函数，转换成为一般波谱 的频率函数.
好处：等于对很宽范围的各种频率同时取样，而区
别于一般波谱仪扫描时，每一时刻只对一种频 率取样，其速度显然要快得多. 傅立叶变换除能节省时间外还能大大提 高信噪比.
第5章 辐射生物物理5 电离辐射的损伤与防护讲解
20
21
效应的区别
效应 诱发机制
剂量效应关系 阈值 效应结果
随机性效应
非随机性效应
单个细胞受损，细 胞突变
剂量增加，发生率 增加 无
大量细胞被杀死， 组织结构与功能改 变
剂量增加，损伤程 度增大
有
癌瘤，严重的遗传 白内障，脱发，皮
疾患
炎，不育
22
5.5.3辐射防护
• （一）目的和任务 • （二）原则 • （三）标准
30
（四）辐射防护措施
• 内照射防护 • 外照射防护
31
1、内照射防护
• 防止放射性物质经呼吸道进入人体内． • 应做到： 1. 空气净化； 2. 密封存放和操作； 3. 个人防护，与放射性接触的人员应佩戴器具． 4. 防止放射性物质经口进入体内． 5. 建立内照射监测制度．
32
2、外照射防护
• 使代谢功能发生障碍 • 造成人体各系统的病理变化。
12
13
一 损伤过程 辐射与修复
• 损伤 vs 修复 • 有些损伤可以修复，但也可引起细胞基
因突变，可能在后代个体上产生某种特 殊变化，即辐射的遗传效应。
14
二 个体效应
躯体效应
• 电离辐射效应显现在受照者自身上的效应． • 近期躯体效应（确定性效应）
– 选择性分布。 – 排出时间和速度是损伤程度的重要一环。
2
2、外照射（extra irradiation）
• 辐射源处于机体或生物体外部 • 特点：
– 机体或生物体处于辐射场中，才会接受照射 – 离开辐射场时，不再接受照射。
3
• 影响因素：外照后引起的人体效应与吸 收剂量、剂量率、受照时间、照射范围、 受照组织或器官的辐射敏感性、电离辐 射种类和能量等因素有关。
21
效应的区别
效应 诱发机制
剂量效应关系 阈值 效应结果
随机性效应
非随机性效应
单个细胞受损，细 胞突变
剂量增加，发生率 增加 无
大量细胞被杀死， 组织结构与功能改 变
剂量增加，损伤程 度增大
有
癌瘤，严重的遗传 白内障，脱发，皮
疾患
炎，不育
22
5.5.3辐射防护
• （一）目的和任务 • （二）原则 • （三）标准
30
（四）辐射防护措施
• 内照射防护 • 外照射防护
31
1、内照射防护
• 防止放射性物质经呼吸道进入人体内． • 应做到： 1. 空气净化； 2. 密封存放和操作； 3. 个人防护，与放射性接触的人员应佩戴器具． 4. 防止放射性物质经口进入体内． 5. 建立内照射监测制度．
32
2、外照射防护
• 使代谢功能发生障碍 • 造成人体各系统的病理变化。
12
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一 损伤过程 辐射与修复
• 损伤 vs 修复 • 有些损伤可以修复，但也可引起细胞基
因突变，可能在后代个体上产生某种特 殊变化，即辐射的遗传效应。
14
二 个体效应
躯体效应
• 电离辐射效应显现在受照者自身上的效应． • 近期躯体效应（确定性效应）
– 选择性分布。 – 排出时间和速度是损伤程度的重要一环。
2
2、外照射（extra irradiation）
• 辐射源处于机体或生物体外部 • 特点：
– 机体或生物体处于辐射场中，才会接受照射 – 离开辐射场时，不再接受照射。
3
• 影响因素：外照后引起的人体效应与吸 收剂量、剂量率、受照时间、照射范围、 受照组织或器官的辐射敏感性、电离辐 射种类和能量等因素有关。
生物物理学PPT课件
研究细胞和组织的力学、电学和光学 等物理性质，以及它们在细胞分裂、 迁移和肿瘤生长等方面的作用。
生物物理学的重要性
促进生物学和物理学的发展
生物物理学的发展推动了生物学和物理学领域的理论和技术进步， 促进了两个学科的交叉融合。
医学与健康的应用
生物物理学在医学和健康领域有着广泛的应用，如医学影像技术、 放射治疗、药物研发和康复工程等。
02
它利用物理学的理论和方法来研 究生物系统的结构和功能，以及 生物分子之间的相互作用和能量 转换等。
生物物理学的研究领域
生物大分子结构与功能
研究生物大分子的结构和动力学性质， 以及它们在细胞代谢、信号转导和基 因表达等方面的功能。
细胞与组织的物理性质
生物系统的信息传递
研究生物系统中信息的传递和加工， 包括神经系统的电信号传递、视觉系 统的光信号转导和基因表达的调控机 制等。
信号转导途径
信号转导途径包括G蛋白偶联受体 介导的信号转导、酶联受体介导的 信号转导和离子通道受体介导的信 号转导等。
信号转导的调节
信号转导受到多种因素的调节，包 括磷酸化、去磷酸化、泛素化等。
细胞骨架与细胞运动
细胞骨架的组成
细胞骨架由微管、微丝和 中间纤维组成，对维持细 胞形态和结构具有重要作 用。
神经网络的信号传递
总结词
神经网络的信号传递是神经生物物理学的重要研究内容， 它涉及到突触传递、神经元之间的信息交流和神经网络的 整合作用等。
总结词
神经网络的信号传递对于神经系统的高效工作至关重要， 它涉及到学习、记忆、注意等多种认知过程。
详细描述
突触是神经元之间信息传递的关键结构，通过突触前膜释 放神经递质，与突触后膜上的受体结合，引发突触后电位 或动作电位，实现信息的传递。
光生物物理复习资料
光⽣物物理复习资料第⼆章1、分⼦动量由四部分组成，它们分别是、、、2、简述分⼦的能量组成部分及它们对应的波长区域。
分⼦的能量由四部分组成：分⼦平动的能量，电⼦的能量，分⼦振动的能量，分⼦转动的能量。
分⼦平动能量，是⾮量⼦化的，可以⽤经典⼒学的⽅法来解；电⼦能级的跨度最⼤，覆盖了从远紫外⾄近红外之间的光谱区域；振动能级的跨度在中红外⾄远红外之间；转动能级的跨度则在微波频段。
3、简述分⼦轨道理论的主要要点。
1）分⼦中任何电⼦可看成是在所有核和其余电⼦所构成的势场中的运动，描述分⼦中单个电⼦运动状态的波函数称为分⼦轨道2）分⼦轨道理论认为，只有能量近似，并且对称性相匹配的原⼦轨道才能有效地组合成分⼦轨道。
分⼦轨道是由原⼦轨道线性组合⽽成3）轨道最⼤重叠原则。
组成分⼦轨道的两个原⼦轨道重叠程度越多越好。
4）分⼦轨道中电⼦排布原则，仍遵守最低能量原理和泡利不相容原理5）分⼦轨道的数⽬等于产⽣分⼦轨道的基组集合中原⼦轨道的总数。
4、名词解释成键轨道：在产⽣分⼦轨道时，原⼦轨道的线性组合中系数符号相同，是正交叠两个原⼦的电⼦波函数同相交叠，使得两个原⼦核之间的电⼦密度增加，电⼦密度增加平衡了原⼦核之间的斥⼒，使分⼦轨道能量低于原来原⼦轨道，这样的分⼦轨道称为成键分⼦轨道。
σ电⼦：如果原⼦轨道的交叠是沿着核间轴线的称为σ键，相应的电⼦称为σ电⼦；π电⼦：如果原⼦轨道的重叠是侧向交叠的称为π键，相应的电⼦称为π电⼦反成键分⼦轨道：在产⽣分⼦轨道时，原⼦轨道的线性组合中系数符号相反，是负交叠两个原⼦的电⼦波函数反相交叠，会造成两个原⼦核之间节⾯处的电⼦密度为零，所得分⼦轨道的能量⾼于相应原⼦轨道，这样的分⼦轨道称为反成键分⼦轨道。
⾮成键轨道：⼀些原⼦轨道（内层轨道）并没有明显的参加成键。
所以，这些轨道的能量和未成键的时候基本相同、这些叫做⾮成键分⼦轨道，⽤n表⽰。
如HF中，F的内层轨道1s就是⼀个⾮成键轨道。
原⼦轨道的杂化：所谓杂化是指原⼦在化合成分⼦的过程中，根据原⼦的成键要求，在周围原⼦的影响下，先将原有的若⼲个不同类型能量相近的原⼦轨道进⾏线性组合成⼀组新的轨道。
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7. 差光谱应用
研究生物大分子溶液时，光谱对环境条件的依 赖性常常很小，但这种微小差别却能说明大分子 的构象变化. 这时通常用双光束，吸收谱仪直接 测定不同环境条件引起的差异，而不是对每一样 品分别测量. 其具体办法是将一个样品放在参比 光路中，而将另一个放在样品光路中. 这时谱仪 对二者之差作出反应，所得之谱即称为差光谱.
可定义差摩尔吸收系数Δε为：
ΔA =Δεcl
环境的改变可用多种方法，但溶剂组 成与pH的改变给出的信息最多. （例）
二、临床应用举例
1. 人血液不同成分吸收光谱探讨 2. 肝脏占位性病变患者血清-L-岩
藻糖甙酶活性测定及其临床意义
1. 人血液不同成分吸收光谱探讨
（中华物理医学杂志，1998，20（1）： 26）
研究方法：
对已确诊的203例各种肝SOL患者及50名正 常人血清-L-岩藻糖甙酶(AFU)活性进行测定， 以寻找AFP以外的HCC生物标记物.
试剂：
对硝基苯基--L-岩藻糖吡喃甙(pNP --L – fuco) 对硝基酚(pNP)
仪器：721型分光光度计
原理：
pNP --L-fuco被AFU水解产生pNP在波 长为405nm处有吸收峰
最早的差光谱就是对核糖核酸酶做的. 从图 可见在287nm处酪氨酸差光谱有峰，而色氨酸 则为0. 因此在此波长下的测量只反映酪氨酸残 基的变化，而核糖核酸酶有6个这样的残基.
附图是用乙二醇和蔗糖两种微扰溶剂所做的 工作，其结果用各种pH下Δε与pH6时天然蛋白的 Δε之比表示. 用这种比值就可以把不同微扰剂得到 的结果直接比较. 该图表示pH减少时此比值增大， 这是由于蛋白变性失去三级结构，有更多酪氨酸残 基暴露的结果. pH减小，比值接近于2，由于核糖 核酸酶有6个酪氨酸，这就表明天然核糖核酸酶中 有3个赖氨酸残基埋在蛋白分子内，3个在蛋白表面 上.
有些不易测吸收的物质可通过化学反应使其转 变为易测物质之后再行测定（例）.
如果样品中含有两种吸收物X和Y，如何测其 浓度
可在两个不同波长下测吸收度，得
3. 化学反应的检测
如果化学反应中的一种反应物在反应过程 中其浓度随之改变，则分光光度法可用于研究 这种反应. 这在研究酶反应中是经常应用的一 种方法（例）.
融解温度(Tm)定义为最大吸收度一半处的 温度. G—C对越多，Tm越大. 此外温度上升到不 超过最大吸收然后降温到A不再改变，这时的A 值仍为原始A值，这表明双链分解不完全时仍有 可能恢复至天然结构.
三种DNA溶液光密度与温度的关系
把各种小分子加到溶菌酶中使色氨酸的λmax 移向长波区，改变的大小和一个色氨酸从极性 向非极性环境转变时预期应有的变化相同，这 就暗示活性部位有一个色氨酸存在.
4. 分光光度滴定
研究蛋白质结构时常需了解蛋白质与其可 电离的氨基酸侧链解离时的pK值，这些值常能 说明氨基酸在蛋白质中所处的位置，因为解离 将使其中某一种氨基酸基团的谱改变. 一般来说 ，可滴定基团(如酪氨酸的OH基、组氨酸的咪 唑环、半胱氨酸SH基)带电时，λmax与ε值增大. （例）
5. 构象研究
注意从学习过的应用实例中总结如何发现 问题分析并加以解决问题，以及解决问题时思 路拓展的方法.
芳香氨基酸的紫外吸收光谱
胞嘧啶谱与pH的关系
附表 几种物质的吸收峰与e值
分子 色氨酸
λmax（nm） 280
λem处的ε值（ ×10-3）
5.6
219
47.0
酪氨酸
274
1.4
222
8.0
193
48.0
林上忠、陈荣、许少锋
问题的提出：为什么要做这项实验？
近年来激光照射血液治疗方法在国内外逐步应 用于临床,如有报道激光照射血液治疗可抗缺氧,纠 正脂代谢异常,对血液流变学性质,血液的力学和微 循环有改善作用,对机体免疫功能有调节作用等.
这些变化应与血液中的红细胞、血红蛋白 、血小板、淋巴细胞等成份吸收激光照射的 能量有关，人血液中不同成份的吸收光谱曲 线有差异，吸收峰位也不相同，因此在激光 照射血液治疗疾病时，选择不同波长的激光 治疗不同类型的疾病，使相应的细胞或生物 分子活化，对于提高疗效是有利的.
生物物理技术章
2020年4月29日星期三
一、基本应用
1. 根据吸收光谱确定物质 2. 2. 浓度测定 3. 3. 化学反应的检测
4.
5. 4. 分光光度滴定 6. 5. 构象研究 7. 6. 结合研究 8. 7. 差光谱应用
1. 根据吸收光谱确定物质
许多物质都有其自身的特征吸收光谱.因 此根据吸收光谱可以辨认溶液中是否含有某 种特定物质.
乙酰乙酸盐、丙酮的测定在诊断苯酮尿症病 人时很有用的.
测血或尿中这些代谢物的总浓度时可加苯胺 催化乙酰醋酸盐为丙酮，然后用水杨醛处理（强 碱条件）形成红色二羟苄基苯酮. 以一系列标准 丙酮溶液（在每100ml含0~8mg范围内）作上述 处理，作出标准曲线，再测样品即可读出其浓度
.
在分子生物学中研究乳糖操纵子时常需测 β-半乳糖苷酶的活性，此酶可使o-硝基苯半乳糖 苷(ONPG)断裂，形成o-硝基苯，可用其在 420nm下的吸收检测. 因此ε420（或A420）是 ONPG水解的量的一种量度. 在一定范围内，反 应速度与酶浓度成正比，所以酶的量可从A对水 解时间所作图的斜率求出.
三种芳香氨基酸的溶液差光谱
如何设计实验
选择测量对象 分离 测量
结果 1. 全谱 2. 峰位
血清吸收光谱
血浆吸收光谱
血红蛋白吸收光谱
白蛋白吸收光谱
红细胞吸收光谱
淋巴细胞吸收光谱
血小板吸收光谱
血清 血浆 血红 白蛋 红细 淋巴 血小
(nm)
蛋白 白 胞 细胞 板
220 220 215 210 210 215 240
用这种方法可以研究温度、pH、离子强度 和外加小分子对DNA稳定性的影响. DNA的一些 重要性质即用此法解释.（例）
6. 结合研究
小分子与蛋白质结合，如一种酶的基质与 酶活性部位的结合常使活性部位中（或附近 ）的吸收基团产生光谱变化.这种变化常由于 结合使基团暴露于溶剂或该区极性受影响所 致.把所观察到的变化和改变溶剂所得结果比 较，，可得到活性部位结构的信息.（例）
附表中为生物医学研究中常见的各种物 质在中性pH下的吸收峰与摩尔吸收系数之值.
测量时可以作出全谱，或者测不同波长 下吸收度之比(例).
2. 浓度测定
测出吸收度A，则在ε已知的条件下即可算 出浓度.
为避免非线性因素的影响，应先用标准样 品做一条校正曲线，然后测量样品吸收度，在 校正曲线中直接读出浓度.
苯丙氨酸
257
0.2
206
9.3
188
60.0组氨酸ຫໍສະໝຸດ 2115.9半胱氨酸
250
5.3
分子 腺嘌呤 腺苷酸 鸟嘌呤 鸟苷酸 胞嘧啶 胞嘧啶核苷
λmax（nm） 260.5 259.5 275 276 267 271
λem处的ε值（ ×10-3） 13.4
14.9
8.1
9.0
6.1
9.1
分子 尿嘧啶 尿嘧啶核苷 胸腺嘧啶 胸腺嘧啶核苷 DNA RNA
结果
分组
HCC 血管癌 肝囊肿 良性病变 转移肝癌 非HCC恶 性肝肿瘤
例数
101 58 15 11 11 7
AFU活性 AFU阳性
例数
625.6
82
阳性率 81.2
329.9
8
13.8
334.0
2
13.3
308.2
0
0
322.7
1
9
305.7
0
0
第二章 小 结
吸收光谱术的物理基础、吸收光谱仪的基本 构成、吸收光谱术的基本应用
如内部3个酪氨酸残基处于极性环境，则得曲线C ，表明这3个酪氨酸的pK值和处于表面的2个有所不同.
酪氨酸滴定曲线
DNA的热稳定性随鸟嘌呤(G)—胞嘧啶(C) 含量增多而增大（图），所以G—C对氢键合程 度比腺嘌呤(A)—胸腺嘧啶(T)对强. 这可从图中 看出，由于转变发生在较窄的温度范围内，故 常称为DNA的融解.
300 300 275 232 275
290
415 425 350 280 340
415
415
540
540
575
2. 肝脏占位性病变患者血清-L-岩藻糖甙 酶活性测定及其临床意义
（中华医学检验杂志，1990，13（1） ： 2） 杨甲梅等
问题的提出：为什么要做这项研究？
随着现代影像诊断技术的发展,肝脏占位性病 变(SOL)的发现日渐增多,但是对其定性诊断比较困 难,尤其是甲胎蛋白(AFP)阴性肝细胞癌(HCC)与肝 脏其它SOL的鉴别诊断更是亟待解决的课题.
若一蛋白质含有五个酪氨酸残基，并都在蛋白质 表面，则改变pH时酪氨酸谱将向长波方向移动. 因此 ε295（电离形式酪氨酸的λmax在295nm）对pH的关系应 如图中曲线A.
假如有3个酪氨酸残基在蛋白质内部，并处于非极 性环境，则应如曲线B，而且第一平台和第二平台的高 度比应为2/5. 但在pH值很大时常引起蛋白质变性，这 时处于内部的酪氨酸也暴露于溶剂，故A295有较大上升 .
1ml反应体系：
0.25ml 血清、 0.25ml 4mmmol/L pNP --L-fuco 0.5ml 0.2mol/l ph5.2 醋酸缓冲液 混合后，37 ℃ 60min 加中止液 室温 4000r/min；15min 取上清比色
以每毫升血清中的AFU将底物pNP -L-fuco水解释放的pNP的量为相应酶活 性单位，另外做出pNP的标准曲线.
λmax（nm） 259.5 261.1 264.5 267 258 258