A biofizika az élő szervezetekben működő fizikai törvények tanulmányozása. Ez egy interdiszciplináris tudomány, amely a fizika megközelítéseit és módszereit alkalmazza a biológiai jelenségek tanulmányozására.
Fizikai biológiaként is ismert, annak az ötletnek a része, hogy a természetben megfigyelt jelenségek kiszámítható tudományos magyarázattal rendelkeznek, és hogy minden élő rendszer fizikai törvényeken alapuló folyamatokból áll.
A DNS-lánc kettős spirálja. A biofizika egyik fő megállapítása. Forrás: Joseluissc3
Általános a vita, amelyben a biofizika a fizika, a biológia vagy mindkettő egyik ága. Ebben az esetben fontos megjegyezni, hogy az a tendencia, hogy biológiai ágazatnak tekintik.
Ennek oka az, hogy az ismeretek cseréjét általában a fizikától a biológiáig kell generálni, amelyet a fizikai fejlődés és a koncepciók gazdagítottak. Ugyanezt a hozzájárulást azonban nem lehet fordított módon megerősíteni, vagyis a tiszta fizika szempontjából nem mondhatjuk, hogy a biofizika új ismereteket kínál.
A biofizika kísérleti bizonyítékokat szolgáltat a fizika számára, és így lehetővé teszi az elméletek alátámasztását, ám a fizika és a biológia közötti információcsere nyilvánvalóan egyirányú.
A biofizikákat a fizika, a matematika és a kémia kvantitatív tudományaiban képzik, hogy mindent megtudjanak a biológiai rendszerek működésével, felépítésével, dinamikájával és interakcióival kapcsolatban. Ezek a rendszerek komplex molekulákat, sejteket, organizmusokat és ökoszisztémákat tartalmaznak.
Történelem
A biofizika eredete a tizenhetedik századra nyúlik vissza, amikor a természettudományokat még nem osztották szét külön tudományágakkal, és abban az időben, amikor a biolumineszcencia első vizsgálatát végezték el.
Az első felfedezett vizsgálatot a német jezsuita, Athanasius Kircher (1602-1680) végezte, aki publikálta Ars Magna Lucis és Umbrae munkáját, és két fejezetet szentelt az állatok fényének.
A villamos energia és a biológia kapcsolatát nemcsak a tizenhetedik században, hanem a következő két évszázadban is spekulációnak vettek alá. Megközelítése során nyilvánvalóvá vált az ember iránti kedv az állati és természetes elektromos áram iránt, például a szentjánosbogarak vagy a villámcsapások miatt.
Ebben a kutatási sorozatban Giovanni Beccaria izmok elektromos stimulációjára irányuló kísérleteit fedezték fel Olaszországban és a 18. század közepén, amelyek ezen a területen tudást generáltak.
1786-ban Luigi Galvani vitát kezdett az állatok elektromos potenciáljáról. Ellenfele nem más volt, mint Alessandro Volta, aki az elektromos elem fejlesztésével kissé megfékezte az élőlények elektromos potenciáljának tudományos érdeklődését.
Században
Az egyik legfontosabb hozzájárulás a 19. században Du Bois-Reymond, a berlini élettani professzor részéről, aki felépítette a galvanométereket és végzett vizsgálatokat az izmok áramáról és az idegek elektromos potenciáljáról. Ez a tanulmányi tárgy a biofizika egyik kiindulópontjává vált.
Egyikük az élő organizmusokban az anyag passzív áramlásáért felelős erők, különösen a diffúziós gradiensek és az ozmotikus nyomás. Ezen a vonalon kiemelkedik Abbé JA Nollet és Adolf Fick közreműködése.
Ez utóbbi adta ki spanyolul az első biofizikai szöveget a Die medizinische Physik vagy Medical Physics. Fick munkájában nem végeztek kísérleteket, inkább egy analógiát vettek fel a hőáramlás törvényeivel, amely lehetővé tette a diffúzió szabályozására vonatkozó törvények bemutatását. Későbbi laboratóriumi kísérletek azt mutatták, hogy az analógia pontos volt.
Huszadik század
A huszadik századot a német tudósok bizonyos szintű elsajátításával kezdték jellemezni, akik a sugárzás hatásainak vizsgálatára koncentráltak.
Ezen időszak fontos mérföldköve a ¿Qué es la vida? Könyv kiadása volt., Erwin Schrödinger által 1944-ben. Ebben javaslatot tett egy olyan molekula létezésére élőlényekben, amely genetikai információt tartalmazott kovalens kötésekben.
Ez a könyv és az ötlet inspirálta más tudósokat, és arra késztette őket, hogy 1953-ban fedezzék fel a DNS kettős hélix szerkezetét. James Watson, Rosalind Franklin és Francis Crick tették a felfedezést.
A 20. század második felében nyilvánvalóan érett a biofizika. Akkoriban már bemutatták az egyetemi programokat, és Németországon kívüli más országokban is népszerű volt. Ezenkívül a vizsgálat egyre ritmusba kezdett.
Mit tanul (a tárgy tárgya)
A biomechanika a biofizika egyik ága. Forrás: Mutuauniversal
A biofizika vizsgálati területe a biológiai szervezet minden szintjére kiterjed, a molekuláris és a szerves és más összetettebb rendszerekig. A figyelmetől függően a biofizika a következő ágazatokra osztható:
- Biomechanika: az élőlényekben létező és azok mozgását lehetővé tevő mechanikai szerkezetek tanulmányozása.
- Bioelektromosság: az organizmusokban bekövetkező vagy rájuk hatást okozó elektromágneses és elektrokémiai folyamatok vizsgálata.
- Bioenergetika: Tanulmányának tárgya az energia transzformációja, amely a bioszisztémákban zajlik.
- Bioakusztika: ez a tudomány vizsgálja a hanghullámok előállítását, azok valamilyen módon történő továbbítását és más állatok vagy élő rendszerek általi elfogását.
- Biofotonika: az élőlények fotonokkal való kölcsönhatására összpontosít.
- Radiobiológia: a sugárzás (ionizáló és nem ionizáló) biológiai hatásainak és alkalmazásának vizsgálata a terepen és laboratóriumban.
- Fehérjedinamika: tanulmányozza a fehérjék molekuláris mozgását, és fontolja meg azok szerkezetét, működését és hajtogatását.
- Molekuláris kommunikáció: a molekulák közötti információ előállításának, továbbításának és vételének tanulmányozására összpontosít.
Alkalmazások
A biofizika által vizsgált témák átfedésben lehetnek a biokémiai, a molekuláris biológia, a fiziológia, a nanotechnológia, a biogazdálkodás, a rendszerbiológia, a számítási biológia vagy a fizikai kémia témáival. Megpróbáljuk azonban körülhatárolni a biofizika fő alkalmazási lehetőségeit.
A DNS és annak felépítésének felfedezésével a biofizika hozzájárult a vakcinák létrehozásához, a képalkotó technikák kifejlesztéséhez, amelyek lehetővé teszik a betegségek diagnosztizálását, és új farmakológiai módszerek létrehozására szolgál bizonyos patológiák kezelésére.
A biomechanika megértésével a biológia ezen ága lehetővé tette a jobb protézisek és a jobb nanoanyagok tervezését, amelyekkel a gyógyszerek szállíthatók.
Ma a biofizika az éghajlatváltozással és más környezeti tényezőkkel kapcsolatos kérdésekre koncentrált. Például folyik a bioüzemanyagok fejlesztése élő mikroorganizmusokon keresztül a benzin helyett.
Mikrobiális közösségeket is vizsgálnak, és a légkörben található szennyező anyagokat a megszerzett ismeretekkel követik nyomon.
Fő fogalmak
- Rendszerek: a valós vagy képzeletbeli határok között szereplő elemek rendezett összesítése, amelyek összefüggenek és kölcsönhatásba lépnek egymással.
- Fehérjék: nagy molekulák, amelyek minden élő sejtben megtalálhatók. Egy vagy több hosszú aminosavláncból állnak, amelyek úgy viselkednek, mint a gépek, amelyek sokféle funkciót látnak el, például szerkezeti (citoszkeleton), mechanikai (izom), biokémiai (enzimek) és sejtjelző (hormonok).
- Biomembránok: folyadékrendszer, amely számos biológiai funkciót tölt be, amelynek összetételét és sokszínűségét adaptálnia kell. Minden élőlény sejtjeinek részét képezik, és itt számtalan kis molekulát tárolnak, és a fehérjék horgonyaként szolgálnak.
- Vezetés: ez a hő áramlása szilárd közegeken, a molekulák belső rezgése, valamint a szabad elektronok és a közöttük lévő ütközések miatt.
- Konvekció: egy folyadék (folyadék vagy gáz) áramán keresztül áramló energiaáram, folyadék vagy gáz mennyiségének mozgása.
- Sugárzás: hőátadás elektromágneses hullámokon keresztül.
- Dezoxiribonukleinsav (DNS): a molekula kémiai neve, amely az összes élőlény genetikai információit tartalmazza. Legfontosabb funkciójuk a hosszú távú információk tárolása a sejtek más alkotóelemeivel való összeépítéshez, és rendelkeznek minden élő organizmus fejlesztésére és működésére vonatkozó utasításokkal is.
- Ideges impulzus: ez egy olyan elektrokémiai impulzus, amely inger jelenlétében a központi idegrendszerből vagy az érzékszervekből származik. Ez a teljes neuronon áthaladó elektromos hullám mindig egyirányúan továbbad, bejutva a sejtek dendritein keresztül és távozik az axonon.
- Izom-összehúzódás: fiziológiás folyamat, amelyben az izmok megfeszülnek, lerövidülve, megmaradva vagy nyújtva őket az azt alkotó struktúrák csúszása miatt. Ez a ciklus kapcsolódik az izomrostok felépítéséhez és az elektromos potenciál idegeken keresztüli átviteléhez.
Mód
Az AV Hill biofizikus úgy véli, hogy a mentális hozzáállás lenne a biofizikus fõ eszköze. Ennek alapjaként azt állítja, hogy a biofizikák azok az egyének, akik fizikai szempontból kifejezhetik a problémát, és akiket nem különböztenek meg az alkalmazott technikák, hanem a problémák megfogalmazásának és megtámadásának módja.
Ehhez adódik az a képesség is, hogy bonyolult fizikai elméletet és egyéb fizikai eszközöket használjunk a természeti tárgyak tanulmányozására. Ezenkívül nem függnek a kereskedelemben épített műszerektől, mivel általában speciális felszereléssel rendelkeznek tapasztalattal a biológiai problémák megoldására.
A kémiai elemzések és más diagnosztikai folyamatok számítógépes felhasználásával történő automatizálása olyan szempontok, amelyeket figyelembe kell venni a jelenlegi biofizikai módszereknél.
Ezenkívül a biofizikusok számítógépes modellezési módszereket dolgoznak ki és használnak, amelyekkel manipulálhatják és megfigyelhetik az összetett molekulák alakját és szerkezetét, valamint a vírusokat és fehérjéket.
Irodalom
- Solomon, A. (2018, március 30.). Biofizika. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva a britannica.com webhelyen
- Biofizika. (2019, szeptember 18). Wikipedia, Az Encyclopedia. Helyreállítva a wikipedia.org oldalról
- Wikipedia közreműködői. (2019, szeptember 23.). Biofizika. A Wikipediaban, a Ingyenes enciklopédia. Helyreállítva a wikipedia.org oldalról
- Mi a biofizika? Ismerje meg a tanulmányi ágakat és történelmét. (2018, november 30). Helyreállítva a branchdelabiologia.net webhelyről
- Byophysical Society. (2019) Mi az a biofizika. Helyreállítva a biophysics.org webhelyről
- Nahle, Nasif. (2007) Didaktikai cikk: Biofizika. Biológiai kabinet szervezet. Helyreállítva a biocab.org webhelyről