Co jest biofizyka

Wraz z rozwojem i pogłębianiem wiedzy ludzkiej o organizmach żywych występują odcinki nauka zajmująca się badaniem procesów i zjawisk związanych zarówno z różnych dziedzin wiedzy. Wśród tych dyscyplin Fizyka biologiczna, lub biofizyki. Co uczy i jakie są jego metody badań?

Wiadomym jest, że podstawowymi prawami fizyki studiów natura: Konstrukcja atomów i jąder, właściwości cząsteczek, oddziaływanie fal elektromagnetycznych i cząstki, itp ... biofizyka, które powstały na przecięciu biologicznych i fizycznych - nauki o podstawowych procesów fizycznych i fizykochemicznych w żywych organizmów i ich regulacji.

Biofizyka trzeba znać strukturę i wzory organizmów żywych pracować bez zakłócania ich właściwości, utrzymując ciało w życie, stanie aktywnym. Po tym wszystkim, otmiraya, organizm traci swoje nieodłączne właściwości, wszystkie procesy w niej się zmienia i staje się wspólny system nieożywionej. Jest to największa trudność. W związku z tym istnieje zapotrzebowanie na badanie organizmów żywych w różnych „poziomy” - w celu zbadania właściwości cząsteczek biologicznych właściwości i komórek roboczych, badania wykonania współpracy w całym organizmie, itd. Dlatego też, biofizyki rozdzielania tych dużych obszarów: biofizyki cząsteczkowej, biofizyki biofizyki komórek .. procesy zarządzania i regulacji i inne. w skrócie wyjaśnić każdy z głównych odcinków biofizyki.

biofizyki cząsteczkowej badanie właściwości cząsteczek biologicznych, procesów fizykochemicznych w komórkach receptorów. Komórki te nazywane są receptora lub wrażliwe, ponieważ są one najpierw dostrzec sygnały świetlne, smaku, zapachu (po łacinie „receptury” - Feel).

Biofizyki Molekularnej bada, na przykład, procesy zachodzące w narządach zmysłów zwierzęta - w narządach wzroku, słuchu, dotyku i węchu. Nauczyliśmy się, że w naszym organizmie dzieje się wszystko tylko przez siebie, a czasem nie myśleć o tym, jak występować złożone procesy biofizyczne, na przykład, gdy czujemy smak cukru lub poczuć zapach kwiatów. I to jest jeden z problemów, na które biofizyki molekularnej działa od wielu lat. Fakt, że odczucia smaku i zapachu możliwe przez złożone procesy fizyczne i chemiczne w komórkach receptora w interakcji tych cząsteczek z różnymi substancjami.

Wiadomym jest, że chemicy stworzyli 1 mln. związków organicznych, a niemal każdy z nich ma swój charakterystyczny zapach. Osoba może odróżnić tysiące zapachów, niektóre substancje czujemy się wyjątkowo niskim stężeniu - wszystkie miliony i miliardy miligrama na litr wody. Na przykład, do wykrywania substancji takich, jak skatolu, trinitrobutiltoluol ich wystarczającego stężenia 10^-9 mg / l. Zwierzęta są znacznie bardziej wrażliwe niż człowiek. Na przykład, geolodzy używają specjalnie przeszkolonych psów do wyszukiwania zapachu złóż położonych głęboko pod ziemią. Jest dobrze znany z pracy psów policyjnych, znalezienie śladu pomijalnie słabym zapachu. Ale, być może, cała ostrość węchu najwyższej ryb i owadów. Niektóre ryby czują substancji zapachowych, nawet jeśli jest on zawarty w wodzie w znikomo małych stężeniach - tylko 10^-11 mg / l. motyle wykazują prawie jedną cząsteczkę substancji zapachowej na 1 m³ powietrze.

biofizyka molekularna pomaga dowiedzieć się nie tylko różnicę w czułości i strukturę narządu węchowego w różnych zwierząt, ale również proces ustalania zapach. Jest teraz ustalono, że istnieje 6-7 główne zapachy, różne kombinacje, które ze względu na ich różnorodność. Ten podstawowy zapachy odpowiadają niektórych typów komórek węchowych.

biofizyki Molekularne badania właściwości i procesów, a nie tylko u zwierząt, ale także w roślinach. W szczególności zajmuje się badaniem fotosyntezy. Liścia brzoza, wiśniowy, jabłkowy i pszenica są procesy zaskakujące i skomplikowane. Słońce wysyła na Ziemię ogromne ilości energii, która byłaby zniknął bez użycia, jeśli nie zielone liście, zarażenia i utworzenie z niego wody i dwutlenku węgla i substancji organicznej w ten sposób dając życia wszystkich organizmów żywych.

Cząsteczki płynące fotosyntezy w zielonej - chloroplasty komórek liści i roślin zawierających pigment - chlorofilu. Części energii światła (fotonów) Pobór przez pigment i wytwarzają fotoutleniania wody: to wyraża cząsteczki chlorofilu elektronów, protonów i stosuje się do odzyskania ditlenku węgla z węglowodanów. Proton i elektron wiadomo że obejmują ten atom vodoroda- atom „fragmentaryczne” pochodzi od cząsteczek wody. W procesie fotosyntezy jest uwalniany tlen oddychali przez wszystkie organizmy żywe.

Podstawa fotosynteza - pierwszy podstawowy proces: reakcję części energii światła (fotonów) z cząsteczki chlorofilu. Proces ten analizuje biofizyki cząsteczkowej w procesie fotosyntezy, aby wiedzieć, w jaki sposób energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną i następnych substancji konwersji. Jeśli ten fundamentalny proces będzie w pełni znane do końca, to może być prowadzone w sztucznych warunkach. Następnie ludzki posiada najszybszy i najbardziej ekonomicznym sposobem wytwarzania substancji organicznych, w związku z tym, żywności i wartościowe surowce, które dają obecnie człowiekowi zielone roślin.

Istnieje ścisły związek między badań ogniwa i procesów molekularnych występujących w nich, np. E. Pomiędzy molekularnych i komórkowych biofizyki. Jeden z tych badań zmian molekularnych, właściwości cząsteczek i systemów biologicznych, utworzone przez cząsteczki w komórkach (jak znaczy powstawanie submolecular) i zmiany ich właściwości, inne właściwości i działanie bada innej komórki - wydzielania, skurczowy, węchowe i inne fotoczuły.

rozwój Biofizyki komórka w dużej mierze przyczyniły się do sukcesu fizyki, elektroniki, właśnie z powodu tych nauk biofizyki otrzymał mikroskopów elektronowych, co pozwoliło na zwiększenie mikroskopijnych obiektów w setki tysięcy razy. Eksploatacji biofizyki pojawił elektronowego rezonansu paramagnetycznego, w którym do badania specyficzne aktywne części cząsteczek - tak zwanych wolnych rodników, które odgrywają ważną rolę we wszystkich procesach biologicznych. Przy użyciu wysoce wrażliwe na urządzeniach projekcyjnych - fotopowielacze (PMT), jest możliwe do określenia bardzo małe strumienie światła. Zastosowanie tych urządzeń doprowadziła do większej przejrzystości w zakresie biofizyki komórki.

Od dawna wiadomo, za możliwość świecić w organizmach żywych: świetliki i różne organizmy wodne, zwane bioluminescencji. Ale z fotopowielacza udało Stwierdzono, że zdolność do emitowania światła mają Zbiorniki prawie wszystkich zwierząt i roślin. To tak zwane ultra-słaba luminescencji - biochemiluminescence - Występuje on w wyniku reakcji fizykochemicznych w komórkach, a to wiąże się z wewnątrzkomórkowym lipidów utlenianie substancji w elementach strukturalnych. Odgrywają one ważną rolę wolnych rodników są określane nas w tych procesach. Przez ultraweak intensywność luminescencji może monitorować poziom metabolicznych reakcji utleniania i uwalnianie energii wynikające z różnych reakcji zachodzących w komórkach.

Ultraweak wykrywania luminescencji obecność wolnych rodników, a ich połączenie z życia komórek zmieniły się reprezentację procesów komórkowych. Przed zadaniem biofizyki komórki nie tylko do zrozumienia ultramicroscopic strukturę komórek i ich organelli, ale także dowiedzieć się, w jaki sposób te elementy odnoszą się do siebie nawzajem, jak one działają, co jest powodem, spójności, koordynacji procesów zachodzących w komórkach.

Gdy naukowiec komórek pod mikroskopem elektronowym otworzyło nowe świata ultramicroscopic, t. E. najmniejsze, struktur komórkowych. wewnątrzkomórkowe błony, przewody, rury, fiolki zostały znalezione. Wszystkie te struktury, milion razy cieńsze od ludzkiego włosa, odgrywają istotną rolę w aktywności komórek. Każda komórka pozornie prostym bryła cytoplazmy do jądra komórkowego, ma skomplikowaną konstrukcję z dużą liczbą drobnych cząstek (elementy konstrukcyjne) prowadzących dokładny i stały w ścisłym porządku, są ściśle powiązane ze sobą. Ilość tych elementów konstrukcyjnych, jest bardzo duża, na przykład komórki do 70 tysięcy cząstek. - mitochondriów, dzięki któremu oddychanie komórek i odbiera energię do jej działania.

Video: Biofizyki od nieożywionych do żywych

W każdej komórce organizmu żywego, wchłanianie substancji podstawowych i przydział zbędny oddechu występuje, podział, wraz z tymi komórkami wykonywania określonych funkcji. Na przykład, komórki siatkówki określenia wytrzymałości i jakości lekkich komórek śluzowych nosa określone substancje zapachowe, komórki różnych gruczołach wydzielania substancji fizjologicznie czynnych - enzymy i hormony, które regulują wzrost i rozwój organizmu.

O wszystkim jego wielkie dzieło - widział, słyszał, zidentyfikować - komórki nerwowe w tkankach zwierząt zgłoszonych przez impulsy elektryczne w mózgu - głównego ośrodka koordynującego. Komórki biofizyki w ogóle, a jednym z jego ważnych odcinków nazywa elektrofizjologii komórkowej, badania jak komórki otrzymują niezbędne informacje z otoczenia, ponieważ informacja jest kodowana w sygnałach elektrycznych - impulsy jak produkowane w komórkach biologicznych prądu i potencjału.

Wideo: Dmitry Chernavskii - Biofizyki Molekularnej - 1

Komórki żywego organizmu są ściśle połączone z mózgiem - głównego centrum sterowania. Same komórki, w tysiącach swoich elementów konstrukcyjnych wystąpić uporządkowany procesy biochemiczne. Z tego powodu tak konsekwentnie i precyzyjnie wykonać te setki tysięcy reakcji?

Fakt, że komórki, a oddzielny narząd, i całe organizmy są pewne system Opierając się na konkretnych przepisów prawnych i relacji. Te konkretne badania najmłodszej sekcji - biofizyki procesów zarządzania i regulacji.

Omówimy tę sekcję biofizyki, stosując następujący przykład. Każde ciało ludzkie składa się z dużej liczby komórek, które wykonują określone zadanie. Na przykład, szczególną rolę w węch odgrywa błony śluzowej nosa - tzw nabłonek błony śluzowej. jego wielkość wynosi nie więcej niż 4 cm², ale zawiera prawie 500 milionów komórek węchowych. - receptor. Informacje na temat ich pracy są przenoszone wzdłuż włókien nerwowych, których liczba sięga 50 mln zł., W nerw węchowy a następnie mózgu. Sygnały pochodzące z tych komórek, w formie impulsów elektrycznych pierwotnych musi być prawidłowo odszyfrowany. Aby to zrobić, idą do różnych części mózgu, składający się z ogromnej liczby komórek. Na przykład, tylko półkule obejmują 2 * 10¹⁰ Komórki, móżdżek -10¹¹ komórki. Mózg podejmuje niezbędne "rozwiązania" i przesyła sygnały odpowiedzi - instrukcje jak prace powinny być te lub innych komórek, tkanek lub narządów. W ośrodkowym układzie nerwowym odbiera setki tysięcy różnych sygnałów ze środowiska zewnętrznego światła, dźwięku, zapachu i sygnałów o stanie komórek organizmu. Z powyższego widać, jak skomplikowane relacje w każdym systemie dziennym - w pojedynczej komórce lub całego organizmu jako skomplikowanej pracy komórek zarządzania, regulacji i monitorowania ich stanu za koordynację wszystkich procesów życiowych.

Ten ważny wydział biofizyki jest na podstawie przepisów ustawowych, druga otwarta nauka - cybernetyka. Biofizyka, badania procesów zarządzania i regulacji, stosując swoje metody, opracowała szereg modeli elektronicznych, takich jak żółwie, Komórki nerwowe i proces fotosyntezy, ułatwiające badanie regulacji złożonych zjawisk w organizmie.

Badanie procesów regulacyjnych w żywych organizmach wykazały, że mają one właściwości zaskakujące - samoregulacja. Komórki, tkanki, narządy organizmów żywych są samoregulujące, samoorganizujące się, samoregulujące, układ self-learning. Oznacza to, że praca komórek, narządów i ogólnie określona przez właściwości i cech określonych w organizmie. W związku z tym, każda z komórek lub narządów niezależnie, bez pomocy z zewnątrz regulować stałości składu medium wewnątrz nich. Jeśli pod wpływem jakiegokolwiek czynnika ich zmienia stan, to niesamowite właściwość pomaga im wrócić do normalnego stanu.

Chloroplasty z komórek liści zmienić układ w zależności od siły oświetlenia: w silnym świetle, są umieszczone wzdłuż ścianek komórek (po lewej), - przy słabym - przez komórki. Jest to przykład samoregulacji komórki.

Tu jest tylko jeden prosty przykład takiej samoregulacji. Mówiliśmy już o ważnej roli chloroplastów, znajduje się w komórkach liścia. Chloroplasty możliwość niezależnego przemieszczania się w komórkach pod wpływem światła, ponieważ są one bardzo wrażliwe na niego. W słoneczny dzień w jasnym dużym natężeniu światła, chloroplasty są zlokalizowane wzdłuż ściany komórkowej, jakby starając się unikać silnego światła. W pochmurne dni pochmurnych chloroplasty są zlokalizowane na powierzchni komórki do wchłaniania większej ilości światła. Chloroplastu przejścia z jednego położenia do drugiego pod wpływem światła (fototaksja) prowadzi się przez komórkową samoregulacji.

Znajomość ludzkiej natury, różnorodność organizmów żywych jest tak szybki i tak prowadzi do nieoczekiwanych wyników i wnioski, że nie mieszczą się w ramach jednego nauki. Biofizyka oznaczał początek nowej gałęzi nauki, aby poszerzyć horyzonty wiedzy ludzkiej. Więc niezależną gałęzią biologii radiobiologia - nauka wpływu różnych form promieniowania na organizmy żywe, biologia przestrzeń, bada problemy życia w przestrzeni, Mechano, odkrywania konwersję energii chemicznej w energię mechaniczną, która występuje we włóknach mięśniowych. Na podstawie badań biofizycznych, nowa nauka - bionics, studia żywych organizmów w celu stosowania zasad ich pracy, aby utworzyć nową i ulepszoną konstrukcję przyrządów i aparatury.

Powiedziano nam tylko niewielka część badań przeprowadzonych przez biophysicists, ale przykłady mogą mieć znacznie więcej jak w badaniu molekuł, struktur wewnątrzkomórkowych i organizmu jako całości. Każdy dzień przynosi nowe odkrycia, wynalazki, cenne pomysły. Nasz wiek - to czas wielkiego postępu we wszystkich dziedzinach wiedzy, w tym studium natury.