Biofizică
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de
versiunea revizuită pe 24 decembrie 2019; verificările necesită
9 modificări .
Biofizică (din altă greacă βίος - viață , alta greacă φύσις - natură ):
- o ramură a biologiei care studiază aspectele fizice ale existenței faunei sălbatice la toate nivelurile sale, de la molecule și celule până la biosfera în ansamblu;
- ramură a fizicii matematice moderne care studiază obiectele biologice ca un fel de sisteme fizice neliniare complexe;
- știința proceselor fizice care au loc în sistemele biologice de diferite niveluri de organizare și influența diferiților factori fizici asupra obiectelor biologice. Biofizica este chemată să dezvăluie legăturile dintre mecanismele fizice care stau la baza organizării obiectelor vii și caracteristicile biologice ale activității lor de viață.
În general, putem spune că biofizica studiază trăsăturile acțiunii legilor fizice la nivelul biologic al organizării materiei și energiei .
„Cel mai important conținut al biofizicii este: găsirea principiilor generale ale interacțiunilor semnificative din punct de vedere biologic la nivel molecular, dezvăluirea naturii lor în conformitate cu legile fizicii moderne, chimia folosind cele mai recente progrese ale matematicii și dezvoltarea pe baza acestui generalizat inițial. concepte care sunt adecvate fenomenelor biologice descrise” [1] .
Conform nomenclaturii UNESCO, biofizica este o ramură a biologiei și are codul 2406 [2] .
Ramuri ale biofizicii
Conform nomenclaturii UNESCO în biofizică există secțiuni [2] :
- 2406.01 Bioacustică (comunicare și amplasare în medii cu aer și apă)
- 2406.02 Bioelectricitate (potențial de membrană, informații și procese integrale, CNS și ANS)
- 2406.03 Bioenergie (furnizare de energie și producere de căldură)
- 2406.04 Biomecanica
- 2406.05 Biooptică (bioluminiscență, viziune și procesare a informațiilor)
- 2406.06 Fizică medicală (metode de diagnostic, fizioterapie și patogeneză)
- 2406. Biofizica sistemelor complexe (geneza sistemului, sinergismul primar, evoluția, dezvoltarea individuală, nivelurile de organizare a biosistemelor)
- 2406. Biofizica sistemelor senzoriale ( psihofizica )
- 2406. Biofizica mediului (mediu, fizica spatiala)
- 2406. Biofizica proceselor periodice ( Bioritmologie )
- 2406. Biofizica dezvoltării și evoluției
- 2406. Biofizica metabolismului (transfer de masă, termoreglare, hemodinamică)
- 2406.99 Altele
Clasificarea de mai sus se bazează pe principiul organizării structurale a obiectelor și este destinată pentru o comoditate maximă de a prezenta noile dezvoltări, demonstrând în același timp problemele tendințelor avangardiste și dificultățile în formarea și dezvoltarea subiectelor și tendințelor semnificative. Pentru studiul cursului general de biofizică al școlii tradiționale este mai acceptabilă următoarea clasificare [3] . Dar timpul a arătat caracterul limitativ al vechii școli, care menționează în cel mai bun caz baza științei însăși - biofizica sistemelor complexe. Din această cauză, o armată uriașă de specialiști cu profil îngust foarte educați ocolesc conceptele de bază ale vieții și activității vitale, geneza sistemului și funcțiile superioare ale organismelor complexe. Acest lucru a limitat dezvoltarea acestor domenii și pregătirea specialiștilor în domenii științifice problematice.
- Biofizica sistemelor complexe:
- aparatul conceptual, obiectele și nivelurile lor de organizare în FSN
- sistemogeneza și tipurile sale în reproducerea organismelor - sinergogeneză, somatogeneză, morfogeneză
- ierarhie şi clasificare în FSU
- factori de formare a sistemului și mecanisme în formarea comunicațiilor de sistem și a obiectelor sistemului
- metodologia de sistemologie și rolul său reproductiv creativ în BSS și eficacitatea aplicării sale în alte domenii științifice și practice.
- Biofizica comunicațiilor și biofizica senzorială:
- sistemele senzoriale și mecanismele lor de translație a semnalului;
- psihofizica canalelor de transformare a informaţiei
- psihofizica proceselor integrale de percepție și biofizica polimodală
- metode expert de cercetare și biodetecție prin culturi și preparate
- modalități de studiu și măsurători directe și instrumentale (stimulu transformat, transformat, îmbunătățit, modificat) în știință și practică.
- Biofizica teoretica:
- biofizică matematică, modelare matematică și informațională a structurilor și funcțiilor obiectelor de biofizică;
- metode de fizică teoretică în biofizică:
- cinetica proceselor biologice;
- termodinamica proceselor biologice: transformări energetice în structurile vii;
- Biofizica moleculara:
- fundamentele fizice și structurale ale organizării și funcționării biopolimerilor
- sisteme supramoleculare și submoleculare;
- metode de studiere și modelare (simbolică și/sau grafică) reflectării și predicției structurilor moleculare
- biofizică cuantică ;
- Biofizica celulei și a proceselor celulare:
- biofizica proceselor membranare:
- proprietățile și structura membranelor biologice și a părților acestora;
- mecanisme de transport prin biomembrane;
- Biofizica metabolismului
- Biofizica proceselor fotobiologice :
- bazele fotosintezei, structurile și funcțiile (mecanismele) fotosintezei;
- impactul surselor exterioare de lumină asupra sistemelor vii și adaptarea la solarizare;
- biofizica radiațiilor - efectele radiațiilor ionizante asupra organismului ;
- transferul de masă, reglarea căldurii și reacțiile sistemice în procesele metabolice ale organismului.
- Biofizica aplicata:
- bioinformatica: deși nu este propria sa ramură a biofizicii, este foarte strâns legată de aceasta;
- biometrie;
- biomecanica : functiile si structura sistemului musculo-scheletic si miscarile fizice ale sistemelor biologice;
- biofizica proceselor evolutive și dezvoltarea individuală în biomedicină;.
- biofizică medicală (patologică):
- patogeneză și metode de recuperare compensatorie și reconstructivă;
- metodele fizice de cercetare și influență și eficacitatea lor (rezoluție, influență, efecte secundare ale aplicării);
- optimizarea condiţiilor biofizice ale mediilor de productivitate şi calitatea proceselor din biotehnologii.
- Biofizica mediului:
- factori tehnologici și naturali de mediu;
- habitate multifactoriale ale migranților și biotehnologii (locuințe și teritorii, tratament în stațiune, transport, acvanautică, astronautică, biotroni etc.);
- vremea spațială și influența astrofizică a spațiului apropiat (factori geo și helio) și îndepărtat (adânc);
- bioritmologie și factori externi de sincronizare și desincronizare a bioritmurilor;
- măsuri sistemice și locale pentru prevenirea influențelor negative ale mediului (biomedicină).
Istoricul cercetării
Putem spune că originile biofizicii ca știință au fost opera lui Erwin Schrödinger „Ce este viața din punct de vedere al fizicii” ( 1945 ), care a luat în considerare câteva probleme importante, precum fundamentele termodinamice ale vieții, structura generală a vieții. caracteristicile organismelor vii, corespondența fenomenelor biologice cu legile mecanicii cuantice etc.
Deja în stadiile inițiale ale dezvoltării sale, biofizica era strâns legată de ideile și metodele de fizică, chimie, chimie fizică și matematică și a folosit metode experimentale precise (spectrale, izotopice, difracție, radiospectroscopice) în studiul obiectelor biologice. Principalul rezultat al acestei perioade în dezvoltarea biofizicii este dovada experimentală a aplicabilității legilor de bază ale fizicii la obiectele biologice.
URSS
Primul Institut de Fizică și Biofizică din Moscova a fost înființat în 1927 . Dar nu a durat mult: în 1931, liderul său, academicianul Lazarev P.P. , a fost arestat și Institutul a fost închis [4] .
Linii moderne de cercetare
Biofizica sistemelor complexe și biofizica moleculară sunt în prezent dezvoltate intens .
Domenii moderne de cercetare în biofizică: influența factorilor geofizici cosmici asupra cursului reacțiilor fizice și biochimice, procese fotobiologice, modelare matematică, fizica structurilor proteinelor și membranelor, nanobiologie etc.
Cercetători majori în biofizică
- Luigi Galvani : a descoperit bioelectricitatea.
- Hermann Helmholtz : a măsurat mai întâi viteza impulsurilor nervoase.
- Alexander Leonidovich Chizhevsky - biofizician sovietic, fondator al heliobiologiei , aeroionificării, electrohemodinamicii , filosof. Pentru prima dată a dovedit științific influența vremii spațiale asupra biosferei.
- Pyotr Petrovici Lazarev este un biofizician rus și sovietic. El a creat teoria fizico-chimică a excitației (teoria ionică a excitației), a derivat o singură lege a iritației, a investigat procesul de adaptare fiziologică a organelor de simț (în principal vederea, precum și auzul, gustul și mirosul) la stimulii care acționează asupra lor, a derivat o singură lege a iritației, a dezvoltat problema aplicabilității legilor termodinamicii la procesele biologice.
- Irving Langmuir : A dezvoltat conceptul de acoperire organică cu o singură moleculă. Câștigător al Premiului Nobel pentru Chimie în 1932 .
- György von Bekesy : cercetător al urechii umane. Câștigător al Premiului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1961.
- Max Perutz și John Kendrew : Investigatorii cu raze X ai structurii proteinelor . Câștigători ai Premiului Nobel pentru Chimie în 1962.
- Maurice Wilkins : a descoperit structura moleculară tridimensională a ADN-ului . Câștigător al Premiului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1962.
- Gerd Binnig , Ernst Ruska , Heinrich Rohrer : au dezvoltat microscoapele de scanare cu forță atomică . 1986 , laureați ai Premiului Nobel pentru Fizică .
- Bernard Katz : A investigat rolul norepinefrinei în transmiterea sinaptică . Câștigător al Premiului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1970.
- Peter Mitchell : Autor al teoriei chimiosmotice a fosforilării oxidative. Câștigător al Premiului Nobel pentru Chimie în 1978.
- Erwin Neher și Bert Zakman : Au dezvoltat metoda de fixare a potențialului local . Câștigători ai Premiului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1991 .
- Peter Agre este laureatul Premiului Nobel pentru Chimie în 2003 pentru descoperirea și studiul acvaporinei . Premiul a fost împărțit cu Roderick McKinnon , un biochimist și cristalograf american, care în 1998 și colegii săi au reușit să obțină o structură moleculară tridimensională a canalului de potasiu bacterian și să dezvăluie natura selectivității acestuia.
Aplicații
Obiectele biologice, de regulă, sunt foarte complexe, iar procesele care au loc în ele sunt influențate de mulți factori, care depind adesea unul de celălalt. Fizica vă permite să creați modele simplificate ale unui obiect care sunt descrise de legile termodinamicii , electrodinamicii , mecanicii cuantice și clasice . Cu ajutorul corelării datelor fizice cu datele biologice, se poate obține o înțelegere mai profundă a proceselor din obiectul biologic studiat.
Există multe metode în fizică care, în forma lor originală, nu pot fi folosite pentru a studia obiectele biologice. Prin urmare, o altă sarcină a biofizicii este adaptarea acestor metode și tehnici pentru rezolvarea problemelor de biologie. Astăzi, pentru obținerea informațiilor în sistemele biologice, se folosesc diverse metode optice, analiza de difracție cu raze X folosind radiația sincrotron, spectroscopie RMN și EPR, spectroscopie cu 7 rezonanțe, diverse metode electrometrice, tehnici cu microelectrozi , metode de chemiluminiscență, spectroscopie laser, metoda de atomi marcați și etc. Este folosit în special pentru diagnostic și terapie medicală.
De asemenea, sunt dezvoltate tehnici speciale folosind efecte în perceperea anumitor efecte asupra formei biologice a materiei.
Vezi și
Note
- ↑ Rubin A. B. Biophysics Arhiva copie din 10 februarie 2008 la Wayback Machine (manual) în 2 vol. - M., 2002. C. 9.
- ↑ 1 2 Nomenclatură standard internațională propusă pentru domeniile științei și tehnologiei . Consultat la 26 iunie 2008. Arhivat din original pe 15 februarie 2016. (nedefinit)
- ↑ Pe baza materialelor: Rubin A. B. Biophysics Archival copie din 10 februarie 2008 la Wayback Machine (manual) în 2 vol. - M., 2002. C. 6.
- ↑ Gorelik G. E. Moscova, fizică, 1937. Arhivat pe 29 septembrie 2007 la Wayback Machine
Literatură
- Ackerman Yu. Biofizică. — M .: Mir, 1964. — 684 p.
- Biofizică / Ed. ed. acad. Academia de Științe a URSS P. G. Kostyuk . - K .: Şcoala Vyscha. Editura Head, 1988. - 504 p.
- Volkenshtein M. V. Biofizică: manual, ed. a 2-a, revizuită. si suplimentare — M.: Nauka. Ch. ed. Fiz.-Matematică. lit., 1988. - 592 p. — ISBN 5-02-013835-5
- Kudryashov Yu. B., Perov Yu. F., Rubin AB Biofizica radiațiilor: radiofrecvență și radiații electromagnetice cu microunde. Manual pentru universități. — M.: FIZMATLIT, 2008. — 184 p. — ISBN 978-5-9221-0848-5
- Rubin A. B. Biofizică . Manual în 2 vol. - M., 1999, 2002.
- Vladimirov Yu. A. , Roshchupkin D. I., Potapenko A. Ya., Deev A. I. Biofizica. - M . : Medicină, 1983. - 272 p.
Link -uri