Logo
Logo

Зрение

Разбалловка

A1  0.50 Определите коэффициент $k$, считая, что расстояние между большим пальцем и глазом равно $l=60$ см.

1 Подобие треугольников $\frac{r}{\Delta x} = \frac{l}{s}$. 0.20
2 Формула $k=l/s$. 0.20
3 Числовой ответ $k=10$. 0.10
A2  0.20 Определите расстояние $r$ между пальцем и автомобилем из приведённого выше примера.

1 Числовой ответ $r = 20~ \text{m}.$ 0.20
A3  0.80 Глаз можно рассматривать как оптическую систему, состоящую из хрусталика - тонкой собирающей линзы и экрана - сетчатки, на которой формируется изображение. Пусть человек смотрит на дерево высотой $h=3.0$ м, расстояние между человеком и деревом $d=100$ м. Известно, что размер изображения дерева на сетчатке равен $l=0.6$ мм. Используя эти данные, определите фокусное расстояние $F$ хрусталика.

1 Расстояние от линзы до изображения $f=d \frac{l}{h}.$ 0.20
2 Формулы тонкой линзы $\frac{1}{F} = \frac{1}{d} + \frac{1}{f}$. 0.20
3 Выражение $F = \frac{d}{h/l+1}$. 0.20
4 Числовой ответ $F=20~\text{мм} \in [19.5; 20.5]~\text{мм}.$ 0.20
A4  0.40 Дальнозоркость — это нарушение зрения, при котором далекие предметы видны четко, а близкие кажутся размытыми. Из приведенных на рисунке линз, выберите те из них, которые можно использовать для коррекции дальнозоркости. Линзы изготовлены из стекла с показателем преломления, превышающим показатель преломления воздуха.

1 Объяснение, почему нужны собирающие линзы (например, изображение лучей) 0.10
2 Итоговый балл = $\max \left[ 0.1 \cdot (\#\text{right} - \# \text{wrong} ) ; 0 \right]$,
where
$\#\text{right}$ количество выбранных среди правильных $\{ 3, 5, 6\}$,
$\#\text{wrong}$ количество выбранных среди неправильных $\{ 1, 2, 4\}.$
3 × 0.10
A5  1.10 Пусть у некоторой персоны с сильной близорукостью полностью отсутствует навык аккомодации, то есть она может чётко видеть предметы только на расстоянии $x = 25$ см. Определите фокусное расстояние очков, при котором эта персона сможет чётко видеть предметы, удалённые максимально далеко от нее. Считайте, что расстояние между хрусталиком глаза и линзой очков пренебрежимо мало. Какие из линз, приведенных на рисунке 2, подойдут для таких очков?

1 Формула тонкой линзы для случая без очков:
$$\frac{1}{F_0} =\frac{1}{x}+ \frac{1}{f}.$$
0.20
2 Формула тонкой линзы для случая с очками:
$$\frac{1}{F} + \frac{1}{F_0} = \frac{1}{\infty} + \frac{1}{f}$$(term $\frac{1}{\infty}$ could be omitted).
0.20
3 $\frac{1}{F}= - \frac{1}{x}$ или $F = -x.$ 0.20
4 $F=-25~\text{см}.$ 0.20
5 Итоговый балл = $\max \left[ 0.1 \cdot (\#\text{right} - \# \text{wrong} ) ; 0 \right]$,
where
$\#\text{right}$ количество выбранных среди правильных $\{ 1, 2, 4\}$,
$\#\text{wrong}$ количество выбранных среди неправильных $\{ 3, 5, 6\}$.
3 × 0.10
A6  0.30 Эксимерный лазер на основе фторида аргона генерирует ультрафиолетовое излучение с длиной волны $\lambda=193$ нм. Рассчитайте энергию одного фотона этого излучения.

1 $\nu = \frac{c}{\lambda}.$ 0.10
2 Выражение $$E = \frac{h c }{ \lambda}.$$ 0.10
3 Числовой ответ $$E = 1.03 \cdot 10^{-18}~\text{J}.$$ 0.10
A7  0.40 «Испарение» микроскопических слоёв тканей контролируемым лазерным лучом происходит за счёт нескольких процессов, одним из которых является разрыв химических связей. Сравните рассчитанную энергию фотона лазера с энергией химических связей в биомолекулах роговицы. Отметьте связи, разрыв которых возможен под действием такого лазера.

$E_{\mathrm{(C-C)}} = 348$ кДж/моль

$E_{\mathrm{(C-N)}} = 305$ кДж/моль

$E_{\mathrm{(N-H)}} = 391$ кДж/моль

$E_{\mathrm{(C-H)}} = 413$ кДж/моль

$E_{\mathrm{(C-O)}} = 360$ кДж/моль

$E_{\mathrm{(O-H)}} = 463$ кДж/моль

1 Понимание того, что энергия фотона должна быть преобразована в $\text{кДж/моль}$ или энергия химической связи должна быть преобразована в $\text{Дж}$ (на одну связь). 0.10
2 Правильные вычисления

$$E = 1.03 \cdot 10^{-18}~\text{Дж}/\text{фотон} \cdot 6.022 \cdot 10^{23}~\text{фотон} \cdot \text{моль}^{-1} = 620~\text{kJ}/{\text{моль}}.$$
0.20
3 Все выбраны 0.10
B1  0.70 Рассчитайте молярную массу опсина P08100. Округлите ответ до ближайшего целого числа. Не учитывайте посттрансляционные модификации. Молярные массы аминокислот и их структуры приведены в листах ответов.

1 Количество аланинов $N=32.$ 0.10
2 Всего аминокислот $N = 348.$ 0.10
3 Любое указание на то, что при образовании одной связи следует вычесть одну воду. 0.10
4 Общая молярная масса всех аминокислот $\in [45\,000; 50\,000]~\text{Da}.$ 0.10
5 Финальный ответ $\in [37\,897; 39\,897]~\text{Da}.$ 0.10
6 Финальный ответ точно равен $38\,897~\text{Da}.$ 0.20
B2  0.20 На рисунке представлены два спектра поглощения (рис. 3). Определите, какой форме белка - опсину или родопсину - они соответствуют.

1 Опсин - спектр 1.
Родопсин - спектр 2.
0.20
B3  0.60 Определите концентрацию оксима ретиналя в растворе в конце эксперимента, если длина оптического пути $l=10$ мм

1 Значение поглощения из графика после реакции: $A_{365}^{RO} \in [0.63, 0.69]$. 0.30
2 Equation for concentration: $c=\frac{A_{365}^{RO}}{\varepsilon_{365}^{RO}\cdot l} $. 0.10
3 Числовой ответ:

$c\in [18; 22]~\mu\text{M}.$
0.20
B4  0.50 Определите коэффициент поглощения родопсина $\varepsilon_{500}^{Rhodo}$ на основании экспериментальных данных.

1 Использование факта, что одна молекула родопсина в ходе реакции превращается в одну молекулу ретиналь-оксима (например, утверждение, что концентрация родопсина до реакции равна концентрации ретиналь-оксима после реакции). 0.10
2 Значение поглощения из графика до реакции: $A_{500}^{Rhodo} \in [0.79, 0.81]$. 0.10
3 Соотношение между двумя коэффициентами экстинкции: $\varepsilon_{500}^{Rhodo} = \frac{A_{500}^{Rhodo}}{A_{365}^{RO}}\cdot {\varepsilon_{365}^{RO}}.$ 0.20
4 Числовой ответ: $$\varepsilon_{500}^{Rhodo} \in [38\,600, 42\,800]~\text{M}^{-1} \cdot \text{см}^{-1}.$$ 0.10
B5  0.40 Определите число молекул родопсина в растворе, если объем раствора $V=2$ мл, длина оптического пути $l=10$ мм.

1 Число молекул в растворе: $N=N_A \nu.$ 0.10
2 Молей молекул в растворе: $\nu=c V.$ 0.10
3 Числовой ответ $N \in [2.0, 2.8] \cdot 10^{16}.$ 0.10
4 Числовой ответ $N \in [2.2, 2.6] \cdot 10^{16}.$ 0.10
B6  0.40 Определите отношение $r$ чувствительности длинноволновых $L$ и средневолновых $M$ колбочек к возбуждению монохроматическим желтым светом ($580$ нм).

1 Значение чувствительности для $\text{L}$ на длине волны $580~\text{нм}$ is $\in [0.94, 0.96].$ 0.10
2 Значение чувствительности для $\text{M}$ на длине волны $580~\text{нм}$ составляет $\in [0,55, 0,57].$ 0.10
3 Соотношение $\in [1.65, 1.75].$ 0.20
B7  0.90 Пусть свет представляет собой смесь двух цветов: красного ($630$ нм) и зеленого ($530$ нм). Определите отношение интенсивностей $x$ красного и зеленого света, чтобы он воспринимался как желтый из предыдущего вопроса.

1 Значение чувствительности для $\text{L}$ на длине волны $630~\text{нм}$ составляет $\in [0,33, 0,35].$ 0.10
2 Значение чувствительности для $\text{M}$ на длине волны $630~\text{нм}$ составляет $\in [0,01, 0,03].$ 0.10
3 Значение чувствительности для $\text{L}$ на длине волны $530~\text{нм}$ составляет $\in [0,83, 0,85].$ 0.10
4 Значение чувствительности для $\text{M}$ на длине волны $530~\text{нм}$ составляет $\in [0,98, 1,00].$ 0.10
5 Правильная формула для нахождения $x$, например:

$$\frac{\text{чувствительность L}}{\text{чувствительность M}}=\frac{0,35\cdot x + 0,84 \cdot 1}{0,02 \cdot x + 0,99 \cdot 1}=\frac{0,95}{0,56},$$
или, в общем виде:

$$\frac{\text{чувствительность L}}{\text{чувствительность M}}=\frac{L_{630}\cdot x + L_{530} \cdot 1}{M_{630} \cdot x + M_{530} \cdot 1}=\frac{L_{580}}{M_{580}}.$$
0.20
6 Итоговое уравнение (отмечено как полное, если числовой ответ верный)

$$x = \frac{r M_{530} - L_{530}}{L_{630} - r M_{630}}, $$
где $r = L_{580} / M_{580}.$
0.10
7 Корректный расчёт для собственных данных (если они верны).
В любом случае, для значений выше числового ответа $x \in [2.51, 2.83].$
0.20
B8  1.10 Теперь свет представляет собой смесь трёх цветов: красного ($650$ нм), зелёного ($547$ нм) и фиолетового ($420$ нм). Какое соотношение интенсивностей ($y$: красный/фиолетовый, $z$: зелёный/фиолетовый) необходимо взять, чтобы получить цвет, идентичный монохроматическому cвету, соответствующему длине волны $500$ нм (синий)? Можно ли получить желаемый цвет, смешав три выбранных цвета?

1 Правильная ($\pm 0,01$) чувствительность для каждого рецептора. 3 × 0.10
2 Уравнение чувствительности для одной пары рецепторов, например:

$$\frac{\text{чувствительность L}}{\text{чувствительность S}}=\frac{0,13 \cdot y+0,96 \cdot z+0,08 \cdot 1}{0 \cdot y+0⋅z+1 \cdot 1}=\frac{0,56}{0,09}.$$
0.10
3 Уравнение чувствительности для другой пары рецепторов, например:

$$\frac{\text{чувствительность M}}{\text{чувствительность S}}=\frac{0 \cdot y+0,96 \cdot z+0,14 \cdot 1}{0 \cdot y+0⋅z+1 \cdot 1}=\frac{0,8}{0,09}.$$
0.10
4 Правильное решение системы линейных уравнений. 0.10
5 $y \in [-21, -19].$ 0.20
6 $z \in [8, 10].$ 0.20
7 Утверждение, что желаемый цвет невозможно получить путем смешивания трех данных цветов. 0.10
B9  0.50 У отца и сына протанопия, но у матери нормальное цветовое зрение. От кого (матери/отца/невозможно определить) сын унаследовал протанопию?

1 Генотип отца — $\mathrm{X^pY}$ ($\mathrm{p}$ — ген протанопии). 0.10
2 Генотип матери — $\mathrm{X^PX^?}$. Здесь $?$ может быть чем угодно. 0.10
3 Генотип сына — $\mathrm{X^pY}.$ 0.10
4 Сын унаследовал протанопию от матери. 0.20
B10  1.00 Мужчина с дейтеранопией и протанопией женился на женщине с нормальным зрением. У них родился сын с дейтеранопией (без протанопии) и дочь с протанопией (без дейтеранопии). Какова вероятность рождения здорового ребёнка в этом браке? Какова вероятность рождения ребёнка с обеими аномалиями?

1 Генотип отца — $\mathrm{X^{pd}Y}$ (протанопия и дейтеранопия). 0.10
2 Генотип сына $\mathrm{X^{Pd}Y}$ (дейтеранопия, протанопия отсутствует). 0.10
3 Генотип дочери — $\mathrm{X^{pD}X^{pd}}$ (протанопия [следовательно, $\mathrm{pp}$], дейтеранопии нет [следовательно, определенно $\mathrm{D}$]) [от отца $\mathrm{X^{pd}}$]. 0.10
4 Генотип матери $\mathrm{X^{Pd}X^{pD}}$ (нормален для обоих [должно быть $\mathrm{P}$ и $\mathrm{D}$]) [$\mathrm{X^{Pd}}$ для сына, $\mathrm{X^{pD}}$ для дочери]. 0.10
5 Возможные гаметы матери: $\mathrm{X^{Pd}}$, $\mathrm{X^{pD}}.$ 0.10
6 Возможные гаметы отца: $\mathrm{X^{pd}}$, $\mathrm{Y}.$ 0.10
7 Правильная таблица с генотипом потомков. 0.20
8 Вероятность родиться здоровым составляет $0/4 = 0\%$. 0.10
9 Вероятность рождения с двумя заболеваниями составляет $0/4 = 0\%$. 0.10
B11  1.10 Мужчина с протанопией и тританопией женился на женщине с нормальным зрением. У них родились сын с тританопией (без протанопии) и дочь с протанопией (без тританопии). Какова вероятность рождения здорового ребёнка от этого брака? Какова вероятность рождения ребёнка с обеими аномалиями?

1 Генотип дочери $\mathrm{aaX^pX^p}$ (протанопия и отсутствие тританопии). 0.10
2 Генотип сына $\mathrm{AaX^PY}$ (тританопия, протанопия отсутствует). 0.10
3 Генотип отца - $\mathrm{AaX^pY}$ (протанопия и тританопия [следовательно, $\mathrm{A}$, второй определенно $\mathrm{a}$, т.к. он должен быть у дочери]). 0.10
4 Генотип матери — $\mathrm{aaX^PX^p}$ (нормально у обоих [должно быть $\mathrm{X^P}$ для сына и $\mathrm{X^p}$ для дочери]). 0.10
5 Возможные гаметы отца: $\mathrm{aX^p}$, $\mathrm{aY}$, $\mathrm{AX^p}$, $\mathrm{AY}.$ 0.20
6 Возможные гаметы матери: $\mathrm{aX^P}$, $\mathrm{aX^p}.$ 0.10
7 Правильная таблица с генотипом потомков. 0.20
8 Вероятность родиться здоровым составляет $2/8 = 25\%$. 0.10
9 Вероятность рождения с двумя заболеваниями составляет $2/8 = 25\%$. 0.10
C1  0.70 Определите максимум поглощения образцов (с точностью $\pm 10$ нм).

1 Утверждение «Если образец имеет определенный цвет, он поглощает все остальные цвета» в любой правильной форме. 0.10
2 Оранжевый образец 1 не поглощает красный и зеленый, но поглощает синий; поэтому кривая самая левая. 0.10
3 Синий образец 2 не поглощает синий/голубой, но поглощает красный и немного зеленого; поэтому это самая правая кривая. 0.10
4 Фиолетовый образец 3 не поглощает синий и красный, но поглощает зеленый; поэтому средняя кривая. 0.10
5 1: $\in 480; 500~\text{нм}.$ 0.10
6 2: $\in 580; 600~\text{нм}.$ 0.10
7 3: $\in 535; 555~\text{нм}.$ 0.10
C2  0.30 Определите, в каком направлении (наружу или внутрь) происходит перекачка протонов в этом эксперименте?

1 Ответ: в этом эксперименте микробные родопсины перекачивают протоны из раствора в клетку. 0.30
C3  0.70 Оцените начальную скорость перекачки протонов $q$. Скорость равна числу протонов, перекачиваемых за единицу времени микробными родопсинами через все клетки данной экспериментальной системы.

1 Правильный метод оценки, самый простой — использовать начальную точку. 0.10
2 Понимание того, как преобразовать pH в концентрацию. 0.10
3 Правильное уравнение для $\frac{dC}{dt}.$ 0.20
4 $q=\frac{dC}{dt} VN_a = 2,47 \cdot 10^{13}~\text{s}^{-1}.$ 0.20
5 Числовой ответ $q \in [2.2;3.2] \cdot 10^{13}~\text{s}^{-1}.$ 0.10
C4  0.70 Оцените площадь поверхности одной клетки E. coli, используя для этого изображение, полученное при помощи электронного микроскопа (рис. 9).

1 Формула для оценки $S=2\pi rl.$ 0.20
2 Correct estimation of $l$ from photo. 0.20
3 Правильная оценка $r$ по фотографии. 0.20
4 Числовой ответ $S \in [3.0; 7.5]~ \mu\text{m}^2.$ 0.10
C5  0.50 Оцените скорость прокачки $q_1$ через одну молекулу микробного родопсина. Концентрация клеток в сосуде составляет $n_{cells}=6.4 \cdot 10^9$мл$^{-1}$. Анализ поверхности мембраны при помощи электронного микроскопа показал, что концентрация молекул микробного родопсина на поверхности мембраны составляет $\sigma = 5 \cdot 10^3 \mu m^{-2}$.

1 Количество клеток

$$N_{cell}=nV=1,92 \cdot 10^{10}.$$
0.10
2 Скорость прокачки через одну клетку

$$q_{cell}=\frac{q}{N_{cell}} = 1,290 \cdot 10^3~ \text{s}^{-1}.$$
0.10
3 Количество белков в одной клетке:

$$ N_{prot}=\sigma S = 1,87 \cdot 10^4 . $$
0.10
4 Скорость прокачки через одну молекулу (уравнение):
$$q_1 = \frac{q_{cell}}{N_{prot}} = 6,9 \cdot 10^{-2}~\text{s}^{-1}.$$
0.10
5 Скорость прокачки через одну молекулу

$$q_1 \in [3, 12] \cdot 10^{-2}~\text{s}^{-1}.$$
0.10
C6  1.00 По результатам эксперимента определите $\alpha$. Укажите единицы измерения $\alpha$.

1 В конце устанавливается равновесие, и потоки равны:

$$j = \frac{q}{SN_{cell} } = 345~ \frac{1}{\mu \text{m}^2 \cdot s}.$$
0.10
2 Согласно графику, через 300 с можно предположить насыщение, а конечная концентрация снаружи равна

$$c_{out}= 10^{-6,7}~\text{моль}/\text{л} = 2,0 \cdot 10^{-7} ~\text{моль}/{л}.$$
0.10
3 оцениваем объём одной клетки как

$$V_1 = \pi r^2 l = 0,50~\mu \text{m}^3.$$
0.20
4 Рассчитываем конечную концентрацию внутри, используя тот факт, что количество протонов, вошедших в клетку, равно количеству протонов, покинувших объём жидкости.

$$c_{in} = \frac{c_0 V_1 N_{cell} + (c_0-c_{out,f} ) V }{ V_1 N_{cell} } = c_0+ \frac{(c_0-c_{out,f} )V }{V_1 N_{cell}}.$$
0.20
5 Числовое значение $$c_{in} = 2,49 \cdot 10^{-4}~ \text{моль}/{л}.$$ 0.10
6 Рассчитываем проницаемость:

$$\alpha = \frac{q}{SN_{cell} (n_{in}-n_{out} ) } = \frac{2.47 \cdot 10^{13}~\text{s}^{-1}}{3.73 \cdot 10^{-12}~\text{m}^2 \cdot 1.92 \cdot 10^{10} \cdot 1.50 \cdot 10^{23}~\text{m}^{-3} } = 2.3 \cdot 10^{-9}~\text{m}/\text{s}.$$
0.10
7 Числовой ответ

$$\alpha \in [0,8, 11] \cdot 10^{-9}~\text{м}/\text{с}.$$
0.10
8 Указание единиц измерения для $\alpha$ 0.10