БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Выпускная работа по

«Основам информационных технологий»

Магистрантки

кафедры биохимии

биологического факультета

Васянович Юлии

Руководители:

канд. биол. наук, доцент

Семак И. В.,

старший преподаватель Шешко С.М.

Минск – 2010 г.

Список обозначений к выпускной работе

ИТ – информационные технологии;

ОП – оптическая плотность;

ПО – программное обеспечение;

СФ – спектрофотометрия.

Реферат на тему «проблемы и перспективы применения информационных технологий в биохимии»

Введение

Развитие современной науки немыслимо без использования ИТ. Биология как одна из наиболее стремительно развивающихся естественных наук является ярким тому примером. Благодаря внедрению ИТ в биологию возможности исследований в данной области были значительно расширены. Так, разработка соответствующих пакетов программ позволяет частично или полностью автоматизировать процессы выделения биологического материала: клеток, субклеточных фракций, органелл, молекулярных комплексов и даже молекул; очистки полученного материала, анализа различных физико-химических свойств и биологической активности различных веществ и т. д. Это, в свою очередь, экономит время исследователя, а следовательно, значительно повышает эффективность работы конкретного сотрудника. Также в большой степени снижается вероятность ошибок и неточностей, связанных с погрешностями при ручной работе. Кроме того, компьютерное оснащение различных биологических исследований позволяет не только накапливать и хранить данные в удобном для исследователя виде в памяти компьютера, но и при необходимости с лёгкостью осуществлять математическую обработку полученных данных, сравнивать влияние различных условий эксперимента на получаемые результаты и на основе этого корректировать проведение исследования.

Среди огромного количества аналитических методов, наиболее широко применяемых в биохимии, особую роль играют СФ методы. Данная группа методов позволяет решать многочисленные задачи, которые ставит перед собой исследователь в области биохимии, обладает несомненными преимуществами перед другими аналогичными методами. В связи с тем, что СФ методы играют первостепенную роль в моей лабораторной практике, а также наглядно демонстрируют применение ИТ в биохимии, на мой взгляд, показалось интересным раскрыть данную тему в реферате, акцентировав внимание на современном положении спектрофотометрии в ряду биохимических методов, а также на проблемах, существующих в рамках данного вопроса. На основании собственного опыта по применению данной группы методов в повседневной практике, мною были внесены некоторые предложения по использованию ИТ в спектроскопии, которые, как мне кажется, будут полезны исследователям.

Глава 1 Обзор литературы

1.1 Понятие о СФ методах анализа

Методы анализа, основанные на поглощении световой энергии атомами и молекулами анализируемых веществ, представляют обширную группу абсорбционных оптических методов. В рамках данной группы особую роль играет спектрофотометрия - физико-химический метод исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на избирательном поглощении света молекулами вещества в ультрафиолетовой (УФ) (200—400 нм), видимой (400—760 нм) и инфракрасной (ИК) (>760 нм) областях спектра.

1.1.1 Основные закономерности светопоглощения

В зависимости от химической структуры каждое соединение поглощает свет строго определённой длины волны (конкретный участок электромагнитного спектра). Спектр поглощения вещества представляет собой зависимость количества поглощенного света от длины волны. При определённой длине волны наблюдается максимальное поглощение света анализируемым веществом, что на спектре проявляется в виде характерного пика. Окрашенные растворы в видимой области (400–700 нм) иногда имеют несколько максимумов поглощения, в этом случае на спектре регистрируется несколько пиков.

Положение максимума поглощения является важной оптической характеристикой вещества, а характер и вид спектра поглощения характеризуют его качественную индивидуальность. Группа в молекуле, которая дает вклад в спектр ее поглощения называется хромофором. Такой группой является, например, карбонильная группа >С=О, существующая у всех аминокислот; пептидная группа полипептидных цепей; остатки ароматических аминокислот в составе белков; азотистые основания нуклеотидов в составе нуклеиновых кислот.

При прохождении через слой вещества (раствора) светового потока с интенсивностью I₀ его интенсивность в результате поглощения в слое уменьшается до значения I. Интенсивности падающего светового потока I₀ и светового потока I, прошедшего через раствор, можно определить экспериментально. Поглощение излучения характеризуют понятием ОП (оптической плотности):

A = lg(I₀/I)

(1)

Между концентрацией поглощающего раствора и его ОП существует прямо пропорциональная связь:

А = k₁ C

(2)

где k₁ – коэффициент пропорциональности;

С – концентрация растворенного вещества.

Таким образом, измерив экспериментально с помощью спектрофотометра ОП раствора (разность между интенсивностью падающего и прошедшего через раствор светового потока) можно вычислить концентрацию анализируемого вещества.

1.1.2 Роль СФ методов в биохимии

СФ методы анализа обладают рядом преимуществ перед другими аналитическими методами, используемыми в биохимии:

1. позволяют количественно определять содержание элементов и органических веществ в широком интервале длин волн от 185 до 1100 нм;

2. дают возможность количественного анализа многокомпонентных систем (одновременного количественного определения нескольких элементов);

3. позволяют определять состав светопоглощающих комплексных соединений, а также константы их устойчивости и константы диссоциации органических реагентов;

4. позволяют изучать химические равновесия и определять фотометрические характеристики светопоглощающих соединений.

Несмотря на интенсивное развитие других аналитических методов, по-прежнему эффективно и широко используются СФ методы. Это обусловлено следующими обстоятельствами:

1. наличием различных СФ методов практически на все элементы периодической системы и многочисленные органические вещества;

2. возможностью использовать доступную аппаратуру для проведения фотометрических определений с достаточно высокой точностью;

3. широким выбором СФ методов и методик, позволяющих проводить определение элементов в интервале содержаний от 100 до 10-6%, включая анализ веществ высокой степени чистоты и микрообъектов.

Основными направлениями в развитии современных СФ методов анализа являются повышение их чувствительности и селективности, а также создание и совершенствование различных типов компьютерного обеспечения для спектрофотометров, позволяющих максимально автоматизировать процесс анализа.

1.2 ПО Cary Win UV для спектрофотометров Varian Cary

В 1947 году компания Cary первая в мире приступила к производству двулучевых спектрофотометров. С тех пор, уже более 60 лет, название Cary прочно ассоциируется с представлением об исследовательском оборудовании высочайшего класса. Диапазон производимых приборов охватывает самый широкий круг СФ задач - от рутинного анализа до уникальных специфических анализов. В настоящий момент семейство Cary представляют модели Cary 50, Cary 100, Cary 300, Cary 4000, Cary 5000 и Cary 6000i. Кафедра биохимии биологического факультета БГУ располагает несколькими приборами данного типа, которые относятся к моделям Cary 50 и Cary 100. В своей практической работе я использую первую модель спектрофотометра, поэтому акцент при характеристике ПО Cary Win UV будет сделан именно на данной разновидности Cary.

Cary 50 - это уникальный по своим конструктивным особенностям и техническим параметрам спектрофотометр новейшего поколения. Работа прибора осуществляется под центральным компьютерным контролем при помощи ПО Cary WinUV, которое обладает рядом несомненных достоинств:

1. ПО Cary Win UV состоит из набора программных модулей, специализированных под конкретный тип задач. Это позволяет пользователю покупать только необходимые ему пакеты, а при расширении круга задач возможности ПО могут быть легко расширены приобретением дополнительных пакетов;

2. программный "спектральный" язык ADL (Application Development Language) помогает пользователю легко настроить прибор для решения специфических аналитических задач и дает возможность контролировать все стадии работы прибора от способа сбора данных до финальных расчетов и формы распечатки результатов;

«проблемы и перспективы применения информационных технологий в биохимии» (стр. 1 из 5)

Оглавление