Tyto biofyzika je studium fyzikálních zákonů působících v živých organismech. Je to interdisciplinární věda, která aplikuje přístupy a metody fyziky ke studiu biologických jevů.
Také známý jako fyzikální biologie, část myšlenky, že všechny jevy pozorované v přírodě mají předvídatelné vědecké vysvětlení a že všechny živé systémy jsou tvořeny procesy založenými na fyzikálních zákonech.
Dvojitá spirála řetězce DNA. Jeden z hlavních nálezů v biofyzice. Zdroj: Joseluissc3
Diskuse, ve které je biofyzika považována za odvětví fyziky, biologie nebo obojí, je běžná. V tomto případě je důležité poznamenat, že tendence je považovat za odvětví biologie.
Důvodem je, že výměna znalostí je obvykle vytvářena z fyziky do biologie, která byla obohacena o fyzický pokrok a koncepty. Stejný přínos však nelze potvrdit inverzním způsobem, tj. Z hlediska čisté fyziky nelze říci, že biofyzika nabízí nové znalosti.
Biofyzika poskytuje experimentální důkazy fyzice, a tak jí umožňuje potvrzovat teorie, ale výměna mezi fyzikou a biologií je zjevně jednosměrná.
Biofyzici jsou školeni v kvantitativních vědách fyziky, matematiky a chemie, aby studovali vše, co se týká fungování, struktury, dynamiky a interakce biologických systémů. Tyto systémy zahrnují komplexní molekuly, buňky, organismy a ekosystémy.
Dějiny
Počátky biofyziky sahají do sedmnáctého století, kdy se přírodní vědy dosud nerozdělily jako samostatné obory a v době, kdy bylo provedeno první zkoumání bioluminiscence.
První studie, která byla zjištěna, byla studie provedená německým jezuitem Athanasiem Kircherem (1602–1680), který publikoval své dílo Ars Magna Lucis et Umbrae a věnoval dvě kapitoly luminiscenci zvířat.
Spojení mezi elektřinou a biologií bylo předmětem spekulací nejen v sedmnáctém století, ale v následujících dvou stoletích. Během jeho přístupu se projevila fascinace člověka živočišnou a přírodní elektřinou, jako jsou světlušky nebo výboje přírodního blesku.
V této linii výzkumu byly v Itálii a v polovině 18. století odhaleny experimenty Giovanniho Beccaria s elektrickou stimulací svalů, které v této oblasti vytvářely znalosti.
V roce 1786 zahájil Luigi Galvani kontroverzi kolem elektrického potenciálu u zvířat. Jeho oponentem nebyl nikdo jiný než Alessandro Volta, který vývojem elektrické baterie poněkud omezil vědecký zájem o elektrický potenciál živých bytostí.
XIX století
Jedním z hlavních příspěvků v 19. století byl příspěvek Du Bois-Reymonda, profesora fyziologie v Berlíně, který stavěl galvanometry a studoval svalový proud a elektrický potenciál nervů. Tento předmět studia se stal jedním z výchozích bodů biofyziky.
Další z nich byly síly zodpovědné za pasivní tok hmoty v živých organismech, konkrétně difúzní gradienty a osmotický tlak. V tomto smyslu vynikají příspěvky Abbé JA Nolleta a Adolfa Ficka.
Posledně jmenovaný publikoval první biofyzikální text Die medizinische Physik nebo Medical Physics ve španělštině. Ve Fickově práci nebyly provedeny žádné experimenty, ale byla zvýšena analogie se zákony toku tepla, což umožnilo vyjasnit zákony upravující difúzi. Pozdější laboratorní experimenty ukázaly, že analogie byla přesná.
Dvacáté století
Dvacáté století bylo charakterizováno začátkem jistého zvládnutí německých vědců, kteří se soustředili na studium účinků záření.
Důležitým milníkem tohoto období bylo vydání knihy ¿Qué es la vida?, Erwin Schrödinger v roce 1944. V tomto byla navržena existence molekuly v živých bytostech, které obsahovaly genetické informace v kovalentních vazbách.
Tato kniha a ta myšlenka inspirovala další vědce a vedla je k objevení struktury dvojité spirály DNA v roce 1953. Objevem byli James Watson, Rosalind Franklin a Francis Crick.
Ve druhé polovině 20. století je patrná zralost biofyziky. V té době již byly prezentovány univerzitní programy a to bylo populární v jiných zemích mimo Německo. Vyšetřování navíc získalo stále více rytmu.
Co se studuje (předmět studia)
Biomechanika je jednou z odvětví biofyziky. Zdroj: Mutuauniversal
Studijní obor biofyziky sahá do všech měřítků biologické organizace, od molekulárních po organické a další složitější systémy. V závislosti na zaměření pozornosti lze biofyziku rozdělit do následujících odvětví:
- Biomechanika: studuje mechanické struktury, které existují v živých bytostech a které umožňují jejich pohyb.
- Bioelektrika: studuje elektromagnetické a elektrochemické procesy, které se vyskytují v organismech nebo které na ně působí.
- Bioenergetika: jejím předmětem je transformace energie, která se vyskytuje v biosystémech.
- Bioakustika: věda zkoumá produkci zvukových vln, jejich přenos nějakými prostředky a zachycení jinými zvířaty nebo živými systémy.
- Biofotonika: zaměřuje se na interakce živých věcí s fotony.
- Radiobiologie: studuje biologické účinky záření (ionizující a neionizující) a jeho aplikace v terénu a laboratoři.
- Proteinová dynamika: studujte molekulární pohyby proteinů a zvažte jejich strukturu, funkci a složení.
- Molekulární komunikace: zaměřuje se na studium vytváření, přenosu a přijímání informací mezi molekulami.
Aplikace
Témata zkoumaná biofyzikou se mohou mimo jiné překrývat s tématy biochemie, molekulární biologie, fyziologie, nanotechnologie, bioinženýrství, systémové biologie, výpočetní biologie nebo fyzikální chemie. Pokusíme se však vymezit hlavní aplikace biofyziky.
S objevem DNA a její strukturou biofyzika přispěla k vytvoření vakcín, vývoji zobrazovacích technik, které umožňují diagnostiku nemocí, a ke generování nových farmakologických metod k léčbě určitých patologií.
S pochopením biomechaniky umožnilo toto odvětví biologie navrhnout lepší protézy a lepší nanomateriály, s nimiž lze dodávat léky.
Biofyzika se dnes začala zaměřovat na otázky související se změnou klimatu a dalšími faktory životního prostředí. Například se pracuje na vývoji biopaliv prostřednictvím živých mikroorganismů, které nahradí benzín.
Mikrobiální komunity jsou také vyšetřovány a znečišťující látky v atmosféře jsou sledovány na základě získaných znalostí.
Hlavní pojmy
- Systémy: jedná se o uspořádaný agregát prvků zahrnutých mezi reálné nebo imaginární limity, které jsou ve vzájemném vztahu a vzájemně se ovlivňují.
- Proteiny: velké molekuly nalezené ve všech živých buňkách. Jsou tvořeny jedním nebo více dlouhými řetězci aminokyselin, které se chovají jako stroje, které vykonávají celou řadu funkcí, jako je strukturální (cytoskelet), mechanická (svalová), biochemická (enzymy) a buněčná signalizace (hormony).
- Biomembrány: systém tekutin, které plní četné biologické funkce, pro které musí přizpůsobit své složení a rozmanitost. Jsou součástí buněk všech živých bytostí a je to místo, kde je uloženo nespočet malých molekul a slouží jako kotva pro proteiny.
- Vedení: je to tok tepla pevnými médii v důsledku vnitřní vibrace molekul, jakož i volných elektronů a kolizí mezi nimi.
- Konvekce: označuje tok energie proudy tekutiny (kapaliny nebo plynu), jedná se o pohyb objemů kapaliny nebo plynu.
- záření: přenos tepla elektromagnetickými vlnami.
- Kyselina deoxyribonukleová (DNA): chemický název molekuly, která obsahuje genetické informace u všech živých bytostí. Jejich hlavní funkcí je ukládat dlouhodobé informace, které lze stavět s dalšími složkami buněk, mají také pokyny používané pro vývoj a fungování všech živých organismů.
- Nervový impuls: jedná se o elektrochemický impuls, který vzniká v centrální nervové soustavě nebo ve smyslových orgánech v přítomnosti stimulu. Tato elektrická vlna, která prochází celým neuronem, je vždy přenášena jednosměrným způsobem, vstupuje do dendritů buněk a opouští axon.
- Svalová kontrakce: fyziologický proces, při kterém se svaly napnou a způsobí jejich zkrácení, setrvání nebo napnutí v důsledku posunutí struktur, které ji tvoří. Tento cyklus je spojen se strukturou svalového vlákna a přenosem elektrického potenciálu nervy.
Metody
Biofyzik AV Hill se domnívá, že mentální přístup by byl hlavním nástrojem biofyzika. S tímto jako základ, on argumentuje, že biofyzici jsou ti jednotlivci, kteří mohou vyjádřit problém ve fyzických termínech a kdo být ne rozlišoval zvláštními používanými technikami ale způsobem, jak oni formulují a napadají problémy.
K tomu je přidána schopnost používat komplexní fyzikální teorii a další fyzické nástroje ke studiu přírodních objektů. Kromě toho nezávisí na komerčně vyráběných nástrojích, protože obvykle mají zkušenosti s montáží speciálního vybavení pro řešení biologických problémů.
V současných biofyzikálních metodách je třeba zvážit automatizaci chemických analýz a dalších diagnostických procesů pomocí počítačů.
Biofyzici navíc vyvíjejí a používají metody počítačového modelování, se kterými mohou manipulovat a pozorovat tvary a struktury komplexních molekul, jakož i virů a proteinů.
Reference
- Solomon, A. (2018, 30. března). Biofyzika. Encyclopædia Britannica. Obnoveno na britannica.com
- Biofyzika. (2019, 18. září). Wikipedia, Encyklopedie. Obnoveno z wikipedia.org
- Přispěvatelé Wikipedie. (2019, 23. září). Biofyzika. V Wikipedii, Encyklopedie zdarma. Obnoveno z wikipedia.org
- Co je to biofyzika? Znát jeho obor studia a jeho historii. (2018, 30. listopadu). Obnoveno z branchesdelabiologia.net
- Byofyzikální společnost. (2019) Co je to biofyzika. Obnoveno z biophysics.org
- Nahle, Nasif. (2007) Didaktický článek: Biofyzika. Organizace kabinetu biologie. Obnoveno z biocab.org