BIOFIZIKA: ISTORIJA, JOS STUDIJOS, TAIKYMAI, SĄVOKOS, METODAI - BIOLOGIJA - 2024

Į biofizika yra fizikos dėsnių, veikiančių gyvųjų organizmų tyrimas. Tai tarpdisciplininis mokslas, kuriame fizikos metodai ir metodai taikomi tiriant biologinius reiškinius.

Taip pat žinoma kaip fizinė biologija, dalis idėjos, kad visi gamtoje stebimi reiškiniai turi nuspėjamą mokslinį paaiškinimą ir kad visas gyvas sistemas sudaro procesai, pagrįsti fizikiniais įstatymais.

Dviguba DNR grandinės spiralė. Viena iš pagrindinių išvadų biofizikoje. Šaltinis: Joseluissc3

Diskusija, kurioje biofizika laikoma fizikos, biologijos ar abiejų sričių šaka, yra įprasta. Šiuo atveju svarbu pastebėti, kad tendencija tai laikyti biologijos šaka.

Taip yra todėl, kad keitimasis žiniomis paprastai vyksta nuo fizikos iki biologijos, kurią praturtina fizinė pažanga ir sąvokos. Bet to paties indėlio negalima patvirtinti atvirkščiai, ty grynos fizikos požiūriu negalima sakyti, kad biofizika suteikia naujų žinių.

Biofizika teikia fizikams eksperimentinius įrodymus ir taip leidžia patvirtinti teorijas, tačiau fizikos ir biologijos mainai yra aiškiai vienakryptiai.

Biofizikai yra mokomi kiekybinių fizikos, matematikos ir chemijos mokslų, kad galėtų ištirti viską, kas susiję su biologinių sistemų veikimu, struktūra, dinamika ir sąveika. Šios sistemos apima sudėtingas molekules, ląsteles, organizmus ir ekosistemas.

Istorija

Biofizikos ištakos siekia XVII amžių, kai gamtos mokslai dar nebuvo suskirstyti į atskiras disciplinas ir tuo metu, kai buvo atlikti pirmieji bioliuminescencijos tyrimai.

Pirmasis aptiktas tyrimas buvo atliktas vokiečių jėzuitų Athanasiaus Kircherio (1602–1680), kuris paskelbė savo darbą „Ars Magna Lucis et Umbrae“ ir skyrė du skyrius apie gyvūnų liuminescenciją.

Elektros energijos ir biologijos sąsaja buvo spėliojama ne tik XVII a., Bet ir kitus du šimtmečius. Jo metu buvo akivaizdus žmogaus susižavėjimas gyvuline ir natūralia elektra, pavyzdžiui, ugniagesiais ar natūraliais žaibo iškrovomis.

Šioje tyrimų linijoje Italijoje buvo aptikti Giovanni Beccaria eksperimentai su raumenų elektrine stimuliacija, o XVIII amžiaus viduryje - tai sukūrė žinių šioje srityje.

1786 m. Luigi Galvani pradėjo ginčą dėl gyvūnų elektrinio potencialo. Jo priešininkas buvo ne kas kitas, o Alessandro Volta, kuris, kurdamas elektrinę bateriją, šiek tiek pažadino mokslinį susidomėjimą gyvų būtybių elektriniu potencialu.

XIX a

Vienas pagrindinių XIX a. Indėlių buvo du Bois-Reymond fiziologijos profesorius Berlyne, kuris pastatė galvanometrus ir atliko raumenų srovės bei nervų elektrinio potencialo tyrimus. Šis tyrimo objektas tapo vienu iš biofizikos ištakų.

Kitas iš jų buvo jėgos, atsakingos už pasyvų materijos srautą gyvuose organizmuose, ypač difuzijos gradientus ir osmosinį slėgį. Kartu išsiskiria Abbé JA Nollet ir Adolfo Ficko įnašai.

Pastaroji paskelbė pirmąjį biofizinį tekstą „Die medizinische Physik“ arba „Medical Physics“ ispanų kalba. Ficko darbe eksperimentai nebuvo atlikti, greičiau buvo iškelta analogija su šilumos tėkmės dėsniais, kurie leido išaiškinti difuziją reglamentuojančius įstatymus. Vėliau atlikti laboratoriniai eksperimentai parodė, kad analogija buvo tiksli.

Dvidešimtas amžius

XX amžius buvo būdingas tam tikru vokiečių mokslininkų, kurie daugiausia dėmesio skyrė radiacijos poveikio tyrimui, įvaldymu.

Svarbus šio laikotarpio etapas buvo knygos „Qué es la vida?“ Išleidimas. , Erwinas Schrödingeris 1944 m. Jame buvo pasiūlyta gyvų būtybių molekulės, turinčios genetinę informaciją kovalentiniais ryšiais, egzistavimas.

Ši knyga ir ta idėja įkvėpė kitus mokslininkus ir paskatino juos atrasti dvigubą spiralės DNR struktūrą 1953 m. Tai buvo Jamesas Watsonas, Rosalindas Franklinas ir Francisas Crickas.

XX amžiaus antroje pusėje akivaizdi biofizikos branda. Tais laikais jau buvo pristatomos universitetų programos ir ji buvo populiari kitose šalyse už Vokietijos ribų. Be to, tyrimas įgavo vis didesnį pagreitį.

Kas studijuoja (studijų objektas)

Biomechanika yra viena iš biofizikos šakų. Šaltinis: „Mutuauniversal“

Biofizikos studijų sritis apima visas biologinės organizacijos grandis - nuo molekulinių iki organinių ir kitų sudėtingesnių sistemų. Atsižvelgiant į dėmesį, biofiziką galima suskirstyti į šias sritis:

- Biomechanika: tiriamos gyvų būtybių mechaninės struktūros, leidžiančios joms judėti.

- Bioelektriškumas: tiriami elektromagnetiniai ir elektrocheminiai procesai, kurie vyksta organizmuose arba sukuria jiems poveikį.

- Bioenergetika: jos tyrimo objektas yra energijos, vykstančios biosistemose, transformacija.

- Bioakustika: tai mokslas, tiriantis garso bangų susidarymą, jų perdavimą tam tikromis priemonėmis ir gaudymą kitais gyvūnais ar gyvomis sistemomis.

- Biofotonika: daugiausia dėmesio skiriama gyvų daiktų ir fotonų sąveikai.

- Radiobiologija : tiriamas biologinis radiacijos (jonizuojančiosios ir nejonizuojančiosios) poveikis ir jos pritaikymas lauke bei laboratorijoje.

- Baltymų dinamika: ištirkite baltymų molekulinius judesius ir įvertinkite jų struktūrą, funkcijas ir lankstumą.

- Molekulinis ryšys : pagrindinis dėmesys skiriamas informacijos generavimo, perdavimo ir priėmimo tarp molekulių tyrimams.

Programos

Biofizikos išnagrinėtos temos gali sutapti su biochemijos, molekulinės biologijos, fiziologijos, nanotechnologijų, bioinžinerijos, sistemų biologijos, skaičiavimo biologijos ar fizinės chemijos temomis. Tačiau pabandysime apibrėžti pagrindinius biofizikos taikymo būdus.

Suradus DNR ir jos struktūrą, biofizika prisidėjo prie vakcinų kūrimo, vaizdo gavimo metodų, leidžiančių diagnozuoti ligas, sukūrimo ir naujų farmakologinių metodų, skirtų tam tikroms patologijoms gydyti, sukūrimo.

Suvokus biomechaniką, ši biologijos sritis leido sukurti geresnius protezus ir geresnes nanomedžiagas, kuriomis būtų galima tiekti vaistus.

Šiandien biofizika pradėjo daug dėmesio skirti klausimams, susijusiems su klimato pokyčiais ir kitais aplinkos veiksniais. Pvz., Dirbama kuriant biokurą per gyvus mikroorganizmus, siekiant pakeisti benziną.

Taip pat tiriamos mikrobų bendrijos, o į atmosferą patenkančios terpės stebimos gautomis žiniomis.

Pagrindinės sąvokos

- Sistemos : tai tvarkingas elementų, esančių tarp realių ar įsivaizduojamų ribų, visuma, susieta ir sąveikaujanti tarpusavyje.

- Baltymai : didelės molekulės, randamos visose gyvose ląstelėse. Jie sudaryti iš vienos ar kelių ilgų amino rūgščių grandinių, kurios elgiasi kaip mašinos, atliekančios labai įvairias funkcijas, tokias kaip struktūrinės (citoskeletas), mechaninės (raumenys), biocheminės (fermentai) ir ląstelių signalizacijos (hormonai).

- Biomembranos : skysčių sistema, atliekanti daugybę biologinių funkcijų, dėl kurių jie turi pritaikyti savo sudėtį ir įvairovę. Jie yra visų gyvų būtybių ląstelių dalis ir yra ta vieta, kur kaupiamos nesuskaičiuojamos mažos molekulės ir yra baltymų inkaras.

- Laidumas : tai šilumos srautas kietomis terpėmis dėl vidinės molekulių vibracijos, taip pat laisvieji elektronai ir susidūrimai tarp jų.

- Konvekcija : reiškia energijos srautą skysčio (skysčio ar dujų) srovėmis, tai yra skysčio ar dujų tūrio judėjimas.

- Spinduliuotė : šilumos perdavimas elektromagnetinėmis bangomis.

- Dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) : molekulės, kurioje yra genetinė informacija apie visas gyvas būtybes, cheminis pavadinimas. Jų pagrindinė funkcija yra kaupti ilgalaikį informacijos kaupimą su kitais ląstelių komponentais. Jie taip pat turi instrukcijas, naudojamas visų gyvų organizmų kūrimui ir veikimui.

- Nervinis impulsas : tai elektrocheminis impulsas, kuris atsiranda centrinėje nervų sistemoje arba jutimo organuose esant dirgikliui. Ši elektrinė banga, tekanti per visą neuroną, visada perduodama viena kryptimi, įeinant per ląstelių dendritus ir išeinant per aksoną.

- Raumenų susitraukimas: fiziologinis procesas, kurio metu raumenys įtempiami, todėl jie gali sutrumpėti, likti ar ištempti dėl jį sudarančių struktūrų slydimo. Šis ciklas yra susijęs su raumenų pluošto struktūra ir elektrinio potencialo perdavimu per nervus.

Metodai

Biofizikas AV Hill mano, kad psichinis požiūris būtų pagrindinis biofiziko įrankis. Remdamasis tuo kaip pagrindą, jis teigia, kad biofizikai yra tie asmenys, kurie gali išreikšti problemą fizine prasme ir kurie skiriasi ne dėl tam tikrų naudojamų metodų, bet pagal tai, kaip jie formuoja ir puola problemas.

Prie to pridedamas gebėjimas naudoti sudėtingas fizikines teorijas ir kitas fizines priemones natūraliems objektams tyrinėti. Be to, jie nepriklauso nuo komerciškai pagamintų instrumentų, nes paprastai jie turi specialios įrangos surinkimo patirties biologinėms problemoms spręsti.

Cheminių analizių ir kitų diagnostinių procesų automatizavimas naudojant kompiuterius yra aspektai, į kuriuos reikia atsižvelgti dabartiniuose biofizikiniuose metoduose.

Be to, biofizikai kuria ir naudoja kompiuterinio modeliavimo metodus, su kuriais jie gali manipuliuoti ir stebėti sudėtingų molekulių formas bei struktūras, taip pat virusus ir baltymus.

Nuorodos

1. Saliamonas, A. (2018 m. Kovo 30 d.). Biofizika. „Encyclopædia Britannica“. Susigrąžinta svetainėje britannica.com
2. Biofizika. (2019 m. Rugsėjo 18 d.). Vikipedija, enciklopedija. Atkurta iš wikipedia.org
3. Vikipedijos bendradarbiai. (2019 m. Rugsėjo 23 d.). Biofizika. Vikipedijoje, nemokama enciklopedija. Atkurta iš wikipedia.org
4. Kas yra biofizika? Žinoti jos studijų šakas ir istoriją. (2018 m. Lapkričio 30 d.). Atkurta iš branchdelabiologia.net
5. Byofizikos draugija. (2019) Kas yra biofizika. Atkurta iš biophysics.org
6. Nahle, Nasifas. (2007 m.) Didaktinis straipsnis: Biofizika. Biologijos kabineto organizacija. Atkurta iš biocab.org