BIYOFIZIK: TARIH, NE INCELIYOR, UYGULAMALAR, KAVRAMLAR, YÖNTEMLER - BIYOLOJI - 2025

Biyofizik canlılar faaliyet gösteren fiziksel yasaların çalışmadır. Biyolojik olayları incelemek için fiziğin yaklaşımlarını ve yöntemlerini uygulayan disiplinler arası bir bilimdir.

Fiziksel biyoloji olarak da bilinen, doğada gözlemlenen tüm olayların öngörülebilir bir bilimsel açıklamaya sahip olduğu ve tüm canlı sistemlerin fiziksel yasalara dayalı süreçlerden oluştuğu fikrinin bir parçası.

Çift sarmal DNA zinciri. Biyofizikteki ana bulgulardan biri. Kaynak: Joseluissc3

Biyofiziğin fizik, biyoloji veya her ikisinin bir dalı olarak kabul edildiği tartışma yaygındır. Bu durumda, onu bir biyoloji dalı olarak görme eğiliminin olduğuna dikkat etmek önemlidir.

Bunun nedeni, fiziksel ilerlemeler ve kavramlarla zenginleştirilmiş olan bilgi alışverişinin genellikle fizikten biyolojiye üretilmesidir. Ancak aynı katkı ters bir şekilde doğrulanamaz, yani saf fizik açısından biyofiziğin yeni bilgi sunduğu söylenemez.

Biyofizik, fiziğe deneysel kanıtlar sağlar ve böylece teorileri desteklemesine izin verir, ancak fizik ve biyoloji arasındaki alışveriş açıkça tek yönlüdür.

Biyofizikçiler, biyolojik sistemlerin işleyişi, yapısı, dinamikleri ve etkileşimi ile ilgili her şeyi incelemek için kantitatif fizik, matematik ve kimya bilimlerinde eğitilmiştir. Bu sistemler arasında karmaşık moleküller, hücreler, organizmalar ve ekosistemler bulunur.

Tarih

Biyofiziğin kökenleri, doğa bilimlerinin henüz ayrı disiplinler olarak bölünmediği ve biyolüminesansın ilk araştırmasının yapıldığı on yedinci yüzyıla dayanmaktadır.

Tespit edilen ilk çalışma, Ars Magna Lucis et Umbrae adlı eserini yayınlayan ve hayvan parlaklığına iki bölüm ayıran Alman Cizvit Athanasius Kircher (1602-1680) tarafından gerçekleştirildi.

Elektrik ve biyoloji arasındaki bağlantı sadece on yedinci yüzyılda değil, sonraki iki yüzyılda da spekülasyon konusu oldu. Yaklaşımı sırasında, insanın ateşböcekleri veya doğal yıldırım deşarjları gibi hayvansal ve doğal elektriğe olan hayranlığı ortaya çıktı.

Bu araştırma hattında, İtalya'da ve 18. yüzyılın ortalarında Giovanni Beccaria'nın kasların elektriksel uyarımı üzerine deneyleri tespit edildi ve bu alanda bilgi üretildi.

1786'da Luigi Galvani, hayvanlardaki elektrik potansiyeli etrafında bir tartışma başlattı. Rakibi, elektrikli bataryayı geliştirerek canlıların elektrik potansiyeline olan bilimsel ilgiyi bir şekilde azaltan Alessandro Volta'dan başkası değildi.

XIX yüzyıl

19. yüzyıldaki ana katkılardan biri, galvanometreleri yapan ve sinirlerin kas akımı ve elektriksel potansiyeli üzerine çalışmalar yapan Berlin'deki fizyoloji profesörü Du Bois-Reymond'un çalışmasıydı. Bu çalışma amacı biyofiziğin başlangıç ​​noktalarından biri haline geldi.

Bunlardan bir diğeri, canlı organizmalardaki pasif madde akışından, özellikle difüzyon gradyanlarından ve ozmotik basınçtan sorumlu olan kuvvetlerdi. Bu çizgide Abbé JA Nollet ve Adolf Fick'in katkıları öne çıkıyor.

İkincisi, ilk biyofiziksel metin olan Die medizinische Physik veya Medical Physics'i İspanyolca olarak yayınlayan kişiydi. Fick'in çalışmasında hiçbir deney yapılmadı, bunun yerine ısı akışı yasalarıyla bir analoji gündeme getirildi ve bu da difüzyonu yöneten yasaları açıklamayı mümkün kıldı. Daha sonraki laboratuvar deneyleri, analojinin kesin olduğunu gösterdi.

Yirminci yüzyıl

Yirminci yüzyıl, radyasyonun etkilerini incelemeye odaklanan Alman bilim adamlarının belirli bir ustalığıyla başlayarak karakterize edildi.

Bu dönemin önemli bir kilometre taşı, ¿Qué es la vida? , 1944'te Erwin Schrödinger tarafından. Bunda, canlılarda kovalent bağlarda genetik bilgi içeren bir molekülün varlığı önerildi.

Bu kitap ve bu fikir diğer bilim adamlarına ilham verdi ve onları 1953'te DNA'nın çift sarmal yapısını keşfetmeye yönlendirdi. Keşfi yapan James Watson, Rosalind Franklin ve Francis Crick'ti.

20. yüzyılın ikinci yarısında biyofiziğin belirgin bir olgunluğu var. O günlerde üniversite programları zaten sunuluyordu ve Almanya dışındaki diğer ülkelerde de popülerdi. Ayrıca soruşturma giderek daha fazla ritim kazanıyordu.

Ne çalışıyor (çalışmanın amacı)

Biyomekanik, biyofiziğin dallarından biridir. Kaynak: Mutuauniversal

Biyofizik çalışma alanı, molekülerden organik ve diğer daha karmaşık sistemlere kadar biyolojik organizasyonun tüm ölçeklerine uzanır. Dikkat odağına bağlı olarak biyofizik aşağıdaki dallara ayrılabilir:

- Biyomekanik: Canlılarda bulunan ve hareketlerine izin veren mekanik yapıları inceler.

- Biyoelektrik: organizmalarda meydana gelen veya üzerlerinde etki yaratan elektromanyetik ve elektrokimyasal süreçleri inceler.

- Biyoenerji bilimi: çalışmanın amacı, biyosistemlerde meydana gelen enerjinin dönüşümüdür.

- Biyoakustik: Ses dalgalarının üretimini, bunların bir şekilde iletilmesini ve diğer hayvanlar veya canlı sistemler tarafından yakalanmasını inceleyen bilimdir.

- Biyofotonik: canlıların fotonlarla etkileşimlerine odaklanır.

- Radyobiyoloji : radyasyonun biyolojik etkilerini (iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan) ve saha ve laboratuvardaki uygulamalarını inceler.

- Protein dinamikleri: proteinlerin moleküler hareketlerini inceleyin ve yapılarını, işlevlerini ve katlanmalarını göz önünde bulundurun.

- Moleküler iletişim : moleküller arasında bilgi üretimi, iletimi ve alımını incelemeye odaklanır.

Uygulamalar

Biyofizik tarafından araştırılan konular, diğerleri arasında biyokimya, moleküler biyoloji, fizyoloji, nanoteknoloji, biyomühendislik, sistem biyolojisi, hesaplamalı biyoloji veya kimya-fizik konularıyla örtüşebilir. Bununla birlikte, biyofiziğin temel uygulamalarını sınırlandırmaya çalışacağız.

DNA'nın ve yapısının keşfedilmesiyle biyofizik, aşıların oluşturulmasına, hastalıkların teşhisine izin veren görüntüleme tekniklerinin geliştirilmesine ve belirli patolojileri tedavi etmek için yeni farmakolojik yöntemlerin oluşturulmasına katkıda bulunmuştur.

Biyomekanik anlayışıyla birlikte, bu biyoloji dalı, ilaçların verilebileceği daha iyi protezler ve daha iyi nanomateryaller tasarlamayı mümkün kılmıştır.

Günümüzde biyofizik, iklim değişikliği ve diğer çevresel faktörlerle ilgili konulara odaklanmaya başladı. Örneğin, benzinin yerini alması için canlı mikroorganizmalar aracılığıyla biyoyakıt geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır.

Mikrobiyal topluluklar da araştırılmakta ve atmosferdeki kirleticiler edinilen bilgilerle takip edilmektedir.

Ana kavramlar

- Sistemler : Gerçek veya hayali sınırlar arasında yer alan, birbiriyle ilişkili ve birbiriyle etkileşim halinde olan öğelerin sıralı bir toplamıdır.

- Proteinler : Tüm canlı hücrelerde bulunan büyük moleküller. Yapısal (hücre iskeleti), mekanik (kas), biyokimyasal (enzimler) ve hücre sinyallemesi (hormonlar) gibi çok çeşitli işlevleri yerine getiren makineler gibi davranan bir veya daha fazla uzun amino asit zincirinden oluşurlar.

- Biyomembranlar : Bileşimlerini ve çeşitliliğini adapte etmeleri gereken çok sayıda biyolojik işlevi yerine getiren sıvılar sistemi. Tüm canlıların hücrelerinin bir parçasıdırlar ve sayısız küçük molekülün depolandığı ve proteinler için bir çapa görevi gördüğü yerdir.

- İletim : Moleküllerin iç titreşimlerinden ve ayrıca serbest elektronlar ve aralarındaki çarpışmalardan dolayı katı ortamdan ısı akışıdır.

- Konveksiyon : Bir akışkanın (sıvı veya gaz) akımları boyunca enerji akışını ifade eder, sıvı veya gaz hacimlerinin bir hareketidir.

- Radyasyon : elektromanyetik dalgalar aracılığıyla ısı transferi.

- Deoksiribonükleik asit (DNA) : Tüm canlılarda genetik bilgiyi içeren molekülün kimyasal adı. Ana işlevleri, hücrelerin diğer bileşenleriyle birlikte oluşturmak için uzun vadeli bilgileri depolamaktır, ayrıca tüm canlı organizmaların gelişimi ve çalışması için kullanılan talimatlara da sahiptirler.

- Sinir dürtüsü : Bir uyaran varlığında merkezi sinir sisteminden veya duyu organlarından kaynaklanan elektrokimyasal bir dürtüdür. Tüm nöronun içinden geçen bu elektrik dalgası, hücrelerin dendritlerinden girip aksondan çıkarak her zaman tek yönlü bir şekilde iletilir.

- Kas kasılması: Kasların kasıldığı, onu oluşturan yapıların kayması nedeniyle kısalmasına, kalmasına veya gerilmesine neden olduğu fizyolojik süreç. Bu döngü, kas lifi yapısına ve elektriksel potansiyelin sinirler yoluyla iletilmesine bağlıdır.

Yöntemler

Biyofizikçi AV Hill, zihinsel tutumun biyofizikçinin ana aracı olacağını düşünüyor. Bununla birlikte, biyofizikçilerin bir problemi fiziksel terimlerle ifade edebilen ve kullanılan belirli tekniklerle değil, problemleri formüle etme ve bunlara müdahale etme biçimleriyle farklılaşmayan kişiler olduğunu savunuyor.

Buna ek olarak, doğal nesneleri incelemek için karmaşık fiziksel teori ve diğer fiziksel araçları kullanma yeteneği de var. Ek olarak, biyolojik problemleri çözmek için genellikle özel ekipmanı bir araya getirme deneyimine sahip olduklarından, ticari olarak üretilmiş aletlere bağlı değildirler.

Bilgisayar kullanan kimyasal analizlerin ve diğer teşhis süreçlerinin otomasyonu, mevcut biyofiziksel yöntemlerde dikkate alınması gereken hususlardır.

Ek olarak, biyofizikçiler karmaşık moleküllerin şekillerini ve yapılarını, ayrıca virüsleri ve proteinleri manipüle edip gözlemleyebilecekleri bilgisayar modelleme yöntemleri geliştirir ve kullanırlar.

Referanslar

1. Solomon, A. (2018, 30 Mart). Biyofizik. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'da kurtarıldı
2. Biyofizik. (2019, 18 Eylül). Wikipedia, Ansiklopedi. Wikipedia.org'dan kurtarıldı
3. Wikipedia'ya katkıda bulunanlar. (2019, 23 Eylül). Biyofizik. Wikipedia'da, Ücretsiz Ansiklopedi. Wikipedia.org'dan kurtarıldı
4. Biyofizik nedir? Çalışma dallarını ve tarihini bilin. (2018, 30 Kasım). Şubelerden kurtarıldıdelabiologia.net
5. Biyofizik Derneği. (2019) Biyofizik Nedir. Biophysics.org'dan kurtarıldı
6. Nahle, Nasif. (2007) Didaktik Makale: Biyofizik. Biyoloji Kabini Organizasyonu. Biocab.org'dan kurtarıldı