Биофизика. Основные понятия

Биофизика – интегративная наука, изучающая структуру, физические свойства и характеристики биологических объектов, фундаментальные взаимодействия молекул и молекулярных комплексов, элементарные физико-химические  и физические процессы, лежащие в основе  физиологических реакция и  биологических явлений, а также влияние на биологические объекты различных физических факторов (света, температура и т.д.)

По номенклатуре ЮНЕСКО биофизика является разделом биологии и имеет код 2406

Биофи́зика (от др.-греч. βίος — жизнь, др.-греч. φύσις — природа):

       раздел биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток, и заканчивая биосферой в целом;

       это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Обобщённо можно сказать, что биофизика изучает особенности функционирования физических законов на биологическом уровне организации вещества.

Биофизика как самостоятельная наука имеет:

       собственные цели и задачи

       собственный объект(ы) исследования

       методы исследования

Цели:

       Основываясь на законах и представлениях физики и химии с широким применением математики изучать фундаментальные элементарные процессы, протекающие в биополимерах и надмолекулярных комплексах, лежащие в основе жизнедеятельности клеток и организмов.

       Исследовать действие ряда физических и химических факторов на биообъекты

Задачи:

       изучение на молекулярном уровне структуры субклеточных образований и механизмов их функционирования;

       выявление общих законов (закономерностей) обмена веществ и энергии на уровне клетки и организма;

       исследование молекулярных организмов транспорта ионов, молекул через многочисленные и разнообразные мембраны поверхности разделов фаз;

       изучение молекулярных физиологических  механизмов (дыхание, подвижность);

       исследование поглощения, размена энергии на химические превращения, влияние из на жизнедеятельность при действии энергии электромагнитных полей (видимого и ультрафиолетового излучения), приникающей радиации;

       аналитический подход

Объекты исследования – биополимеры, субклеточные комплексы, ткани , органы (от молекулы до ноосферы). Конкретного предмета нет.

Особенности объекта:

       высокая структурная и химическая гетерогенность

       высокая интеграцияя биохимических реакций

       поддержание постоянства внутренней среды (pH, солевой обмен)

Методы:

На ранних этапах становления биофизики использовали физические методы, которые приспосабливали, модернизировали для изучения биологических процессов и явлений. Например: метод определения вязкости биологических жидкостей, поверхностного натяжения клеток, измерение электрических потенциалов а организмах.

В настоящее время используются: электронно-магнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, спектрофотометрические методы, метод радиактивных изотопов, флуоресцентные методы и .д.р.

Особенности методов:

       интеграции физико-химических методов

       особенности физических явлений

       высокая координация

СХЕМА:

Изуч. объекты:

1.       низкомолекулярные соединения

2.       высокомолекулярные

3.       вирусы

4.       органеллы

5.       клетка

6.       ткани

7.       органы

8.       системы

9.       организм

10.    ноосфера

методы исследования:

1.       препаризирующий

2.       воздействующие

3.       регистрирующие

4.       анализирующие

5.       классифицирующие

6.       модернизирующие

7.       управляющие

физические явления (процессы)

1.       внутримолекулярные процессы на уровне химич. связи

2.       кинетические

3.       энергетические

4.       прием и переработка информации

Разделы биофизики:

1.       молекулярная биофизика (изучает пространственную структуру полимеров) и физические процессы , лежащие в основе их функционирования.

2.       Биофизика мембран (является частью мембранологии , которая изучает структуру и функции мембран)

3.       квантовая биофизика (изучает структуру электронных энергетических уровней атомов, ионов, молекул, их донорно-акцепторные свойства)

4.       радиационная биофизика (исследует процессы взаимодействия ионизирующего излучения с биовеществом)

5.       биофизика сложных систем:

       термодинамика (анализирует функционирование биологических систем с позиций 1 и 2 начал термодинамики)

       кинетика(рассматривает скорости и механизмы протекания биохимических реакций, их взаимосвязь)