Giáo trình Lý sinh học: Phần 2 - TS. Đoàn Suy Nghĩ

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Lý sinh học: Phần 2 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: điện động học; cơ sở hoá lý của sự hưng phấn; quang sinh học; phóng xạ sinh học. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Lý sinh học: Phần 2 - TS. Đoàn Suy Nghĩ Chương 6 Đ I Ệ N Đ Ộ N G H Ọ C • • • l . C á c h i ệ n t ư ợ n g đ i ệ n đ ộ n g học Các tế b à o , các tô chức sống, các cơ quan cua hệ t h ô n g sòng là một hệ keo dị thê phức tạp bao gồm nhiều pha khác nhau. D o tác động cua điện trường ngoài k h ô n g đ ổ i đã làm xuất hiện sự c h u y ê n động t ư ơ n g đ ỏ i giữa các pha trong h ệ , ngược l ạ i nếu các pha có thành phần chát hòa tan khác nhau thì d ư ớ i chuyển động cơ học cua các ion cũng sẽ tạo nên trong hệ một hiệu điện thế nào đ ỏ . C á c hiện tượng điện xuất hiện trong q u á trinh nảy được gọi là các hiện tượng đ i ệ n động và c h ú n g được p h â n t h à n h các loại sau dây như: điện d i , đ i ệ n thẩm. đ i ệ n thế cháy, đ i ệ n the lắng... N ă m 1809, Reis là n g ư ờ i đầu tiên phát hiện thấy các hiện tượng điện động học khi nghiên cứu chuyển động cùa các hạt đất sét d ư ớ i tác dụng cua dòng điện một chiều. Qua thí nghiệm của m ì n h . Reis thấy răng các hạt keo mang điện tích cũng có khá năng vận c h u y ê n được trong đ i ệ n trường, đông thời c ù n g v ớ i quá trình biến đ ố i đó thì môi trường p h â n tán cũng sẽ chuyển động theo. N h ư vậy trong thí nghiệm trên, Reis đã phát hiện ra hai hiện tượng đặc biệt quan trọng, là khi các hạt tích điện dịch chuyển d ư ớ i tác dụng của điện trường n g o à i , đ ó là hiện tượng điện di hay đ i ệ n t h â m . 1. Đ i ệ n t h ẩ m Là sụ chuyển động cùa các môi trường phân tán t ớ i phía điện cực cùng dấu v ớ i d i ệ n tích bề mặt cùa pha phân tán. Dựa v à o sự dịch c h u y ê n cùa các ion trong đ i ệ n trường ta dễ d à n g phân tích m ộ t hồn hợp polime sinh vật bằng hiện tượng điện thầm hay điện chuyển trên b ă n g ghi. Dịch sinh vật là các dung dịch đ i ệ n ly có nhiều thành phần, v ớ i đ ộ hòa tan khác nhau. Do đó dưới tác dụng cùa đ i ệ n trường ngoài, các dung dịch loãng và các đ ạ i phàn từ lon hóa có tốc đ ộ dịch chuyền khác nhau. H i ệ n tượng điện thẩm dề dàng phân biệt được đ ó là sự chuyển động cua d ò n g chất lỏng. trong khi đó dòng chuyển động cùa các hạt (phân tử và các đ ạ i phân từ ion hóa) là do hiện tượng điện di tạo nên. Q u á trình điện thầm có thề xảy ra trong nhiều trường hợp và qua các tồ c h ú c sinh học khác nhau. chẳng hạn n h ư da ếch, m à n g tế bào, thành động mạch, mao quản, vách mao mạch... 127 Dựa vào giá trị hiệu số điện thế điện hỏa cua lớp điện tích kép ( ị ị Smolukhovski đã đưa ra c ò n g thức đe xác định tốc độ chuyên động tương đối cùa các hạt giữa hai lớp là: vmỊL (6.1) E AnrỊ Trone đó: £ là hằng số điện mòi cùa mòi trường r| là hệ sổ nội ma sát cùa dung dịch. E là cườne độ điện trường tĩnh (ị được tính theo đơn vị mV ) 2. Điện thế chảy Điện thế chảy xuất hiện khi chất lòng chín én động d ư ớ i tác dụng cùa áp suất thúy tĩnh qua các mao quản. hoặc các lỗ nhò cùa m à n g . mà thành lỗ có mang điện tích. H i ệ n tượng dịch chuyên cùa các chát làm xuât hiện điện thế chày theo chiều hướng ngược lại so với hiện tượne điện thâm. ơ đây sự chuyển động cùa môi trường phân tán sẽ tạo nên một hiệu điện thê trong bàn thản hệ. Để thấy rõ điều này, ta tiến hành thí nghiệm như sau: - D ù n g một bình thúy tinh hai ngăn chứa dung dịch sinh lý. ngân cách nhau bàng một màng da ếch. Ờ đây dung dịch sinh vật là các môi trường phân tán. còn màng da ếch đ ó n e vai trò để tạo ra các pha phân tán. H i ệ n tượng xảy ra được biêu diễn như hình 6.1 d ư ớ i đây: :I; - V' + 4-SH- t i ± H ì n h 6.1. Đ i ệ n t h ế chảy x u ấ t hiện qua các l ỗ m à n g ìnn Nêu tăng áp suât ở nứa bình phía bèn trái thì chát lóng sẽ chuyên động về bên phải bình. đồng thời giữa hai phía cùa bình sè xuất hiện một hiệu điện the. Điện the mới hình thành đo chính là giá trị cùa điện thế chảy. Sự chênh lệch điện thê ở hai bình là hiệu điện thẻ đo được ờ hai phía cùa màng ngăn cách hai dung dịch. Nguyên nhàn xuất hiện hiệu điện thế trên là do trạng thái cân bằng tĩnh điện bị phá \ừ. Điện thế chày cũnc dễ dànc kháo sát được khi tiến hành thí nehiệm với các dịch sinh vật và cho chuyên độne qua các màng xốp hay các màng bán thấm. Do đó. dựa vào hiện tượng đã trinh bày trên, thông thường người ta hay sử dụng các màng lọc đê đo độ xốp cùa các đối tượng nghiên cứu là các tồ chức sinh vật. 3. Điện thế lắng Điện thế lắng là hiệu sò điện thè xuất hiện giữa lớp trên và lớp dưới của dung dịch đa pha trong quá trình lắng các hạt mang điện cùa các pha phân tán dưới tác dụng cùa trọne lực. Bàn chất cùa hiện tượng làm xuất hiện loại điện thế này khác hẳn so với hiện tượng làm xuất hiện hiệu điện thế trong quá trinh điện di. Có thể khảo sát hiện tượne xàv ra trone quá trình lẳng của máu (xem hình 6.2). Máu là một dung dịch keo, các thành phần hữu hình cùa máu (hồng cầu. bạch cầu) có trọng lượng riêng lớn hơn huyết thanh nên sẽ lắng xuống đáy bình. Trong quá trình lắng máu đã làm xuất hiện một sụ chênh lệch điện thế giữa lớp trên và lớp dưới cùa dịch sinh vật. Điện thế xuất hiện trong trường hợp này chính là điện thế lắng. © Ỡ Ỡ © Ỡ Ỡ 0 Hình 6.2. Điện thế lắng trong q u á trình lắng máu Quá trình chuyển động làm xuất hiện diện thế lắng cua máu có thế giải thích như sau: hiện tượne lẳng máu làm các lon dương tách ra khói sụ chuyển động của các thành phần hữu hình. Kết quà thực nghiệm cho ta thấy rõ điều đó. các lớp dưới cùa dung dịch có điện thế âm vì mana điện ...