Biophysics je ... Biološke znanosti. Molekularna biofizika

Ena najstarejših znanosti je seveda biologija. Ljudje se zanimajo za procese, ki potekajo znotraj sebe in okoliških bitij, nastala več tisoč let pred našo dobo.

Opazovanja živali, rastlin, naravnih procesov so pomemben del življenja ljudi. Sčasoma se je znanje nabralo veliko, izboljšalo in razvilo metode študija živega narave in mehanizme, ki se pojavljajo v njej. To je pripeljalo do nastanka številnih delov, ki skupaj sestavljajo kompleksno znanost.

Biološke raziskave na različnih področjih življenja nam omogočajo pridobivanje novih dragocenih podatkov, pomembnih za razumevanje biomase planeta. To znanje uporabite za praktične namene (raziskovanje vesolja, medicina, kmetijstvo, kemična industrija itd.).

Sodobna biologija

Danes dosežki te večplastne znanosti omogočajo doseganje številnih pozitivnih rezultatov. Torej, sodobna znanost ponuja številne rešitve za probleme človeških bolezni iz učinkov virusov in bakterij. V vesolju je bilo mogoče ostati brez škode za zdravje približno 3 mesece, pri tem pa kot vir kisikovih mikroorganizmov ali enocelične rastline.

Številna odkritja so omogočila biološke raziskave na področju notranje strukture in delovanja vseh živih sistemov. Molekulska sestava organizmov, njihova mikrostruktura, so proučevali in proučevali mnoge gene iz človeških in živalskih genomov, rastlin. Utemeljenost biotehnologije, celične in genetski inženiring vam omogočajo, da dobite več pridelkov za sezono, in tudi brezdomci, ki dajejo več mesa, mleka in jajc.

Študij mikroorganizmov lahko dobijo antibiotike in ustvari več deset ali sto cepiv, ki omogoča pridobiti različne bolezni, tudi tisti, ki je prej nedotaknjenih epidemije trdil tisoče življenj ljudi in živali.

Zato je sodobna znanost o biologiji neomejene možnosti človeštva v številnih panogah znanosti, industrije in zdravja.

Klasifikacija bioloških ved

Del prvič se je pojavil v zasebnih odsekih znanosti o biologiji. Kot so botanika, zoologija, anatomija in sistematika. Kasneje se je začelo oblikovati bolj odvisno od discipline tehnične opreme - mikrobiologije, virologije, fiziologije in tako naprej.

Obstajajo številne mlade in progresivne vede, ki so se oblikovale šele v XX-XXI stoletju in imajo pomembno vlogo pri sodobnem razvoju biologije.

Ni ena, temveč več klasifikacij, na katerih je mogoče razvrstiti biološke znanosti. Seznam je v vseh primerih precej impresiven, upoštevajte enega izmed njih.

Tako smo poskušali pokriti glavno sorto, ki jo predstavljajo biološke znanosti. Ta seznam z razvojem tehnik in metod študija se širi, dopolnjuje. Zato enotna klasifikacija biologije danes ne obstaja.

Progresivne biološke znanosti in njihov pomen

Najmlajše, sodobne in progresivne znanosti o biologiji so:

• biotehnologija;
• molekularna biologija;
• vesoljska biologija;
• biofizika;
• biokemija.

Vsaka od teh ved je nastala šele pred dvajsetim stoletjem, zato je upravičeno menila, da se mladi, intenzivno razvijajo in najbolj pomembno za praktične dejavnosti človeka.

Ostanimo na enem od njih, kot je biofizika. To je znanost, ki se je pojavila okoli leta 1945 in je postala pomemben del celotnega biološkega sistema.

Kaj je biofizika?

Da bi odgovorili na to vprašanje, moramo najprej poudariti, da svojo tesnem stiku s kemije in biologije. V nekaterih vprašanj meje med znanosti je tako blizu, da bi bilo težko razbrati, katera od njih izrecno vključeni v prednostne. Zato menijo, biofizika stoji kot kompleksne znanosti, ki preučuje globoke fizikalne in kemijske procese, ki se pojavljajo v živih sistemov na ravni molekul, celic, organov, in na ravni biosfere kot celote.

Kot katera koli druga je biofizika znanost, ki ima svoj predmet študija, cilje in cilje ter vredne in pomembne rezultate. Poleg tega je ta disciplina tesno povezana z več novimi smermi.

Predmeti raziskav

Za biofiziko so biosistemi na različnih organizacijskih ravneh.

1. Mikroorganizmi (bakterije, virusi, enolične glivice in alge).
2. Najenostavnejše živali.
3. Posamezne celice in njihovi strukturni deli (organeli).
4. Rastline.
5. Živali (vključno z ljudmi).
6. Ekološke skupnosti.

To pomeni, da je biofizika študija živih z vidika fizičnih procesov, ki se pojavljajo v njem.

Naloge znanosti

Na začetku so naloge biophysicists dokazati obstoj fizičnih procesov in pojavov v vitalni dejavnosti živih bitij ter jih preučevati, ugotoviti naravo in pomen.

Sodobne probleme te znanosti je mogoče oblikovati takole:

1. Preučiti strukturo genov in mehanizmov, ki spremljajo njihov prenos in shranjevanje, mutacije (mutacije).
2. Razmislite o številnih vidikih celične biologije (celična interakcija med seboj, kromosomske in genetske interakcije ter drugi procesi).
3. Študirati v kompleksu z molekularno biologijo molekul polimerov (proteinov, nukleinskih kislin, polisaharidov).
4. Razkriti vpliv kozmogeophysical dejavnikov na potek vseh fizikalnih in kemijskih procesov v živih organizmih.
5. Bolj globoko razkrivajo mehanizme fotobiologije (fotosinteza, fotoperiodizem in tako naprej).
6. Uvesti in razviti metode matematičnega modeliranja.
7. Uporabite rezultate nanotehnologije za preučevanje živih sistemov.

S tega seznama je očitno, da biofizika proučuje toliko pomembnih in resnih problemov sodobne družbe, rezultati znanstvene dejavnosti pa so zelo pomembni za človeka in njegovo življenje.

Zgodovina oblikovanja

Kot znanost se je biofizika rodila razmeroma nedavno - leta 1945, ko je Erwin Schrödinger objavil svoje delo "Kaj je življenje z vidika fizike." To je bil on, ki je prvi opazil in poudaril, da so mnogi zakoni fizike (termodinamski zakoni kvantne mehanike), mesto, ki se je v življenju in delu organizmov živih bitij.

Zahvaljujoč delom tega človeka se je znanost o biofiziki začela intenzivno razvijati. Toda tudi prej, leta 1922, je Rusija ustanovila inštitut za biofiziko, ki jo vodi PP Lazarev. Tam je glavna vloga namenjena proučevanju narave vzbujanja v tkivih in organih. Rezultat je bil ugotoviti pomen ionov v tem procesu.

Potem serija odkritij različnih znanstvenikov nam omogoča, da razumemo, da biofizika - je popolna, Prostora in kompleksna znanost potrebno razumeti vse procese, ki se pojavljajo v živih sistemih.

1. Galvani odpira električno energijo in njen pomen za živa tkiva (bioelektričnost).
2. AL Chizhevsky je oče več disciplin, ki proučujejo vpliv prostora na Biosfero, pa tudi ionizirajoče sevanje in elektrohemodinamiko.
3. Podrobno strukturo proteinskih molekul smo proučevali šele po odkritju metode rentgenske difrakcije. To so storili znanstveniki Peruz in Kendryu (1962).
4. V istem letu je bila odkrita tridimenzionalna DNA struktura (Maurice Wilkins).
5. Neer in Zakman leta 1991 sta lahko razvila metodo lokalnega fiksiranja električnega potenciala.

Tudi številna druga odkritja so omogočila, da se biofizična znanost začne na poti intenzivne in progresivne modernizacije v razvoj in tvorbo.

Odseki za biofiziko

Obstajajo številne discipline, ki sestavljajo to znanost. Najdemo jih najbolj osnovnih.

1. Biophysics kompleksnih sistemov - obravnava vse zapletene mehanizme samoregulacije večceličnih organizmov (sistemogeneza, morfogeneza, sinergogeneza). Tudi ta disciplina proučuje značilnosti fizične komponente procesov ontogenosti in evolucijskega razvoja, ravni organiziranosti organizmov.
2. Bioakustika in biofizika senzoričnih sistemov - študija senzornih sistemov živih organizmov (vid, sluh, sprejem, govor in druge), načini oddajanja različnih signalov. Identificira mehanizme pretvorbe energije, ko zaznavajo zunanje vplive (dražljaje) organizmov.
3. Teoretična biofizika - vključuje številne podsisteme, ki se ukvarjajo s študijo termodinamike bioloških procesov, konstrukcijo matematičnih modelov strukturnih delov organizmov. Prav tako obravnava kinetične procese.
4. Molekularna biofizika - upošteva globoke mehanizme strukturne organizacije in delovanja takih biopolimerov kot DNA, RNA, proteinov, polisaharidov. Sodeluje pri izdelavi modelov in grafičnih podob teh molekul, napoveduje vedenje in njihovo nastanek v živih sistemih. Tudi ta disciplina gradi supramolekularne in submolekularne sisteme, da bi določila mehanizem gradnje in delovanja biopolimerov v živih sistemih.
5. Celična biofizika. Študira najpomembnejše celične procese: diferenciacijo, delitev, vzbujanje in biopotenciale membranske strukture. Posebno pozornost posvečamo mehanizmom transporta snovi membran, potencialni razliki, lastnostih in strukturi membrane in njegovih okoliških delov.
6. Biofizika metabolizma. Glavni procesi: fotosinteza, solarizacija in prilagajanje organizmom, hemodinamika, regulacija toplote, metabolizem, učinek ionizirajočih žarkov.
7. Uporabljena biofizika. Sestavljen je iz več disciplin: bioinformatika, biometrija, biomehanika, raziskave evolucijskih procesov in ontogeneze, patološka (medicinska) biofizika. Predmet študija uporabne biofizike so mišično-skeletni sistem, metode gibanja, načini prepoznavanja ljudi s fizičnimi značilnostmi. Posebna pozornost si zasluži medicinska biofizika. Preučuje patološke procese v organizmih, načine rekonstrukcije poškodovanih odsekov molekul ali struktur ali njihove kompenzacije. Daje material za biotehnologijo. Zelo pomembno je preprečiti razvoj bolezni, zlasti genetske narave, njihovo odpravo in razlago mehanizmov vpliva.
8. Biophysics of habitat - preučuje fizični vpliv obeh lokalnih življenjskih bitij in vpliv bližnjih in daleč predmetov vesolja. Prav tako obravnava bioritme, vpliv vremenskih razmer in biopolja na bitja. Razvija metode ukrepov za preprečevanje negativnih vplivov habitatnih razmerah.

Vse te discipline ogromno prispevajo k razvoju razumevanja mehanizmov vitalne aktivnosti živih sistemov, vpliva biosfere in različnih pogojev na njih.

Sodobni dosežki

Mi lahko navedemo nekaj najpomembnejših dogodkov, ki se nanašajo na dosežke biofizike:

• odkriti so bili mehanizmi za kloniranje organizmov;
• preučene so bile značilnosti transformacij in vloga dušikovega oksida v živih sistemih;
• vzpostavljena je medsebojna povezava majhne in matrične RNK, ki bo v prihodnosti omogočala rešitev številnih zdravstvenih problemov (odpravljanje bolezni);
• odkrita je fizična narava avtovlakov;
• zahvaljujoč delu molekularnih biofizikov so bili proučeni vidiki sinteze in replikacije DNA, kar je pripeljalo do možnosti, da bi za celo resne in zapletene bolezni ustvarili celo vrsto novih zdravil;
• ustvarjeni so bili računalniški modeli vseh reakcij, ki spremljajo postopek fotosinteze;
• razvite metode ultrazvočnega pregleda organizma;
• vzpostavljena je povezava med kozmogeo-fizikalnimi in biokemičnimi procesi;
• napovedane podnebne spremembe na planetu;
• odkritje vrednosti encima urokenaze pri preprečevanju trombotičnih bolezni in odpravljanju posledic po kapi;
• Razvili so tudi številna odkritja o strukturi beljakovin, cirkulacijskemu sistemu in drugih delih telesa.

Inštitut za biofiziko v Rusiji

V naši državi je Moskovska državna univerza. M.V. Lomonosov. Na podlagi te izobraževalne ustanove deluje Fakulteta za biofiziko. To, ki pripravlja kvalificirane strokovnjake za delo na tem področju.

Zelo pomembno je, da bodočim strokovnjakom zagotovimo kakovosten začetek. Čaka na težavno nalogo. Biophysicist je dolžan razumeti vse subtilnosti procesov, ki se pojavljajo v živih bitjih. Poleg tega morajo študentje razumeti in v fiziki. Konec koncev, to je kompleksna znanost - biofizika. Predavanja so zasnovana tako, da zajamejo vse discipline, ki so povezane in izdelujejo biofiziko, in da obravnavajo vprašanja tako biološkega kot fizičnega.