Биофизика - Biophysics

Кинезин использует динамика домена белка на наномасштаб идти по микротрубочка.

Биофизика это междисциплинарная наука, которая применяет подходы и методы, традиционно используемые в физика учиться биологический явления.[1][2][3] Биофизика охватывает все масштабы биологическая организация, от молекулярный к организменный и население. Биофизические исследования во многом пересекаются с биохимия, молекулярная биология, физическая химия, физиология, нанотехнологии, биоинженерия, вычислительная биология, биомеханика, биология развития и системная биология.

Период, термин биофизика был первоначально представлен Карл Пирсон в 1892 г.[4][5] Неоднозначно термин биофизика также регулярно используется в академических кругах для обозначения изучения физические величины (например. электрический ток, температура, стресс, энтропия ) в биологических системах, что, по определению, осуществляется физиология. Тем не менее, другие Биологические науки также проводить исследования биофизических свойств живых организмов, включая молекулярная биология, клеточная биология, биофизика и биохимия.

Обзор

Молекулярная биофизика обычно отвечает на биологические вопросы, аналогичные тем, биохимия и молекулярная биология, стремясь найти физические основы биомолекулярных явлений. Ученые в этой области проводят исследования, направленные на понимание взаимодействий между различными системами клетки, в том числе взаимодействия между ДНК, РНК и биосинтез белка, а также как регулируются эти взаимодействия. Чтобы ответить на эти вопросы, используются самые разные методы.

А рибосома это биологическая машина который использует динамика белка

Флуоресцентный методы визуализации, а также электронная микроскопия, рентгеновская кристаллография, ЯМР-спектроскопия, атомно-силовая микроскопия (AFM) и малоугловое рассеяние (SAS) как с Рентгеновские лучи и нейтроны (SAXS / SANS) часто используются для визуализации структур, имеющих биологическое значение. Белковая динамика можно наблюдать нейтронное спиновое эхо спектроскопия. Конформационное изменение в структуре можно измерить с использованием таких методов, как двойная поляризационная интерферометрия, круговой дихроизм, SAXS и SANS. Прямое манипулирование молекулами с помощью оптический пинцет или AFM, также может использоваться для мониторинга биологических событий, когда силы и расстояния имеют наномасштаб. Молекулярные биофизики часто рассматривают сложные биологические события как системы взаимодействующих объектов, которые можно понять, например через статистическая механика, термодинамика и химическая кинетика. Используя знания и экспериментальные методы из самых разных дисциплин, биофизики часто могут непосредственно наблюдать, моделировать или даже манипулировать структурами и взаимодействиями отдельных людей. молекулы или комплексы молекул.

В дополнение к традиционным (то есть молекулярным и клеточным) биофизическим темам, таким как структурная биология или кинетика ферментов, современная биофизика охватывает чрезвычайно широкий спектр исследований, от биоэлектроника к квантовая биология с использованием как экспериментальных, так и теоретических инструментов. Биофизики все чаще применяют модели и экспериментальные методы, полученные из физика, а также математика и статистика, в более крупные системы, такие как ткани, органы,[6] население[7] и экосистемы. Биофизические модели широко используются при изучении электропроводности в отдельных нейроны, а также анализ нейронных цепей в тканях и в целом головном мозге.

Медицинская физика, раздел биофизики, это любое приложение физика к лекарство или здравоохранение, начиная с радиология к микроскопия и наномедицина. Например, физик Ричард Фейнман теоретизировал о будущем наномедицина. Он писал об идее медицинский использовать для биологические машины (увидеть наномашины ). Фейнман и Альберт Хиббс предположил, что некоторые ремонтные машины однажды могут быть уменьшены в размерах до такой степени, что это станет возможным (как выразился Фейнман) "проглотить доктора ". Идея обсуждалась в эссе Фейнмана 1959 года. Внизу много места.[8]

История

Некоторые из более ранних исследований в области биофизики были проведены в 1840-х годах группой, известной как Берлинская школа физиологов. Среди его членов были такие пионеры, как Герман фон Гельмгольц, Эрнст Генрих Вебер, Карл Ф. В. Людвиг, и Йоханнес Петер Мюллер.[9] Биофизику можно даже рассматривать как восходящую к исследованиям Луиджи Гальвани.

Популярность этого направления возросла, когда книга Что такое жизнь? от Эрвин Шредингер был опубликован. С 1957 года биофизики объединились в Биофизическое общество который сейчас насчитывает около 9000 членов по всему миру.[10]

Некоторые авторы, такие как Роберт Розен критикуют биофизику на том основании, что биофизический метод не учитывает специфики биологических явлений.[11]

Сфокусировать как подполе

В то время как в некоторых колледжах и университетах есть специальные отделы биофизики, обычно на уровне выпускников, во многих нет отделов биофизики университетского уровня, вместо этого есть группы в связанных отделах, например биохимия, клеточная биология, химия, Информатика, инженерное дело, математика, лекарство, молекулярная биология, нейробиология, фармакология, физика, и физиология. В зависимости от сильных сторон кафедры в университете разное внимание будет уделяться областям биофизики. Ниже приводится список примеров того, как каждый отдел прилагает усилия к изучению биофизики. Этот список не исчерпывающий. И не каждый предмет обучения принадлежит исключительно какому-либо определенному отделу. Каждое учебное заведение устанавливает свои собственные правила, и между факультетами существует много общего.[нужна цитата ]

Много биофизические методы уникальны для этого поля. Исследования в области биофизики часто инициируются учеными, которые по образованию были биологами, химиками или физиками.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «Биофизика | наука». Энциклопедия Британника. Получено 2018-07-26.
  2. ^ Чжоу HX (март 2011 г.). «Q&A: Что такое биофизика?». BMC Биология. 9: 13. Дои:10.1186/1741-7007-9-13. ЧВК  3055214. PMID  21371342.
  3. ^ «определение биофизики». www.dictionary.com. Получено 2018-07-26.
  4. ^ Пирсон, Карл (1892). Грамматика науки. п. 470.
  5. ^ Роланд Глейзер. Биофизика: введение. Springer; 23 апреля 2012 г. ISBN  978-3-642-25212-9.
  6. ^ Сахай, Эрик; Трепат, Ксавьер (июль 2018 г.). «Мезомасштабные физические принципы коллективной клеточной организации». Природа Физика. 14 (7): 671–682. Bibcode:2018НатФ..14..671Т. Дои:10.1038 / s41567-018-0194-9. ISSN  1745-2481. S2CID  125739111.
  7. ^ Попкин, Габриэль (07.01.2016). «Физика жизни». Новости природы. 529 (7584): 16–18. Bibcode:2016Натура.529 ... 16П. Дои:10.1038 / 529016a. PMID  26738578.
  8. ^ Фейнман Р.П. (декабрь 1959 г.). "Внизу много места". Архивировано из оригинал на 2010-02-11. Получено 2017-01-01.
  9. ^ Franceschetti DR (15 мая 2012 г.). Прикладная наука. Salem Press Inc. стр. 234. ISBN  978-1-58765-781-8.
  10. ^ Розен Дж, Готард LQ (2009). Энциклопедия физических наук. Публикация информационной базы. п. 4 9. ISBN  978-0-8160-7011-4.
  11. ^ Лонго Г., Монтевиль М. (01.01.2012). «Инертное и живое состояние материи: расширенная критичность, временная геометрия, антиэнтропия - обзор». Границы физиологии. 3: 39. Дои:10.3389 / fphys.2012.00039. ЧВК  3286818. PMID  22375127.

Источники

Библиотечные ресурсы около
Биофизика
  • Перуц М.Ф. (1962). Белки и нуклеиновые кислоты: структура и функции. Амстердам: Эльзевир. КАК В  B000TS8P4G.
  • Перуц М.Ф. (май 1969 г.). «Крооновская лекция, 1968. Молекула гемоглобина». Труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки. 173 (1031): 113–40. Bibcode:1969RSPSB.173..113P. Дои:10.1098 / rspb.1969.0043. PMID  4389425. S2CID  22104752.
  • Догонадзе Р.Р., Урушадзе З.Д. (1971). «Полуклассический метод расчета скорости химических реакций, протекающих в полярных жидкостях». J Electroanal Chem. 32 (2): 235–245. Дои:10.1016 / S0022-0728 (71) 80189-4.
  • Волькенштейн М.В., Догонадзе Р., Мадумаров А.К., Урушадзе З.Д., Харкац Ю.И. (1972). «Теория ферментного катализа». Молекулярная Биология. Москва. 6: 431–439. На русском, аннотация на английском. Доступны переводы на итальянский, испанский, английский, французский
  • Родни М. Дж. Коттерилл (2002). Биофизика: введение. Wiley. ISBN  978-0-471-48538-4.
  • Снеппен К., Зоччи Г. (17 октября 2005 г.). Физика в молекулярной биологии (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-84419-2.
  • Глэзер Р. (23.11.2004). Биофизика: введение (Исправленное ред.). Springer. ISBN  978-3-540-67088-9.
  • Хобби РК, Рот Би Джей (2006). Физика среднего уровня для медицины и биологии (4-е изд.). Springer. ISBN  978-0-387-30942-2.
  • Cooper WG (август 2009 г.). «Доказательства квантовой обработки транскриптазы подразумевают запутанность и декогеренцию суперпозиционных состояний протонов». Биосистемы. 97 (2): 73–89. Дои:10.1016 / j.biosystems.2009.04.010. PMID  19427355.
  • Cooper WG (декабрь 2009 г.). «Необходимость квантовой когерентности для учета спектра зависимых от времени мутаций, проявляемых бактериофагом T4». Биохимическая генетика. 47 (11–12): 892–910. Дои:10.1007 / s10528-009-9293-8. PMID  19882244. S2CID  19325354.
  • Гольдфарб Д (2010). Демистификация биофизики. Макгроу-Хилл. ISBN  978-0-07-163365-9.

внешние ссылки