Biofyzika je ... Biologické vědy. Molekulární biofyzika

Jedna z nejstarších věd je samozřejmě biologie. Zájem lidí o procesy, ke kterým dochází uvnitř sebe a okolních bytostí, vzniklo několik tisíc let před naší dobou.

Pozorování zvířat, rostlin, přírodních procesů byla důležitou součástí života lidí. S časem znalostí se shromáždily hodně, vylepšené a rozvinuté metody studia živé přírody a mechanismy, které se v ní vyskytují. To vedlo k vzniku mnoha částí, které tvoří komplexní vědu.

Biologický výzkum v různých oblastech života nám umožňuje získat nové cenné údaje důležité pro pochopení biomasy planety. Využijte tyto znalosti pro praktické účely (výzkum vesmíru, medicína, zemědělství, chemický průmysl atd.).

Moderní biologie

Dosavadní úspěchy této mnohostranné vědy umožňují dosáhnout mnoha pozitivních výsledků. Takže moderní věda nabízí řadu řešení problémů lidských nemocí z účinků virů a bakterií. Bylo možné zůstat ve vesmíru bez poškození zdraví po dobu asi 3 měsíců, při použití jako zdroj kyslíkových mikroorganismů nebo jednobuněčné rostliny.

Mnoho objevů umožnilo provádět biologický výzkum v oblasti vnitřní struktury a fungování všech živých systémů. Molekulární složení organismů, jejich mikrostruktura, studovalo a studovalo mnoho genů z lidských a zvířecích genomů, rostlin. Základy biotechnologie, buněčné a genetické inženýrství umožňují získávat několik plodin pro sezónu a také chovají zvířata, která dávají více masa, mléka a vajec.

Studium mikroorganismů umožnilo získat antibiotika a vytvořit desítky a stovky očkovacích látek, které umožňují dobývání mnoha nemocí, dokonce i těch, které předtím tisíce životů lidí a zvířat přenášely celou epidemií.

Moderní věda o biologii je proto neomezenými možnostmi lidstva v mnoha odvětvích vědy, průmyslu a zdraví.

Klasifikace biologických věd

Část prvně se objevila soukromá sekce věd o biologii. Jako botanika, zoologie, anatomie a systematika. Později se začala formovat více závislá na disciplíně technického vybavení - mikrobiologie, virologie, fyziologie a tak dále.

Existuje řada mladých a progresivních věd, které vznikly teprve v XX-XXI století a hrají důležitou roli v moderním vývoji biologie.

Neexistuje jedno, ale několik klasifikací, na kterých je možné umístit biologické vědy. Seznam je docela působivý ve všech případech, zvažte jednu z nich.

Pokusili jsme se proto pokrýt hlavní rozmanitost, kterou představují biologické vědy. Tento seznam s vývojem technik a metod studia se rozšiřuje a doplňuje. Jediná klasifikace biologie tedy dnes neexistuje.

Progresivní biologické vědy a jejich význam

Nejmladší, moderní a progresivní vědy biologie jsou takové:

• biotechnologie;
• molekulární biologie;
• prostorová biologie;
• biofyzika;
• biochemie.

Každá z těchto věd vznikla nejdříve ve dvacátém století, a proto se právem považovala za mladého, intenzivně se rozvíjejícího a nejvýznamnějšího pro praktickou činnost člověka.

Zaměřme se na jednu z nich, jako je biofyzika. Toto je věda, která se objevila kolem roku 1945 a stala se důležitou součástí celého biologického systému.

Co je to biofyzika?

Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, je třeba nejprve upozornit na její těsný kontakt s chemií a biologií. V některých otázkách jsou hranice mezi těmito vědami tak blízko, že je obtížné zjistit, která z nich je konkrétně zapojena a priorita. Proto je třeba zvážit biofyziky jako složitou vědu, která studuje hluboké fyzikální a chemické procesy, které se vyskytují v živých systémech na úrovni molekul, buněk, orgánů a na úrovni biosféry jako celku.

Jako každá jiná, biofyzika je věda, která má svůj vlastní předmět studia, cíle a cíle, stejně jako důstojné a smysluplné výsledky. Kromě toho tato disciplína úzce souvisí s několika novými směry.

Objekty výzkumu

Biophysics jsou biosystémy na různých organizačních úrovních.

1. Mikroorganismy (bakterie, viry, jednobuněčné houby a řasy).
2. Nejjednodušší zvířata.
3. Jednotlivé buňky a jejich strukturní části (organely).
4. Rostliny.
5. Zvířata (včetně lidí).
6. Ekologické komunity.

To znamená, že biofyzika je studium živých z pohledu fyzických procesů, které se v něm vyskytují.

Úkoly vědy

Zpočátku bylo úkolem biofyziků prokázat existenci fyzikálních procesů a jevů ve životním životě živých bytostí a studovat je, zjišťovat jejich povahu a význam.

Moderní problémy této vědy lze formulovat takto:

1. Studovat strukturu genů a mechanismů doprovázejících jejich přenos a ukládání, mutace (mutace).
2. Zvažte mnoho aspektů buněčné biologie (interakce buněk mezi sebou, chromozomální a genetické interakce a další procesy).
3. Studium molekul polymerů s molekulární biologií (proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy).
4. Odhalit vliv cosmogeofyzických faktorů na průběh všech fyzikálních a chemických procesů v živých organizmech.
5. Podrobněji odhalují mechanismy fotobiologie (fotosyntéza, fotoperiodism a tak dále).
6. Seznámit a rozvíjet metody matematického modelování.
7. Aplikujte výsledky nanotechnologie na studium živých systémů.

Z tohoto seznamu je zřejmé, že biofyzika studuje tolik významných a vážných problémů moderní společnosti a výsledky této vědecké činnosti mají pro člověka a jeho život velký význam.

Historie formace

Jako věda se biofyzika narodila poměrně nedávno - v roce 1945, kdy Erwin Schrödinger publikoval své dílo "Co je život ve fyzice." Byl to ten, kdo poprvé všiml a naznačil, že mnoho fyzikálních zákonů (termodynamické, zákony kvantové mechaniky) se odehrává právě v životně důležité činnosti a práci organismů živých bytostí.

Díky práci tohoto člověka začal intenzivní vývoj vědy o biofyziky. Nicméně ještě dříve, v roce 1922, Rusko vytvořilo institut biofyziky, který je veden PP Lazarevem. Tam je hlavní úloha přiřazena ke studiu povahy excitace v tkáních a orgánech. Výsledkem bylo zjištění významu iontů v tomto procesu.

Dále řada zjištění různých vědců umožňuje pochopit, že biofyzika je kompletní, rozsáhlá a složitá věda, nezbytná pro pochopení všech procesů, které se vyskytují v živých systémech.

1. Galvani otevírá elektřinu a její význam pro živé tkáně (bioenergie).
2. AL Chizhevskij je otec několika disciplín, které studují vliv prostoru na biosféru, stejně jako ionizační záření a elektro-hemodynamiku.
3. Podrobná struktura proteinových molekul byla studována až po objevení metody rentgenové difrakce. To udělali vědci Peruz a Kendryu (1962).
4. Ve stejném roce byla objevena třírozměrná struktura DNA (Maurice Wilkins).
5. Neer a Zakman v roce 1991 dokázali vyvinout metodu lokálního fixování elektrického potenciálu.

Také řada dalších objevů umožnila biofyzikální vědě nastoupit na cestu intenzivní a progresivní modernizace ve vývoji a formování.

Sekce biofyziky

Existuje řada disciplín, které tvoří tuto vědu. Pojďme za nejzákladnější z nich.

1. Biofyzika komplexních systémů - zvažuje všechny složité mechanismy samoregulace mnohobuněčných organismů (systemogeneze, morfogeneze, synergogeneze). Také tato disciplína zkoumá charakteristiky fyzické složky procesů ontogeneze a evolučního vývoje, úrovně organizace organismů.
2. Bioakustika a biofyzika smyslových systémů - studium živých organismů smyslových orgánů (zrak, sluch, recepce, řeči, atd.), Způsoby vysílání různých signálů. Určuje mechanismy konverze energie při vnímání vnějších vlivů (stimulů) organismů.
3. Teoretická biofyzika - zahrnuje řadu sub-věd, které se zabývají studiem termodynamiky biologických procesů, konstrukcí matematických modelů strukturních částí organismů. Také zvažuje kinetické procesy.
4. Molekulární biofyzika - s ohledem na hluboké mechanismy strukturální organizaci a fungování biopolymerů, jako je DNA, RNA, proteiny, polysacharidy. Zabývá se konstrukcí modelů a grafických obrazů těchto molekul, předpovídá chování a jejich tvorbu v živých systémech. Také tato disciplína buduje supramolekulární a submolekulární systém určit konstrukci mechanismu a působením biopolymerů v živých systémech.
5. Buněčná biofyzika. Studie nejdůležitějších buněčných procesů: diferenciace, dělení, buzení a biopotenciály membránové struktury. Zvláštní pozornost je věnována mechanismům membránového transportu látek, potenciálnímu rozdílu, vlastnostem a struktuře membrány a okolních částí.
6. Biofyzika metabolismu. Hlavní procesy: fotosyntéza, solarizace a adaptace organismů, hemodynamika, regulace tepla, metabolismus, účinek ionizačních paprsků.
7. Aplikovaná biofyzika. Skládá se z několika disciplínách: bioinformatiky, biometrie, biomechanika, studium evolučních procesů a ontogeneze, patologické (lékařské biofyziky). Předměty studia aplikované biofyziky jsou muskuloskeletální systém, metody pohybu, způsoby rozpoznání lidí fyzickými vlastnostmi. Lékařská biofyzika si zasluhuje zvláštní pozornost. Zkoumá patologické procesy v organizmech, způsoby rekonstrukce poškozených úseků molekul nebo struktur nebo jejich náhradu. Poskytuje materiál pro biotechnologii. Má velký význam při prevenci vývoje onemocnění, zejména genetické povahy, jejich odstranění a vysvětlení mechanismů vlivu.
8. Biofyzika prostředí - zkoumá fyzický dopad obou místních stanovišť bytostí a vliv blízkých i vzdálených subjektů vesmíru. Také zvažuje biorytmy, vliv povětrnostních podmínek a biopole na tvory. Vypracuje metody měření, které zabrání negativním dopadům podmínky prostředí.

Všechny tyto disciplíny významně přispívají k rozvoji pochopení mechanismů životně důležité činnosti živých systémů, vlivu biosféry a různých podmínek na ně.

Moderní úspěchy

Můžeme jmenovat některé z nejvýznamnějších událostí, které se týkají úspěchů biofyziky:

• byly objeveny mechanismy pro klonování organismů;
• byly studovány vlastnosti transformací a úloha oxidu dusnatého v živých systémech;
• je vytvořena vzájemná souvislost malých a matricových RNA, která v budoucnu umožní nalézt řešení mnoha zdravotních problémů (eliminaci onemocnění);
• je objevena fyzická povaha autovraků;
• díky práci molekulární biofyziky studoval aspekty syntézu a replikaci DNA, který vyústil v schopnost vytvořit celou řadu nových léků z vážných a komplexních onemocnění;
• byly vytvořeny počítačové modely všech reakcí doprovázejících proces fotosyntézy;
• byly vyvinuty metody ultrazvukového vyšetření organismu;
• bylo vytvořeno spojení mezi cosmogeofyzikálními a biochemickými procesy;
• předpovědi klimatických změn na planetě;
• zjištění hodnoty enzymu urokenázy při prevenci trombotických onemocnění a eliminaci následků po mrtvicích;
• Byla také zjištěna řada zjištění o struktuře bílkovin, oběhového systému a dalších částí těla.

Ústav biofyziky v Rusku

V naší zemi je Moskevská státní univerzita. M.V. Lomonosov. Na základě této vzdělávací instituce působí Fakulta biofyziky. Je to ten, kdo v této oblasti připravuje kvalifikované odborníky.

Je velmi důležité dát budoucím profesionálům kvalitní start. Čekají na obtížnou práci. Biofyzik je povinen pochopit všechny jemnosti procesů, které se vyskytují v živých bytostech. Kromě toho musí studenti pochopit a ve fyzice. Koneckonců je to složitá věda - biofyzika. Přednášky jsou navrženy tak, aby zahrnovaly všechny disciplíny související s tvorbou biofyziky a pokryly úvahy o biologických i fyzikálních otázkách.