BIOPHYSICS: KASAYSAYAN, KUNG ANO ANG PINAG-AARALAN, APLIKASYON, KONSEPTO, PAMAMARAAN - BIOLOGY - 2025

Ang biophysics ay ang pag-aaral ng mga pisikal na batas na nagpapatakbo sa mga buhay na organismo. Ito ay isang agham na interdisiplinary na nalalapat sa mga pamamaraang at pamamaraan ng pisika upang pag-aralan ang mga biological phenomena.

Kilala rin bilang pisikal na biyolohiya, bahagi ng ideya na ang lahat ng mga kababalaghan na sinusunod sa kalikasan ay may mahuhulaan na paliwanag sa siyensya at ang lahat ng mga nabubuhay na sistema ay binubuo ng mga proseso batay sa mga pisikal na batas.

Dobleng helix ng chain ng DNA. Isa sa mga pangunahing natuklasan sa biophysics. Pinagmulan: Joseluissc3

Ang talakayan kung saan ang biophysics ay itinuturing bilang isang sangay ng pisika, biology o pareho ay pangkaraniwan. Sa kasong ito, mahalagang tandaan na ang pagkahilig ay isaalang-alang ito ng isang sangay ng biology.

Ito ay dahil ang pagpapalitan ng kaalaman ay kadalasang nabuo mula sa pisika hanggang biology, na pinayaman ng mga pisikal na pagsulong at konsepto. Ngunit ang parehong kontribusyon ay hindi makumpirma sa isang kabaligtaran na paraan, iyon ay, mula sa punto ng purong pisika hindi masasabing ang biophysics ay nag-aalok ng bagong kaalaman.

Ang Biophysics ay nagbibigay ng pang-eksperimentong ebidensya sa pisika at sa gayon ay pinapayagan itong i-corroborate ang mga teorya, ngunit ang pagpapalitan sa pagitan ng pisika at biology ay malinaw na unidirectional.

Ang mga biophysicists ay bihasa sa dami ng agham ng pisika, matematika, at kimika upang pag-aralan ang lahat na may kaugnayan sa paggana, istraktura, dinamika, at pakikipag-ugnayan ng mga biological system. Kasama sa mga sistemang ito ang mga kumplikadong molekula, cell, organismo, at ekosistema.

Kasaysayan

Ang mga pinagmulan ng biophysics ay nagsimula noong ikalabing siyam na siglo nang ang mga likas na agham ay hindi nahahati bilang hiwalay na disiplina at sa oras na matatagpuan ang unang pagsisiyasat ng bioluminescence.

Ang unang pag-aaral na napansin ay isinagawa ng Aleman na Heswita, Athanasius Kircher (1602-1680), na naglathala ng kanyang akdang si Ars Magna Lucis et Umbrae at nakatuon ng dalawang kabanata sa luminescence ng hayop.

Ang link sa pagitan ng kuryente at biology ay ang paksa ng haka-haka hindi lamang sa ikalabing siyam na siglo, ngunit sa susunod na dalawang siglo. Sa kanyang diskarte, ang kamangha-mangha ng tao para sa hayop at natural na koryente, tulad ng mga fireflies o natural na paglabas ng kidlat, ay naging maliwanag.

Sa linyang ito ng pananaliksik, sa Italya, at sa kalagitnaan ng ika-18 siglo, ang mga eksperimento ni Giovanni Beccaria sa mga de-koryenteng pagpapasigla ng mga kalamnan ay napansin, na lumikha ng kaalaman sa lugar na ito.

Noong 1786, sinimulan ni Luigi Galvani ang isang kontrobersya sa paligid ng potensyal na elektrikal sa mga hayop. Ang kanyang kalaban ay walang iba kundi si Alessandro Volta na, sa pamamagitan ng pagbuo ng baterya ng kuryente, ay medyo nakakakuha ng interes sa pang-agham sa potensyal na elektrikal sa mga nabubuhay na nilalang.

XIX na siglo

Ang isa sa mga pangunahing kontribusyon noong ika-19 na siglo ay ng propesor ng pisyolohiya ng Du Bois-Reymond sa Berlin, na nagtayo ng mga galvanometer at nagsagawa ng mga pag-aaral sa muscular current at ang mga de-koryenteng potensyal ng mga nerbiyos. Ang bagay na ito ng pag-aaral ay naging isa sa mga punto ng pinagmulan ng biophysics.

Ang isa pa sa mga ito ay ang mga puwersa na responsable para sa passive flow ng bagay sa mga nabubuhay na organismo, partikular na ang pagkakalat ng mga gradients at osmotic pressure. Kasama sa mga linya na ito, ang mga kontribusyon ng Abbé JA Nollet at Adolf Fick ay nakatayo.

Ang huli ay ang isa na naglathala ng unang teksto ng biophysical Die medizinische Physik o Medikal na pisika sa Espanyol. Sa gawa ni Fick, walang mga eksperimento ang isinasagawa, ngunit sa halip ang isang pagkakatulad sa mga batas ng daloy ng init ay naitaas, na naging posible upang mabigkas ang mga batas na namamahala sa pagkakaiba-iba. Nang maglaon, ang mga eksperimento sa laboratoryo ay nagpakita na ang pagkakatulad ay eksaktong.

Dalawampu siglo

Ang ikadalawampu siglo ay nailalarawan sa pamamagitan ng simula sa isang tiyak na kasanayan sa mga siyentipiko ng Aleman, na nakatuon sa pag-aaral ng mga epekto ng radiation.

Isang mahalagang milyahe sa panahong ito ay ang paglathala ng aklat na ¿Qué es la vida? , ni Erwin Schrödinger noong 1944. Dito, ang pagkakaroon ng isang molekula sa mga nabubuhay na nilalang na naglalaman ng impormasyong genetic sa mga covalent bond ay iminungkahi.

Ang aklat na ito at ideyang iyon ay nagbigay inspirasyon sa iba pang mga siyentipiko at humantong sa kanila upang matuklasan ang dobleng istruktura ng helix ng DNA noong 1953. Ito ay sina James Watson, Rosalind Franklin at Francis Crick na gumawa ng pagtuklas.

Sa ikalawang kalahati ng ika-20 siglo ay may isang maliwanag na kapanahunan ng biophysics. Sa mga panahong iyon ay naipakita na ang mga programa sa unibersidad at ito ay tanyag sa ibang mga bansa na lampas sa Alemanya. Bilang karagdagan, ang pagsisiyasat ay nakakakuha ng mas maraming ritmo.

Ano ang pag-aaral (object of study)

Ang biomekanika ay isa sa mga sanga ng biophysics. Pinagmulan: Mutuauniversal

Ang larangan ng pag-aaral ng biophysics ay umaabot sa lahat ng mga kaliskis ng biological na organisasyon, mula sa molekular hanggang sa organic at iba pang mas kumplikadong mga sistema. Depende sa pokus ng atensyon, ang mga biophysics ay maaaring nahahati sa mga sumusunod na sanga:

- Biomekanika: pinag- aaralan ang mga istrukturang mekanikal na umiiral sa mga nabubuhay na nilalang at pinapayagan ang kanilang paggalaw.

- Bioelectricity: pag- aralan ang mga proseso ng electromagnetic at electrochemical na nagaganap sa mga organismo o nagbubuo ng mga epekto sa kanila.

- Bioenergetics: ang object ng pag-aaral ay ang pagbabagong-anyo ng enerhiya na nangyayari sa mga biosystem.

- Bioacoustics: ito ang agham na sinisiyasat ang paggawa ng mga tunog ng tunog, ang kanilang paghahatid sa pamamagitan ng ilang mga paraan at kinukuha ng iba pang mga hayop o mga nabubuhay na sistema.

- Biophotonics: nakatuon sa mga pakikipag-ugnayan ng mga buhay na bagay na may mga photon.

- Radiobiology : pinag -aralan ang biological effects ng radiation (ionizing at non-ionizing) at ang mga aplikasyon nito sa larangan at laboratoryo.

- Mga dinamikong protina: pag-aralan ang mga molekular na paggalaw ng mga protina at isaalang-alang ang kanilang istraktura, pag-andar at natitiklop.

- Komunikasyon ng molekular : nakatuon sa pag-aaral ng henerasyon, paghahatid at pagtanggap ng impormasyon sa pagitan ng mga molekula.

Aplikasyon

Ang mga paksang sinisiyasat ng biophysics ay maaaring mag-overlay sa mga biochemistry, molekular na biology, pisyolohiya, nanotechnology, bioengineering, system biology, computational biology o chemistry-physics, bukod sa iba pa. Gayunpaman, susubukan naming tanggalin ang mga pangunahing aplikasyon ng biophysics.

Sa pagtuklas ng DNA at istraktura nito, ang biophysics ay nag-ambag sa paglikha ng mga bakuna, ang pagbuo ng mga diskarte sa imaging na nagpapahintulot sa pag-diagnose ng mga sakit at ang henerasyon ng mga bagong pamamaraan ng parmasyutiko upang gamutin ang ilang mga pathologies.

Sa pag-unawa ng biomekanika, ang sangay ng biology na ito ay posible upang magdisenyo ng mas mahusay na mga prostheses at mas mahusay na mga nanomaterial na maaaring maihatid ang mga gamot.

Ngayon, ang mga biophysics ay nagsimulang magtuon sa mga isyu na may kaugnayan sa pagbabago ng klima at iba pang mga kadahilanan sa kapaligiran. Halimbawa, ginagawa ang trabaho sa pagbuo ng mga biofuel sa pamamagitan ng pamumuhay ng mga microorganism upang mapalitan ang gasolina.

Ang mga pamayanang mikrobyo ay sinisiyasat din at ang mga pollutant sa kapaligiran ay sinusubaybayan sa kaalaman na nakuha.

Pangunahing konsepto

- Mga System : ito ay isang iniutos na pinagsama-sama ng mga elemento na kasama sa pagitan ng tunay o haka-haka na mga limitasyon, na magkakaugnay at nakikipag-ugnay sa bawat isa.

- Mga protina : malalaking molekula na matatagpuan sa lahat ng mga buhay na selula. Ang mga ito ay binubuo ng isa o higit pang mahabang mga kadena ng mga amino acid na kumikilos tulad ng mga makina na nagsasagawa ng isang malawak na iba't ibang mga pag-andar, tulad ng istruktura (cytoskeleton), mechanical (kalamnan), biochemical (enzymes) at cell signaling (hormones).

- Biomembranes : sistema ng likido na gampanan ang maraming mga biological function na kung saan dapat nilang iakma ang kanilang komposisyon at pagkakaiba-iba. Ang mga ito ay bahagi ng mga cell ng lahat ng nabubuhay na nilalang at ito ay ang lugar kung saan ang hindi mabilang na maliit na molekula ay nakaimbak at nagsisilbing isang angkla para sa mga protina.

- Pagkadaloy : ito ay ang daloy ng init sa pamamagitan ng solidong media dahil sa panloob na panginginig ng boses ng mga molekula, pati na rin ang mga libreng elektron at banggaan sa pagitan nila.

- Pagpupulong : tumutukoy sa daloy ng enerhiya sa pamamagitan ng mga alon ng isang likido (likido o gas), ito ay isang paggalaw ng dami ng likido o gas.

- Radiation : init transfer sa pamamagitan ng mga electromagnetic waves.

- Deoxyribonucleic acid (DNA) : kemikal na pangalan ng molekula na naglalaman ng impormasyong genetic sa lahat ng nilalang na buhay. Ang kanilang pangunahing pag-andar ay ang pag-iimbak ng pangmatagalang impormasyon upang maitayo kasama ang iba pang mga sangkap ng mga selula, mayroon din silang mga tagubilin na ginagamit para sa pagbuo at pagpapatakbo ng lahat ng mga nabubuhay na organismo.

- Nerbiyos na salpok : ito ay isang salpok na electrochemical na nagmula sa gitnang sistema ng nerbiyos o sa mga organo ng pang-unawa sa pagkakaroon ng isang pampasigla. Ang de-koryenteng alon na ito na tumatakbo sa buong neuron ay palaging ipinapadala sa isang unidirectional na paraan, na pumapasok sa mga dendrite ng mga cell at umaalis sa pamamagitan ng axon.

- Pagpapaliit ng kalamnan: proseso ng pisyolohikal kung saan masikip ang mga kalamnan, na nagiging sanhi ng paikliin, manatili o mabatak dahil sa pag-slide ng mga istruktura na bumubuo nito. Ang siklo na ito ay naka-link sa istraktura ng kalamnan hibla at ang paghahatid ng mga de-koryenteng potensyal sa pamamagitan ng mga nerbiyos.

Paraan

Itinuturing ng Biophysicist AV Hill na ang saloobin sa kaisipan ay magiging pangunahing tool ng biophysicist. Gamit ito bilang isang pundasyon, ipinagtatapat niya na ang mga biophysicists ay ang mga indibidwal na maaaring magpahayag ng isang problema sa mga pisikal na termino, at hindi naiiba sa mga partikular na pamamaraan na ginamit ngunit sa paraan ng pagbabalangkas at pag-atake ng mga problema.

Idinagdag sa ito ay ang kakayahang gumamit ng kumplikadong teorya ng pisikal at iba pang mga pisikal na tool upang pag-aralan ang mga likas na bagay. Bilang karagdagan, hindi sila nakasalalay sa mga instrumento na binuo ng komersyal, dahil karaniwang may karanasan sila sa pag-iipon ng mga espesyal na kagamitan upang malutas ang mga problemang biological.

Ang automation ng mga pagtatasa ng kemikal at iba pang mga proseso ng diagnostic gamit ang mga computer ay mga aspeto na dapat isaalang-alang sa kasalukuyang mga pamamaraan ng biophysical.

Bilang karagdagan, ang mga biophysicist ay bubuo at gumagamit ng mga pamamaraan ng pagmomolde ng computer, kung saan maaari silang manipulahin at obserbahan ang mga hugis at istruktura ng mga kumplikadong molekula, pati na rin ang mga virus at protina.

Mga Sanggunian

1. Solomon, A. (2018, Marso 30). Biophysics. Encyclopædia Britannica. Nabawi sa britannica.com
2. Biophysics. (2019, Setyembre 18). Wikipedia, Ang Encyclopedia. Nabawi mula sa wikipedia.org
3. Mga nag-aambag sa Wikipedia. (2019, Setyembre 23). Biophysics. Sa Wikipedia, The Free Encyclopedia. Nabawi mula sa wikipedia.org
4. Ano ang biophysics? Alamin ang mga sanga ng pag-aaral at ang kasaysayan nito. (2018, Nobyembre 30). Nabawi mula sa branchesdelabiologia.net
5. Lipunan ng Byophysical. (2019) Ano ang Biophysics. Nabawi mula sa biophysics.org
6. Nahle, Nasif. (2007) Artikulo ng didactic: Biophysics. Organisasyon ng Gabinete ng Biology. Nabawi mula sa biocab.org