Čo je biofyzika

S expanziou a prehlbovanie ľudského poznania o živých organizmoch existujú úseky vedy, ktorá študuje procesy a javy spojené ako rôzne oblasti poznania. Medzi týmito disciplínami Biologická fyzika,

Je známe, že základné fyzikálne zákony štúdií príroda: Štruktúra atómov a jadier, vlastnosti častíc, na vzájomné pôsobenie elektromagnetických vĺn a častice, atď ... biofyzika, ktoré vznikli na križovatke biológie a fyziky - vedy o základných fyzikálnych a fyzikálno-chemických procesov v živých organizmoch a ich regulácie.

Biofyzika je potrebné poznať štruktúru a zákonitosti živých organizmov fungovať bez negatívneho vplyvu na ich vlastnosti, udržuje telo v bývaní, aktívnom stave. Koniec koncov, otmiraya, telo stráca svoje inherentnú vlastnosťou všetkých procesov v ňom sa mení a stáva sa bežnou neživý systém. Ide o najväčšie ťažkosti. Preto existuje potreba pre štúdium živých organizmov na rôznych "úrovniach" - skúmať vlastnosti biologických molekúl, vlastností a pracovných buniek, k štúdiu výkonu pre spoluprácu v celom organizme, atď. Z tohto dôvodu, biofyziky vyčleniť tak veľké oblasti: Molekulárna biofyzika, biofyzika bunkových biofyziky .. procesy riadenia a regulácie a ďalšie. v stručnosti vysvetliť, každý z hlavných sekcií biofyziky.

molekulárnej biofyzika štúdium vlastností biologických molekúl, fyzikálno-chemických procesov v bunkách receptorov. Tieto bunky sa nazývajú receptory alebo citlivé, pretože sú prvé vnímať signály svetla, chuti, vône (v latinčine "receptov" - pocit).

Molekulárna biofyzika skúma, napríklad procesy, ktoré sa vyskytujú v zmyslových orgánov zver - v orgánoch zrak, sluch, dotyk a vôňa. Zistili sme, že v našom tele sa všetko deje len sama o sebe, a niekedy si nemyslím, že o tom, ako sa vyskytujú zložité biofyzikálne procesy, napríklad, keď sa cítime chuť cukru alebo sa cíti vôňu kvetov. A to je jeden z problémov, v ktorých majú molekulárnej biofyzika pracuje už niekoľko rokov. Skutočnosť, že pocit chuti a zápachu možné zložitými fyzikálnymi a chemickými procesmi v receptorové buniek v interakcii týchto molekúl s rôznymi látkami.

Je známe, že chemici vytvorili 1 milión. Organické látky, a takmer každý z nich má svoj charakteristický zápach. Človek dokáže rozlíšiť tisíce pachov, niektoré látky, ktoré cítime pri extrémne nízkych koncentráciách - všetky milióny a miliardy miligramu na liter vody. Napríklad, pre snímanie látky, ako napríklad skatolu, trinitrobutiltoluol ich dostatočnej koncentrácii 10^-9 mg / l. Zvieratá sú oveľa citlivejšie ako človek. Napríklad geológovia používajú špeciálne vycvičenými psami hľadať vôňu rudných ložísk umiestnených hlboko v podzemí. Je dobre známe, pre prácu policajných psov, nájsť stopy zanedbateľne malý zápach. Ale snáď všetky ostrosť vône vynikajúce rýb a hmyzu. Niektoré ryby cítiť voňavý látku, aj keď je obsiahnutý vo vode mizivo nízkych koncentráciách - iba 10^-11 mg / l. motýle vykazujú takmer jednu molekulu odorantu za 1 m³ air.

Molekulárna biofyzika pomáha zistiť nielen rozdiely v citlivosti a štruktúru čuchového orgánu v rôznych zvierat, ale aj proces určovania zápach. Teraz je preukázané, že existuje 6-7 hlavné pachy, rôzne kombinácie, z ktorých je vzhľadom na ich rozmanitosti. Tieto základné pachy zodpovedajú určité typy čuchovými bunkami.

Molekulárna biofyzika študuje vlastnosti a procesov, a to nielen u zvierat, ale aj u rastlín. Najmä sa zaoberá štúdiom fotosyntézy. Zelený list brezy, čerešne, jablká a pšenice sú prekvapivé a zložité procesy. Slnko posiela na Zem obrovské množstvo energie, ktoré by zmizli bez použitia, ak nie zelené listy, lov ju a vytvára s ním vody a oxidu uhličitého a organické látky, pričom sa získa život všetkých živých organizmov.

Fotosyntéza častice prúdiacej do zelene - chloroplasty sú v listových bunkách a obsahujúce rastlinné farbivo - chlorofylu. Časti svetelnej energie (fotóny) absorbované pigmentu a potravinársky fotooxidáciou vody: dáva jeho elektrónov molekuly chlorofylu, a protón slúži k obnoveniu oxidu uhličitého na sacharidy. Proton a elektrón je známe, že obsahujú tento atóm vodoroda- atóm "po častiach" prevážaného z molekuly vody. V procese fotosyntézy sa uvoľňuje kyslík vdychovaného všetkých živých organizmov.

Základ fotosyntéza - prvý základný proces: reakciu časti svetelnej energie (fotóny) zo molekuly chlorofylu. Tento proces sa zaoberá molekulárnej biofyziky vo fotosyntéze, aby sa zistilo, ako sa svetelná energia premenená na chemickú energiu a následné prevedenie látok. Pokiaľ tento základný proces bude úplne známa až do konca, môže byť vykonávaná v umelých podmienkach. Potom ľudstvo majú najrýchlejší a najekonomickejší spôsob výroby organických látok teda jedlo a cenné suroviny, ktoré dávajú človeku zelených rastlín dnes.

Existuje úzky vzťah medzi štúdiom bunkovej a molekulárnej procesy prebiehajúce v nich, tj. E. Medzi molekulárnej a bunkovej biofyziky. Jedna z týchto štúdií sa molekulárnej zmeny, vlastnosti biologických molekúl a systémov, tvorených molekulami v bunkách (ako hovoria submolekulárnej tvorbu) a zmeny ich vlastností, ďalšie vlastnosti a funkcie skúma rôzne bunky - vylučovací kontraktilné, čuchové a ďalšie fotosenzitívne.

vývoj bunková biofyzika do značnej miery prispeli k úspechu fyziky, elektroniky, a to práve preto, že tieto vedy biofyzika získal elektrónové mikroskopy, čo umožnilo zvýšiť mikroskopické objekty v stovkách tisíc krát. V prevádzke biofyzika objavil elektrónové paramagnetické rezonanciu, čím študovať špecifickej aktívnej časti molekúl - takzvané voľné radikály, ktoré hrajú veľmi dôležitú úlohu vo všetkých biologických procesov. Použitie vysoko citlivý na svetlo zariadenia - fotonásobiča (PMT) bolo možné určiť, extrémne malé prúdy svetla. Použitie týchto zariadení viedlo k väčšej transparentnosti v bunkových biofyziky.

Už dlhú dobu je známe, pre schopnosť žiariť v živých organizmoch: svetlušky a rôzne vodné organizmy, nazvaný Bioluminiscencia. Ale s fotonásobičom uspel zistené, že schopnosť emitovať svetlo mať Telá takmer všetkých zvierat a rastliny. Táto takzvaná ultra-slabé luminiscencia - biochemiluminescence - To nastane v dôsledku fyzikálno-chemických reakcií v bunkách, a je spojená s intracelulárnym oxidácie lipidov látok v konštrukčných prvkov. Hrajú dôležitú úlohu, voľné radikály sú podľa nás v týchto procesoch. Tým ultraslabou intenzity luminiscencie môže sledovať hladinu metabolických oxidačných reakcií a uvoľnenie energie plynúce z viacerých reakcií prebiehajúcich v bunkách.

detekcia ultraslabé luminiscencia, prítomnosť voľných radikálov a ich spojenie so životom buniek dramaticky zmenila zastúpenie bunkových procesov. Pred Cell biofyzika úlohou bolo nielen pochopiť ultramicroscopic štruktúru buniek a ich organel, ale tiež zistiť, ako sa tieto prvky vzťahujú k sebe navzájom, ako fungujú, čo je dôvodom súdržnosti, koordinačné procesy vyskytujúce sa v bunkách.

Pri výskume buniek vedec v elektrónovom mikroskope otvorila nový svet ultramicroscopic, t. E. Najmenší, bunkové štruktúry. Bolo zistené, intracelulárnej membrány, rúrky, rúrky, fľaštičky. Všetky tieto štruktúry, miliónkrát tenšie než ľudský vlas, hrajú úlohu v bunkovej aktivity. Každá bunka, zdanlivo jednoduché paušálna cytoplazmy do jadra, má zložitú štruktúru s veľkým počtom malých častíc (prvky) pôsobí presne a trvalo v presnom poradí, úzko súvisí s navzájom. Množstvo týchto štruktúrnych prvkov je veľmi veľký, ako je napríklad nervové bunky na 70 tisíc častíc -. Mitochondrií, vďaka ktorej sa bunka dýchanie a dostáva energiu pre jeho prevádzku.

Video: biofyzika od neživého na bývanie

V ľubovoľnej bunky živého organizmu, absorpcia základných látok a pridelenie zbytočné, dych dochádza, divízie, spolu s tieto bunky plniť špecifické funkcie. Napríklad, bunky sietnice stanovenie pevnosti a kvality ľahkých nosových slizničných buniek určených pachové látky, bunky rôznych žľazy vylučujú fyziologicky aktívne látky - enzýmy a hormóny, ktoré regulujú rast a vývoj organizmu.

O všetky jeho veľké dielo - vidieť, počuť, identifikovať - ​​bunky v nervových tkanivách zvierat oznámených elektrických impulzov v mozgu - hlavnej koordinačné centrum. Biofyzika bunky všeobecne, a jedným z jeho významnejších nazýva bunkovej elektrofyziológie, študuje, ako bunky dostanú potrebné informácie z prostredia, je táto informácia je kódovaná v elektrické signály - impulzov, ako je tvorený v bunkách biologického prúdov a potenciály.

Video: Dmitry Chernavskii - Molekulárna biofyzika - 1

Bunky živý organizmus sú úzko prepojené s mozgom - hlavného riadiaceho centra. Samotné bunky, v tisícoch svojich konštrukčných prvkov dochádza riadny biochemické procesy. Vzhľadom k tomu, aby dôsledne a presne vykonávať tieto státisíce reakcií?

Skutočnosť, že sa bunky, a samostatný varhany, a celý organizmus si istí systém založené na konkrétne regulačné zákony a vzťahy. Tieto konkrétne štúdie najmladší sekcia - biofyzika procesy riadenia a regulácie.

Pokrývame túto sekciu biofyziky, pomocou nasledujúceho príkladu. Každé ľudské telo sa skladá z veľkého počtu buniek, ktoré vykonávajú konkrétnu prácu. Napríklad osobitnú úlohu v čuchu hrá nosovej sliznici - tzv slizničnej epitel. jeho veľkosť nie je väčšia ako 4 cm², ale obsahuje takmer 500 miliónov čuchových buniek. - receptor. Informácie o ich práci sú prenášané pozdĺž nervových vlákien, ktorých počet dosahuje 50 miliónov Sk., V čuchového nervu a potom do mozgu. Signály z buniek vo forme primárnych elektrických pulzov musí byť správne dešifrovať. K tomu, idú do rôznych častí mozgu, ktorá sa skladá z veľkého množstva buniek. Napríklad iba mozgovej hemisféry zahŕňajú 2 x 10¹⁰ bunky, mozoček -10¹¹ buniek. Mozog má potrebnú "riešenie" a vysiela signály s odpoveďou - inštrukcie o tom, ako by mali byť tieto práce alebo iné bunky, tkanivá alebo orgány. V centrálnom nervovom systéme dostanú stovky tisíc rôznych signálov z vonkajšieho prostredia zvuku, svetla, vôňa a signály o stave telových buniek. Z vyššie uvedeného je zrejmé, ako komplikovaný vzťah v každej obývacej systéme - v jednej bunke alebo celého organizmu ako komplexný pracovný bunky riadenie, reguláciu a monitorovanie ich stavu pre koordináciu všetkých životných procesov.

Tento dôležitý biofyzika oddelenie je založený na zákonoch, druhý otvorený veda - kybernetika. Biofyzika, štúdium procesov riadenia a regulácie pomocou svojich metód, vyvinula rad elektronických modelov, ako korytnačky, nervové bunky a proces fotosyntézy, ktoré uľahčujú štúdium regulácie komplexných javov v tele.

Štúdia regulačných procesov v živých organizmoch ukázala, že majú prekvapivú vlastnosť - samoregulácie. Bunky, tkanivá, orgány živých organizmov sú samoregulačné, samoorganizujúce, samoregulačné, self-learningového systému. To znamená, že práca buniek, orgánov a všeobecne daná vlastnosťami a charakteristikami uvedenými v tele. Preto každá bunka alebo orgánu nezávisle na sebe, bez vonkajšej pomoci regulovať stálosť zloženie média vnútri nich. -Li pod vplyvom akéhokoľvek faktoru ich stav zmení, táto úžasná vlastnosť im pomáha vrátiť sa späť do normálneho stavu.

Chloroplasty v listových bunkách zmeniť ich usporiadanie v závislosti na sile osvetlenie: pod silným svetlom, sú umiestnené pozdĺž stien buniek (vľavo), - s slabý - v celej bunke. Toto je príklad samoregulácie bunky.

Tu je len jeden jednoduchý príklad takejto samoregulácie. Už sme hovorili o dôležitej úlohe chloroplastov, ktorý sa nachádza v bunkách zelených listov. Chloroplasty sú schopné samostatného pohybu v bunkách pod vplyvom svetla, pretože sú veľmi citlivé na to. Za slnečného jasného dňa pri vysokej intenzite svetla, chloroplasty sú umiestnené pozdĺž bunkovej steny, ako by sa snažil, aby sa zabránilo silné svetlo. Na OBLAČNO dní chloroplasty sa nachádzajú na povrchu bunky absorbovať viac svetla. Chloroplastu Prechod z jednej polohy do druhej pod vplyvom svetla (phototaxis) je vykonané cez bunkové samoregulácie.

Znalosť ľudskej povahy, rôznorodosť živých organizmov je tak rýchly, a tak vedie k neočakávaným výsledkom a záverom, ktoré nezapadali do rámca jediného vedy. Biofyzika znamenalo začiatok novej pobočky vedy rozšíriť obzory ľudského poznania. Tak nezávislý odbor biológia rádiobiológia - veda o vplyve rôznych foriem žiarenia na živé organizmy, priestor biológie, študuje problémy života vo vesmíre, mechanochemistry, skúmanie premenu chemickej energie na mechanickú energiu, ktorá sa vyskytuje vo svalových vláknach. Na základe biofyzikálnych štúdií, nová veda - bionika, študovať živé organizmy, aby sa používať princípy svojej práce vytvoriť novú a vylepšenú konštrukciu prístrojov a zariadení.

Bolo nám povedané, len malá časť výskumu vykonávaného biofyzikov, ale príklady by mohli byť oveľa ako pri štúdiu molekúl, subcelulárnu štruktúr a organizmu ako celku. Každý deň prináša nové objavy, vynálezy, cenné nápady. Náš vek - doba veľkého pokroku vo všetkých oblastiach vedomostí, vrátane skúmania prírody.