BIOFYSIK: HISTORIA, VAD DEN STUDERAR, TILLÄMPNINGAR, BEGREPP, METODER - BIOLOGI - 2025

De biofysik är studiet av fysikaliska lagar som är verksamma i levande organismer. Det är en tvärvetenskaplig vetenskap som tillämpar fysikens metoder och metoder för att studera biologiska fenomen.

Även känd som fysisk biologi, en del av idén att alla fenomen som observeras i naturen har en förutsägbar vetenskaplig förklaring och att alla levande system består av processer baserade på fysiska lagar.

Dubbel spiral av DNA-kedjan. Ett av de viktigaste resultaten i biofysik. Källa: Joseluissc3

Diskussionen där biofysik betraktas som en gren av fysik, biologi eller båda är vanlig. I detta fall är det viktigt att notera att tendensen är att betrakta den som en gren av biologin.

Detta beror på att utbytet av kunskap genereras vanligtvis från fysik till biologi, vilket har berikats av fysiska framsteg och begrepp. Men samma bidrag kan inte bekräftas på ett omvänt sätt, det vill säga från ren fysikpunkt kan det inte sägas att biofysik erbjuder ny kunskap.

Biofysik tillhandahåller experimentell bevis för fysik och gör det således möjligt att bekräfta teorier, men utbytet mellan fysik och biologi är helt klart enkelriktad.

Biofysiker utbildas i de kvantitativa vetenskaperna fysik, matematik och kemi för att studera allt relaterat till funktion, struktur, dynamik och interaktion mellan biologiska system. Dessa system inkluderar komplexa molekyler, celler, organismer och ekosystem.

Historia

Ursprunget till biofysik går tillbaka till sjuttonhundratalet då naturvetenskapen ännu inte hade delats upp som separata discipliner och vid den tidpunkt då den första undersökningen av bioluminescens befann sig.

Den första studien som upptäcktes var den som utfördes av den tyska jesuiten, Athanasius Kircher (1602-1680), som publicerade sitt arbete Ars Magna Lucis et Umbrae och ägnade två kapitel till djurluminescens.

Kopplingen mellan elektricitet och biologi var föremål för spekulationer inte bara på sjuttonhundratalet, utan de kommande två århundradena. Under hans tillvägagångssätt blev människans fascination för djur och naturlig elektricitet, som eldflugor eller naturliga blixtnedslag, uppenbar.

I denna forskningslinje, i Italien och i mitten av 1700-talet, upptäcktes Giovanni Beccarias experiment på elektrisk stimulering av muskler, vilket genererade kunskap inom detta område.

1786 inledde Luigi Galvani en kontrovers kring djurens elektriska potential. Hans motståndare var ingen annan än Alessandro Volta, som genom att utveckla det elektriska batteriet något dämpade det vetenskapliga intresset för den elektriska potentialen i levande varelser.

XIX-talet

Ett av de viktigaste bidragen på 1800-talet var Du Bois-Reymond, professor i fysiologi i Berlin, som byggde galvanometrarna och genomförde studier om muskelströmmen och nervens elektriska potential. Detta studieobjekt blev en av biofysikens ursprungspunkter.

En annan av dem var krafterna som var ansvariga för det passiva flödet av materia i levande organismer, särskilt diffusionsgradienterna och det osmotiska trycket. På dessa punkter sticker bidrag från Abbé JA Nollet och Adolf Fick ut.

Den senare var den som publicerade den första biofysiska texten Die medizinische Physik eller Medical Physics på spanska. I Ficks arbete genomfördes inga experiment, utan snarare en analogi med värmeflödeslagarna lyfts, vilket gjorde det möjligt att utrota lagarna för diffusion. Senare laboratorieexperiment visade att analogin var exakt.

Det tjugonde århundradet

Det tjugonde århundradet kännetecknades av att börja med en viss behärskning av tyska forskare, som koncentrerade sig på att studera strålningens effekter.

En viktig milstolpe under denna period var publiceringen av boken ¿Qué es la vida? , av Erwin Schrödinger 1944. I detta föreslogs förekomsten av en molekyl i levande varelser som innehöll genetisk information i kovalenta bindningar.

Denna bok och den idén inspirerade andra forskare och ledde dem till att upptäcka den dubbla spiralstrukturen för DNA 1953. Det var James Watson, Rosalind Franklin och Francis Crick som gjorde upptäckten.

Under andra hälften av 1900-talet finns det en uppenbar mognad av biofysik. På den tiden presenterades redan universitetsprogram och det var populärt i andra länder utanför Tyskland. Dessutom fick utredningen mer och mer rytm.

Vad studerar (studieobjekt)

Biomekanik är en av filialerna inom biofysik. Källa: Mutuauniversal

Studiefältet för biofysik sträcker sig till alla skalor inom biologisk organisation, från molekylär till organiska och andra mer komplexa system. Beroende på uppmärksamhetsfokus kan biofysik delas in i följande grenar:

- Biomekanik: studerar de mekaniska strukturer som finns i levande varelser och som tillåter deras rörelse.

- Bioelektricitet: studerar de elektromagnetiska och elektrokemiska processerna som förekommer i organismer eller som ger effekter på dem.

- Bioenergetik: syftet med studien är omvandlingen av energi som sker i biosystem.

- Bioakustik: det är vetenskapen som undersöker produktionen av ljudvågor, deras överföring på något sätt och fångst av andra djur eller levande system.

- Biophotonics: fokuserar på interaktioner mellan levande saker och fotoner.

- Radiobiologi : studerar de biologiska effekterna av strålning (joniserande och icke-joniserande) och dess tillämpningar i fältet och laboratoriet.

- Proteindynamik: studera molekylrörelserna hos proteiner och ta hänsyn till deras struktur, funktion och vikning.

- Molekylär kommunikation : fokuserar på att studera generering, överföring och mottagande av information mellan molekyler.

tillämpningar

De ämnen som undersöks av biofysik kan överlappa varandra med bland annat biokemi, molekylärbiologi, fysiologi, nanoteknologi, bioingenjör, systembiologi, beräkningsbiologi eller fysisk kemi. Vi kommer dock att försöka avgränsa biofysikens huvudsakliga tillämpningar.

Med upptäckten av DNA och dess struktur har biofysik bidragit till skapandet av vacciner, utvecklingen av bildtekniker som gör det möjligt att diagnostisera sjukdomar och generera nya farmakologiska metoder för att behandla vissa patologier.

Med förståelsen av biomekanik har denna gren av biologin gjort det möjligt att designa bättre proteser och bättre nanomaterial som läkemedel kan levereras med.

Idag har biofysik börjat fokusera på frågor relaterade till klimatförändringar och andra miljöfaktorer. Till exempel arbetar man med utveckling av biodrivmedel genom levande mikroorganismer för att ersätta bensin.

Mikrobiella samhällen undersöks också och föroreningar i atmosfären spåras med kunskapen.

Huvudkoncept

- System : det är ett ordnat aggregat av element som ingår mellan verkliga eller imaginära gränser, som är sammanhängande och interagerar med varandra.

- Proteiner : stora molekyler som finns i alla levande celler. De består av en eller flera långa kedjor av aminosyror som uppför sig som maskiner som utför en mängd olika funktioner, såsom strukturella (cytoskeletter), mekaniska (muskler), biokemiska (enzymer) och cellsignaler (hormoner).

- Biomembraner : vätskesystem som uppfyller många biologiska funktioner för vilka de måste anpassa sin sammansättning och mångfald. De är en del av cellerna i alla levande varelser och det är platsen där otaliga små molekyler lagras och fungerar som ett ankare för proteiner.

- Ledning : det är värmeflödet genom fasta medier på grund av den inre vibrationen av molekyler, liksom fria elektroner och kollisioner mellan dem.

- Konvektion : hänvisar till flödet av energi genom strömmar av en vätska (vätska eller gas), det är en rörelse av volymer vätska eller gas.

- Strålning : värmeöverföring genom elektromagnetiska vågor.

- Deoxyribonukleic acid (DNA) : kemiskt namn på molekylen som innehåller den genetiska informationen i alla levande varelser. Deras huvudfunktion är att lagra långsiktig information att bygga med andra komponenter i celler, de har också instruktioner som används för utveckling och drift av alla levande organismer.

- Nervös impuls : det är en elektrokemisk impuls som har sitt ursprung i centrala nervsystemet eller i sinnesorganen i närvaro av en stimulans. Denna elektriska våg som går igenom hela neuronet överförs alltid på ett riktningssätt och går in i cellernas dendriter och lämnar axon.

- Muskelsammandragning: fysiologisk process där musklerna dras åt, vilket får dem att förkortas, förbli eller sträcka på grund av att de strukturer som komponerar den glider. Denna cykel är kopplad till muskelfiberns struktur och överföring av elektrisk potential genom nerverna.

metoder

Biofysiker AV Hill anser att mental inställning skulle vara biofysikerens huvudverktyg. Med detta som en grund, hävdar han att biofysiker är de individer som kan uttrycka ett problem i fysiska termer och som inte är differentierade med de speciella tekniker som används utan genom hur de formulerar och attackerar problem.

Till detta läggs förmågan att använda komplex fysisk teori och andra fysiska verktyg för att studera naturliga föremål. Dessutom är de inte beroende av kommersiellt byggda instrument, eftersom de vanligtvis har erfarenhet av att montera specialutrustning för att lösa biologiska problem.

Automation av kemiska analyser och andra diagnostiska processer med hjälp av datorer är aspekter som bör beaktas i nuvarande biofysiska metoder.

Dessutom utvecklar och använder biofysiker metoder för datormodellering, med vilka de kan manipulera och observera former och strukturer av komplexa molekyler, såväl som virus och proteiner.

referenser

1. Solomon, A. (2018, 30 mars). Biofysik. Encyclopædia Britannica. Återställs på britannica.com
2. Biofysik. (2019, 18 september). Wikipedia, The Encyclopedia. Återställs från wikipedia.org
3. Wikipedia-bidragsgivare. (2019, 23 september). Biofysik. På Wikipedia, The Free Encyclopedia. Återställs från wikipedia.org
4. Vad är biofysik? Känner till dess grenar och dess historia. (2018, 30 november). Återställs från branchdelabiologia.net
5. Byofysiskt samhälle. (2019) What Is Biophysics. Återställs från biophysics.org
6. Nahle, Nasif. (2007) Didaktisk artikel: Biofysik. Organisationen för biologiologi. Återställs från biocab.org