Biofysik
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den
version , der blev gennemgået den 24. december 2019; checks kræver
9 redigeringer .
Biofysik (fra anden græsk βίος - liv , anden græsk φύσις - natur ):
- en gren af biologien , der studerer de fysiske aspekter af eksistensen af vilde dyr på alle niveauer, fra molekyler og celler til biosfæren som helhed;
- gren af moderne matematisk fysik , der studerer biologiske objekter som en slags komplekse ikke-lineære fysiske systemer;
- videnskaben om de fysiske processer, der forekommer i biologiske systemer på forskellige organisationsniveauer, og forskellige fysiske faktorers indflydelse på biologiske objekter. Biofysik er opfordret til at afsløre forbindelserne mellem de fysiske mekanismer, der ligger til grund for organiseringen af levende objekter, og de biologiske karakteristika af deres livsaktivitet.
Generelt kan vi sige, at biofysik studerer funktionerne i fysiske loves virkning på det biologiske niveau af organiseringen af stof og energi .
"Biofysikkens vigtigste indhold er: at finde de generelle principper for biologisk signifikante vekselvirkninger på molekylært niveau, at afsløre deres natur i overensstemmelse med lovene i moderne fysik, kemi ved hjælp af de seneste fremskridt inden for matematik og udvikling på basis af denne indledende generaliserede begreber, der er tilstrækkelige til de beskrevne biologiske fænomener” [1] .
Ifølge UNESCO-nomenklaturen er biofysik en gren af biologien og har koden 2406 [2] .
Filialer af biofysik
Ifølge UNESCO-nomenklaturen i biofysik er der sektioner [2] :
- 2406.01 Bioakustik (kommunikation og placering i luft- og vandmiljøer)
- 2406.02 Bioelektricitet (membranpotentiale, information og integrerede processer, CNS og ANS)
- 2406.03 Bioenergi (energiforsyning og varmeproduktion)
- 2406.04 Biomekanik
- 2406.05 Biooptik (bioluminescens, vision og informationsbehandling)
- 2406.06 Medicinsk fysik (metoder til diagnostik, fysioterapi og patogenese)
- 2406. Biofysik af komplekse systemer (systemgenese, primær synergisme, evolution, individuel udvikling, niveauer af organisering af biosystemer)
- 2406. Biofysik af sensoriske systemer ( psykofysik )
- 2406. Miljøets biofysik (miljø, rumfysik)
- 2406. Biofysik af periodiske processer ( Biorytmologi )
- 2406. Biofysik for udvikling og evolution
- 2406. Metabolismens biofysik (masseoverførsel, termoregulering, hæmodynamik)
- 2406,99 Andet
Ovenstående klassificering er baseret på princippet om den strukturelle organisering af objekter og er beregnet til den maksimale bekvemmelighed ved at præsentere nye udviklinger, samtidig med at problemerne med avantgarde-tendenser og vanskeligheder ved dannelse og udvikling af væsentlige emner og tendenser demonstreres. For at studere det generelle forløb af biofysik i den traditionelle skole, er følgende klassifikation mere acceptabel [3] . Men tiden har vist den begrænsende karakter af den gamle skole, som i bedste fald nævner selve videnskabens grundlag – komplekse systemers biofysik. På grund af dette omgår en enorm hær af højtuddannede specialister med smal profil de grundlæggende begreber om liv og vital aktivitet, systemgenese og højere funktioner af komplekse organismer. Dette begrænsede udviklingen af disse områder og uddannelsen af specialister inden for problematiske videnskabelige områder.
- Biofysik af komplekse systemer:
- konceptuelle apparater, objekter og deres organisationsniveauer i FSN
- systemogenese og dens typer i reproduktion af organismer - synergogenese, somatogenese, morfogenese
- hierarki og klassifikation i FSU
- systemdannende faktorer og mekanismer i dannelsen af systemkommunikation og systemobjekter
- metodologi for systemologi og dens reproduktive kreative rolle i BSS og effektiviteten af dens anvendelse på andre videnskabelige og praktiske områder.
- Kommunikationsbiofysik og sensorisk biofysik:
- sensoriske systemer og deres signaloversættelsesmekanismer;
- psykofysik af informationstransformationskanaler
- psykofysik af integrerede perceptionsprocesser og polymodal biofysik
- ekspertforskningsmetoder og biodetektion af kulturer og præparater
- modaliteter til direkte og instrumentel (transformeret, transformeret, forstærket, modificeret stimulus) undersøgelse og målinger i videnskab og praksis.
- Teoretisk biofysik:
- matematisk biofysik, matematisk modellering og informationsmodellering af strukturer og funktioner af biofysiske objekter;
- metoder til teoretisk fysik i biofysik:
- kinetik af biologiske processer;
- termodynamik af biologiske processer: energitransformationer i levende strukturer;
- Molekylær biofysik:
- fysiske og strukturelle grundlag for organisering og funktion af biopolymerer
- supramolekylære og submolekylære systemer;
- metoder til at studere og modellere (symbolsk og/eller grafisk) refleksion og forudsigelse af molekylære strukturer
- kvantebiofysik ;
- Cellens biofysik og cellulære processer:
- biofysik af membranprocesser:
- egenskaber og struktur af biologiske membraner og deres dele;
- transportmekanismer gennem biomembraner;
- Metabolismens biofysik
- Biofysik af fotobiologiske processer :
- grundlæggende om fotosyntese, strukturer og funktioner (mekanismer) af fotosyntese;
- påvirkning af eksterne lyskilder på levende systemer og tilpasning til solarisering;
- strålingsbiofysik - virkningerne af ioniserende stråling på kroppen ;
- masseoverførsel, varmeregulering og systemiske reaktioner i kroppens metaboliske processer.
- Anvendt biofysik:
- bioinformatik: selvom det ikke er sin egen gren af biofysik, er det meget tæt forbundet med det;
- biometri;
- biomekanik : funktioner og struktur af bevægeapparatet og fysiske bevægelser af biologiske systemer;
- biofysik af evolutionære processer og individuel udvikling i biomedicin;.
- medicinsk (patologisk) biofysik:
- patogenese og metoder til kompenserende og rekonstruktiv genopretning;
- fysiske metoder til forskning og indflydelse og deres effektivitet (opløsning, indflydelse, eftervirkning af anvendelse);
- optimering af biofysiske forhold i produktivitetsmiljøer og kvalitet af processer i bioteknologi.
- Miljøets biofysik:
- teknologiske og naturlige miljøfaktorer;
- multifaktorielle levesteder for migranter og bioteknologier (boliger og territorier, behandling af feriesteder, transport, akvanautik, astronautik, biotroner osv.);
- rumvejr og astrofysisk påvirkning af nære (geo- og heliofaktorer) og fjerne (dybe) rum;
- biorhythmology og eksterne faktorer af synkronisering og desynkronisering af biorhythms;
- systemiske og lokale foranstaltninger til forebyggelse af negative miljøpåvirkninger (biomedicin).
Forskningshistorie
Vi kan sige, at oprindelsen til biofysik som en videnskab var værket af Erwin Schrödinger "Hvad er liv fra fysikkens synspunkt" ( 1945 ), som betragtede flere vigtige problemer, såsom livets termodynamiske grundlag, de generelle strukturelle træk ved levende organismer, biologiske fænomeners overensstemmelse med kvantemekanikkens love og etc.
Allerede i de indledende stadier af dens udvikling var biofysik tæt forbundet med ideer og metoder inden for fysik, kemi, fysisk kemi og matematik og brugte præcise eksperimentelle metoder (spektral, isotop, diffraktion, radiospektroskopisk) i studiet af biologiske objekter. Hovedresultatet af denne periode i udviklingen af biofysik er eksperimentelt bevis på anvendeligheden af fysikkens grundlæggende love på biologiske objekter.
USSR
Det første Institut for Fysik og Biofysik i Moskva blev etableret i 1927 . Men det varede ikke længe: I 1931 blev dets leder, akademiker Lazarev P.P. , arresteret, og instituttet blev lukket [4] .
Moderne forskningslinjer
Biofysik af komplekse systemer og molekylær biofysik er i øjeblikket ved at blive intensivt udviklet .
Moderne forskningsområder inden for biofysik: indflydelsen af kosmiske geofysiske faktorer på forløbet af fysiske og biokemiske reaktioner, fotobiologiske processer, matematisk modellering, fysik af protein- og membranstrukturer, nanobiologi mv.
Store forskere i biofysik
- Luigi Galvani : opdagede bioelektricitet.
- Hermann Helmholtz : målte først hastigheden af nerveimpulser.
- Alexander Leonidovich Chizhevsky - sovjetisk biofysiker, grundlægger af heliobiologi , aeroionificering, elektrohæmodynamik , filosof. For første gang beviste han videnskabeligt rumvejrets indflydelse på biosfæren.
- Pyotr Petrovich Lazarev er en russisk og sovjetisk biofysiker. Han skabte den fysisk-kemiske teori om excitation (ionisk teori om excitation), udledte en enkelt lov om irritation, undersøgte processen med fysiologisk tilpasning af sanseorganerne (hovedsageligt syn, såvel som hørelse, smag og lugt) til stimuli, der virker på dem, afledt en enkelt lov om irritation, udviklede problemet med anvendeligheden af love termodynamik til biologiske processer.
- Irving Langmuir : Udviklede konceptet med enkeltmolekylær organisk belægning. Vinder af Nobelprisen i kemi i 1932 .
- György von Bekesy : menneskelig øreforsker. Vinder af Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1961.
- Max Perutz og John Kendrew : Røntgenundersøgelser af proteinstruktur . Vindere af Nobelprisen i kemi i 1962.
- Maurice Wilkins : opdagede den tredimensionelle molekylære struktur af DNA . Vinder af Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1962.
- Gerd Binnig , Ernst Ruska , Heinrich Rohrer : udviklede scanning tunneling og scanning atomic force mikroskoper . Modtagere af Nobelprisen i fysik 1986 .
- Bernard Katz : Undersøgte noradrenalins rolle i synaptisk transmission. Vinder af Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1970.
- Peter Mitchell : Forfatter til den kemiosmotiske teori om oxidativ phosphorylering. Vinder af Nobelprisen i kemi i 1978.
- Erwin Neher og Bert Zakman : Udviklede metoden til lokal potentiel fastspænding . Vindere af 1991 Nobelprisen i fysiologi eller medicin .
- Peter Agre er modtager af Nobelprisen i kemi i 2003 for opdagelsen og undersøgelsen af aquaporin . Prisen blev delt med Roderick McKinnon , en amerikansk biokemiker og krystallograf, som i 1998 og kolleger var i stand til at opnå en tredimensionel molekylær struktur af den bakterielle kaliumkanal og afsløre arten af dens selektivitet.
Ansøgninger
Biologiske objekter er som regel meget komplekse, og de processer, der forekommer i dem, er påvirket af mange faktorer, som ofte afhænger af hinanden. Fysik giver dig mulighed for at skabe forenklede modeller af et objekt, der er beskrevet af termodynamikkens , elektrodynamikkens , kvantemekanikkens og klassiske love . Ved hjælp af korrelation af fysiske data med biologiske data kan man få en dybere forståelse af processerne i det biologiske objekt, der undersøges.
Der er mange metoder i fysikken, som i deres oprindelige form ikke kan bruges til at studere biologiske objekter. Derfor er en anden opgave for biofysik tilpasningen af disse metoder og teknikker til løsning af biologiske problemer. For at opnå information i biologiske systemer anvendes i dag forskellige optiske metoder, røntgendiffraktionsanalyse ved brug af synkrotronstråling, NMR- og EPR-spektroskopi, 7-resonansspektroskopi, forskellige elektrometriske metoder, mikroelektrodeteknikker , kemiluminescensmetoder, laserspektroskopi, metoden til mærkede atomer osv. Det bruges især til medicinsk diagnose og terapi.
Der udvikles også specielle teknikker ved hjælp af effekter i opfattelsen af visse effekter på den biologiske form af stof.
Se også
Noter
- ↑ Rubin A. B. Biophysics Arkiveksemplar af 10. februar 2008 på Wayback Machine (lærebog) i 2 bind. - M., 2002. C. 9.
- ↑ 1 2 Foreslået international standardnomenklatur for områder inden for videnskab og teknologi . Hentet 26. juni 2008. Arkiveret fra originalen 15. februar 2016. (ubestemt)
- ↑ Baseret på materialer: Rubin A. B. Biophysics Arkiveksemplar dateret 10. februar 2008 på Wayback Machine (lærebog) i 2 bind. - M., 2002. C. 6.
- ↑ Gorelik G. E. Moskva, fysik, 1937. Arkiveret 29. september 2007 på Wayback Machine
Litteratur
- Ackerman Yu. Biofysik. — M .: Mir, 1964. — 684 s.
- Biofysik / Red. udg. acad. USSR's Videnskabsakademi P. G. Kostyuk . - K .: Vyscha skole. Hovedforlag, 1988. - 504 s.
- Volkenshtein M. V. Biofysik: Lærebog, 2. udg., revideret. og yderligere — M.: Nauka. Ch. udg. Fysisk.-Matematik. lit., 1988. - 592 s. — ISBN 5-02-013835-5
- Kudryashov Yu. B., Perov Yu. F., Rubin AB Strålingsbiofysik: radiofrekvens og elektromagnetisk stråling i mikrobølger. Lærebog for universiteter. — M.: FIZMATLIT, 2008. — 184 s. — ISBN 978-5-9221-0848-5
- Rubin A.B. Biofysik . Lærebog i 2 bind. - M., 1999, 2002.
- Vladimirov Yu. A. , Roshchupkin D. I., Potapenko A. Ya., Deev A. I. Biophysics. - M . : Medicin, 1983. - 272 s.
Links