БИОФИЗИКА: ИСТОРИЈА, ОНО ШТО ПРОУЧАВА, ПРИМЕНЕ, КОНЦЕПТИ, МЕТОДЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

У биофизика је проучавање физичких закона које послују у живим организмима. То је интердисциплинарна наука која примењује приступе и методе физике за проучавање биолошких појава.

Позната и као физичка биологија, део идеје да све појаве које се примећују у природи имају предвидљиво научно објашњење и да су сви живи системи сачињени од процеса заснованих на физичким законима.

Двострука спирала ДНК ланца. Једно од главних открића биофизике. Извор: Јоселуиссц3

Расправа у којој се биофизика сматра граном физике, биологије или обоје је уобичајена. У овом случају, важно је напоменути да је тенденција да се то сматра граном биологије.

То је зато што се размена знања обично генерише од физике до биологије, која је обогаћена физичким напретком и концептима. Али исти се допринос не може потврдити на инверзан начин, то јест, са становишта чисте физике, не може се рећи да биофизика нуди ново знање.

Биофизика пружа експерименталне доказе физици и на тај начин омогућава јој да поткрепи теорије, али размена физике и биологије је очигледно једносмерна.

Биофизичари се обучавају из квантитативних наука физике, математике и хемије за проучавање свега што се тиче функционисања, структуре, динамике и интеракције биолошких система. Ови системи укључују сложене молекуле, ћелије, организме и екосистеме.

Историја

Порекло биофизике датира из седамнаестог века када природне науке још нису биле подељене као посебне дисциплине и у време када је лоцирано прво истраживање биолуминесценције.

Прво истраживање које је откривено било је оно које је спровео немачки језуит Атханасиус Кирцхер (1602-1680), који је објавио своје дело Арс Магна Луцис ет Умбрае и посветио два поглавља светлучењу животиња.

Повезаност електричне енергије и биологије била је предмет нагађања не само у седамнаестом веку, већ у наредна два века. Током његовог приступа постала је очита фасцинација човека животињском и природном електричном енергијом, као што су кријеснице или природни громобрани.

У овој линији истраживања, експерименти Гиованни Беццариа на електричној стимулацији мишића откривени су у Италији, а средином 18. века, који су генерисали знање из ове области.

1786. Луиги Галвани започео је полемику око електричног потенцијала код животиња. Његов противник није био нико други до Алессандро Волта који је развијањем електричне батерије донекле сузбио научно интересовање за електрични потенцијал живих бића.

КСИКС век

Један од главних прилога у 19. веку био је професор физиологије Ду Боис-Реимонд у Берлину, који је изградио галванометре и вршио студије о мишићној струји и електричном потенцијалу живаца. Овај предмет проучавања постао је једна од тачака настанка биофизике.

Друга од њих биле су силе одговорне за пасивни ток материје у живим организмима, тачније дифузиони градијент и осмотски притисак. У складу с тим, истичу се доприноси Аббе ЈА Ноллет и Адолфа Фицка.

Потоњи је био онај који је објавио први биофизички текст Дие медизинисцхе Пхисик или Медицал Пхисицс на шпанском. У Фицковом раду нису изведени експерименти, већ је постављена аналогија са законима протока топлоте, што је омогућило да се наброје закони који регулишу дифузију. Каснији лабораторијски експерименти показали су да је аналогија била тачна.

Двадесети век

За двадесето век карактеристично је да је започело одређено савладавање немачких научника, који су се концентрисали на проучавање ефеката радијације.

Важна прекретница овог периода била је објављивање књиге ¿Куе ес ла вида? , Ервин Сцхродингер 1944. године. У овоме је предложено постојање молекула живог бића који садржи генетске информације у ковалентним везама.

Ова књига и та идеја инспирисали су друге научнике и навели их да открију двоструку спиралну структуру ДНК 1953. То откриће су Јамес Ватсон, Росалинд Франклин и Францис Црицк.

У другој половини 20. века евидентно је зрелост биофизике. У то вријеме су се већ представили универзитетски програми који су били популарни и у другим земљама ван Њемачке. Поред тога, истрага је добијала све већи ритам.

Шта се проучава (предмет учења)

Биомеханика је једна од грана биофизике. Извор: Мутуауниверзал

Поље проучавања биофизике простире се на све лествице биолошке организације, од молекуларних до органских и других сложенијих система. У зависности од фокуса пажње, биофизика се може поделити на следеће гране:

- Биомеханика: проучава механичке структуре које постоје у живим бићима и које омогућавају њихово кретање.

- Биоелектричност: проучава електромагнетне и електрохемијске процесе који се дешавају у организмима или који стварају ефекте на њих.

- Биоенергетика: њен циљ проучавања је трансформација енергије која се догађа у биосистемима.

- Биоакустика: то је наука која истражује производњу звучних таласа, њихов пренос на неки начин и заробљавање од стране других животиња или живих система.

- Биофотоника: фокусира се на интеракције живих бића са фотонима.

- Радиобиологија : проучава биолошке ефекте зрачења (јонизујућа и нејонизујућа) и његове примене у пољу и лабораторији.

- Динамика протеина: проучите молекуларна кретања протеина и размотрите њихову структуру, функцију и савијање.

- Молекуларна комуникација : фокусирана је на проучавање генерисања, преноса и пријема информација између молекула.

Апликације

Теме које истражује биофизика могу се преклапати с темама из биохемије, молекуларне биологије, физиологије, нанотехнологије, биоинжињеринга, системске биологије, рачунарске биологије или физичке хемије. Међутим, покушаћемо да разграничимо главне примене биофизике.

Откривањем ДНК и његове структуре, биофизика је допринела стварању вакцина, развоју техника сликања које омогућавају дијагностицирање болести и стварању нових фармаколошких метода за лечење одређених патологија.

Уз разумевање биомеханике, ова грана биологије омогућила је креирање бољих протеза и бољих наноматеријала уз помоћ којих се могу испоручити лекови.

Данас се биофизика почела фокусирати на питања везана за климатске промене и друге факторе животне средине. На пример, ради се на развоју биогорива кроз живе микроорганизме који ће заменити бензин.

Такође се истражују микробне заједнице, а загађивачи у атмосфери прате се стеченим знањем.

Главни појмови

- Системи : то је уређени агрегат елемената који су укључени између стварних или имагинарних граница, који су међусобно повезани и међусобно делују.

- Протеини : велики молекули који се налазе у свим живим ћелијама. Састављени су од једног или више дугих ланаца аминокиселина који се понашају попут машина које обављају различите функције, као што су структурна (цитоскелет), механичка (мишићна), биохемијска (ензими) и ћелијска сигнализација (хормони).

- Биомембране : систем течности који испуњавају бројне биолошке функције за које морају прилагодити свој састав и разноликост. Они су део ћелија свих живих бића и то је место на којем се чувају безбројни мали молекули и служи као сидро за протеине.

- Провођење : то је проток топлоте кроз чврсте медије услед унутрашње вибрације молекула, као и слободних електрона и судара између њих.

- Конвекција : односи се на проток енергије струјом течности (течности или гаса), то је кретање волумена течности или гаса.

- Зрачење : пренос топлоте кроз електромагнетне таласе.

- Деоксирибонуклеинска киселина (ДНК) : хемијско име молекула који садржи генетске информације свих живих бића. Њихова главна функција је складиштење дугорочних информација које ће се градити са осталим компонентама ћелија, они такође имају упутства која се користе за развој и рад свих живих организама.

- нервни импулс : то је електрохемијски импулс који потиче из централног нервног система или у органима чула у присуству стимулуса. Овај електрични талас који пролази кроз цео неурон увек се преноси једносмерно, улазећи кроз дендрите ћелије и излазећи кроз аксоне.

- Крчење мишића: физиолошки процес у којем се мишићи затежу, због чега се они скраћују, остају или истежу услед клизања структура које га чине. Овај циклус је повезан са структуром мишићног влакна и преносом електричног потенцијала кроз живце.

Методе

Биофизичар АВ Хилл сматра да би ментални став био главно средство биофизичара. С тим у вези, он тврди да су биофизичари оне особе које физички могу да изразе проблем и које се не разликују по одређеним техникама које се користе, већ по начину на који они формулишу и нападају проблеме.

Овоме је додата могућност употребе сложене физичке теорије и других физичких алата за проучавање природних објеката. Уз то, они не зависе од комерцијално уграђених инструмената, јер обично имају искуство састављања посебне опреме за решавање биолошких проблема.

Аутоматизација хемијских анализа и други дијагностички процеси помоћу рачунара су аспекти које треба узети у обзир у тренутним биофизичким методама.

Поред тога, биофизичари развијају и користе методе рачунарског моделирања, помоћу којих могу манипулирати и посматрати облике и структуре сложених молекула, као и вирусе и протеине.

Референце

1. Соломон, А. (2018, 30. марта). Биофизика. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак на британница.цом
2. Биофизика. (2019, 18. септембра). Википедиа, Тхе Енцицлопедиа. Опоравак са википедиа.орг
3. Сарадници Википедије (2019, 23. септембра). Биофизика. На Википедији, Слободној енциклопедији. Опоравак са википедиа.орг
4. Шта је биофизика? Знајте њене гране проучавања и његову историју. (2018, 30. новембра). Опоравак од подружницеделабиологиа.нет
5. Биопхисицал Социети. (2019) Шта је биофизика. Опоравак са биопхисицс.орг
6. Нахле, Насиф. (2007) Дидактички чланак: Биофизика. Организација кабинета за биологију. Опоравило са биоцаб.орг