Biophysikgeschichte, welche Studien, Anwendungen, Konzepte, Methoden

Der Biophysik Es ist das Studium der physischen Gesetze, die in lebenden Organismen tätig sind. Es ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die die Ansätze und Methoden der Physik anwendet, um biologische Phänomene zu untersuchen.

Die ebenfalls bekannte physische Biologie, Teil der Idee, dass alle in der Natur beobachteten Phänomene eine vorhersehbare wissenschaftliche Erklärung haben und dass alle lebenden Systeme aus Prozessen bestehen, die auf physischen Gesetzen beruhen.

Doppelpropeller DNA -Kette. Eine der Hauptergebnisse in der Biophysik. Quelle: Joseluissc3 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Es ist häufig die Diskussion, in der die Biophysik als Zweig der Physik, Biologie oder beides erhoben wird. In diesem Fall ist es wichtig zu beachten, dass der Trend es als den Zweig der Biologie betrachtet.

Dies liegt daran. Der gleiche Beitrag kann jedoch nicht umgekehrt bestätigt werden, dh aus der reinen Physik kann man nicht sagen, dass die Biophysik neues Wissen bietet.

Die Biophysik erleichtert experimentelle Beweise für die Physik und ermöglicht es damit, Theorien zu bestätigen, aber der Austausch zwischen Physik und Biologie ist rein unidirektional.

Die Biophysik werden in den Wissenschaften ausgebildet, die Physik, Mathematik und Chemie quantitativ sind, um alles zu untersuchen, was mit dem Betrieb, der Struktur, der Dynamik und der Interaktion biologischer Systeme zusammenhängt. Diese Systeme umfassen komplexe Zellmoleküle, Organismen und Ökosysteme.

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Geschichte

Die Ursprünge der Biophysik stammen aus dem 17. Jahrhundert zurück.

Die erste Studie, die festgestellt wurde ARS Magna Lucis et Umbrae Und er widmete zwei Kapitel der Tierlumineszenz.

Der Zusammenhang zwischen Elektrizität und Biologie war Gegenstand von Spekulationen nicht nur im 17. Jahrhundert, sondern in den nächsten zwei Jahrhunderten. Während seiner Annäherung war die Faszination des Menschen für tierische und natürliche Elektrizität wie bei Firefly oder bei den natürlichen Downloads der Strahlen erkennbar.

In dieser Forschungslinie wird es in Italien und in der Mitte des 18. Jahrhunderts die Experimente von Giovanni Beccaria um die elektrische Stimulation der Muskeln, die Wissen in diesem Bereich erzeugten, nachgewiesen.

1786 leitete Luigi Galvani eine Kontroverse um das elektrische Potential bei Tieren ein. Sein Gegner war nichts weniger als Alessandro Volta, der bei der Entwicklung der elektrischen Batterie das wissenschaftliche Interesse des elektrischen Potenzials in Lebewesen anhielt.

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19. Jahrhundert

Einer der Hauptbeiträge im neunzehnten Jahrhundert war der von Du Bois-Reymond Professor für Physiologie in Berlin, der die Galvanometer errichtete und Studien zum Muskelstrom und zum elektrischen Potenzial der Nerven durchführte. Dieses Studienobjekt wurde zu einem der Herkunftspunkte der Biophysik.

Ein anderer von ihnen war die der Kräfte, die für den passiven Materiefluss in lebenden Organismen verantwortlich sind, insbesondere in den oder osmotischen Druckgradienten. In dieser Linie stechen Abbé J -Beiträge hervor.ZU. Nollet und Adolf Fick.

Letzteres war derjenige, der den ersten Text der Biophysik veröffentlichte Die medizinische Physik oder auf Spanisch Medizinische Physik. In Ficks Arbeit wurden keine Experimente durchgeführt, aber eine Analogie wurde mit den Gesetzen des Wärmeflusses erhoben, die die Gesetze, die die Verbreitung regeln, angeben konnten. Nachfolgende Laborexperimente zeigten, dass die Analogie genau war.

20. Jahrhundert

Das zwanzigste Jahrhundert wurde durch den Beginn eines Bereichs deutscher Wissenschaftler gekennzeichnet, die sich auf die Untersuchung der Auswirkungen von Strahlung konzentrierten.

Ein wichtiger Meilenstein dieser Zeit war die Veröffentlichung des Buches Was ist Leben?, von Erwin Schrödinger im Jahr 1944. Dies schlug die Existenz eines Moleküls in Lebewesen vor, das genetische Informationen in kovalenten Verbindungen enthielt.

Dieses Buch und diese Idee inspirierten andere Wissenschaftler und veranlassten sie, 1953 die Doppelpropellerstruktur der DNA zu entdecken. Es waren James Watson, Rosalind Franklin und Francis Crick, die die Feststellung machten.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gibt es eine offensichtliche Reife der Biophysik. In jenen Tagen gab es bereits Universitätsprogramme und in anderen Ländern außerhalb Deutschlands Beliebtheit. Darüber hinaus erfuhr die Untersuchung Rhythmus.

Welche Studien (Objekt der Studie)

Biomechanik ist einer der Zweige der Biophysik. Quelle: Mutuauniversal [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Das Untersuchungsgebiet der Biophysik erstreckt sich auf alle biologischen Organisationsskalen, von molekular bis organischer und anderer komplexerer Systeme. Abhängig vom Schwerpunkt der Aufmerksamkeit kann die Biophysik in die folgenden Zweige unterteilt werden:

- Biomechanik: Untersuchen Sie die mechanischen Strukturen, die in Lebewesen existieren und die die Bewegung dieser ermöglichen.

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- Bioelektrizität: Untersuchen Sie elektromagnetische und elektrochemische Prozesse, die in Organismen auftreten oder die Auswirkungen auf sie haben.

- Bioenergetics: Ihr Studienobjekt ist die Transformation von Energie, die in Biosystemen auftritt.

- Bioakustik: Es ist die Wissenschaft, die die Produktion von Schallwellen, ihre Übertragung auf einige Weise und die Sammlung durch andere Tiere oder lebende Systeme untersucht.

- Biofoton: konzentriert sich auf die Interaktionen von Lebewesen mit Photonen.

- Radiobiologie: Untersuchen Sie die biologischen Auswirkungen von Strahlung (ionisierend und nichtionisierend) sowie deren Feld- und Laboranwendungen.

- Proteindynamik: Untersuchen Sie molekulare Proteinbewegungen und berücksichtigen Sie ihre Struktur, Funktion und Faltung.

- Molekulare Kommunikation: Es konzentriert sich auf die Erzeugung, Übertragung und Empfang von Informationen zwischen Molekülen.

Anwendungen

Die von Biophysik untersuchten Themen können sich unter anderem mit denen der Biochemie, Molekularbiologie, Physiologie, Nanotechnologie, Bioengineering, Systembiologie, Computer- oder chemisch-physischer Biologie unter anderem aufweisen. Wir werden jedoch versuchen, die Hauptanwendungen der Biophysik abzugrenzen.

Mit dem Befund von DNA und ihrer Struktur hat die Biophysik zur Schaffung von Impfstoffen, zur Entwicklung von Bildtechniken beigetragen, die die Diagnose und die Erzeugung neuer pharmakologischer Methoden zur Behandlung bestimmter Pathologien ermöglichen.

Mit dem Verständnis der Biomechanik hat dieser Zweig der Biologie bessere Prothesen und bessere Nanomaterialien entwerfen, mit denen Medikamente geliefert werden können.

Heute hat sich die Biophysik auf Themen im Zusammenhang mit dem Klimawandel und anderen Umweltfaktoren konzentriert. Zum Beispiel werden Arbeiten zur Entwicklung von Biokraftstoffen durch lebende Mikroorganismen durchgeführt, um Benzin zu ersetzen.

Auch mikrobielle Gemeinschaften werden untersucht und Verunreinigungen werden in der Atmosphäre mit dem gewonnenen Wissen verfolgt.

Hauptkonzepte

- Systeme: Es ist ein geordnetes Aggregat von Elementen zwischen realen oder imaginären Grenzen, die miteinander verbunden sind und miteinander interagieren.

- Proteine: Große Moleküle in allen lebenden Zellen gefunden. Sie bestehen aus einer oder mehreren langen Ketten von Aminosäuren, die sich als Maschinen verhalten, die eine Vielzahl von Funktionen ausführen, wie strukturell (Zytoskelett), mechanischer (Muskeln), Biochemie (Enzyme) und Zellsignale (Hormone).

- Biomembranen: Fluidsystem, das zahlreiche biologische Funktionen erfüllt, für die sie ihre Zusammensetzung und Vielfalt anpassen müssen. Sie sind Teil der Zellen aller Lebewesen und sind der Ort, an dem unzählige Moleküle gespeichert sind und als Proteinanker dienen.

- Fahren: Es ist der Wärmefluss durch feste Medien aufgrund der inneren Schwingung der Moleküle sowie der freien Elektronen sowie für Zusammenstöße zwischen ihnen.

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- Konvektion: Bezieht sich auf den Energiefluss durch Strömungen einer Flüssigkeit (Flüssigkeit oder Gas), es ist eine Bewegung von Flüssigkeits- oder Gasmengen.

- Strahlung: Wärmeübertragung durch elektromagnetische Wellen.

- Dexyribonukleinsäure (DNA): Chemischer Name des Moleküls, das genetische Informationen in allen Lebewesen enthält. Seine Hauptfunktion besteht darin, langfristige Informationen zu speichern, um sie mit anderen Zellkomponenten zu erstellen. Sie haben auch Anweisungen für die Entwicklung und den Betrieb aller lebenden Organismen.

- Nervenimpuls: Es ist ein elektrochemischer Impuls, der aus dem Zentralnervensystem oder in den Organen der Sinne in Gegenwart eines Reizes stammt. Diese elektrische Welle reist das gesamte Neuron immer unidirektional, wobei die Dendriten der Zellen gelangen und aus dem Axon kommen.

- Muskelkontraktion: Physiologischer Prozess, bei dem die Muskeln angespannt sind, und erzeugen, dass sie verkürzt, bleiben oder durch das Gleiten der Strukturen bestehen, aus denen sie bestehen. Dieser Zyklus ist mit der Struktur von Muskelfasern und der Übertragung des elektrischen Potentials durch die Nerven verbunden.

Methoden

Der Biophysico a.V. Hill ist der Ansicht, dass die mentale Einstellung das Hauptwerkzeug des Biophysikers sein würde. Mit dieser Stiftung heißt es, dass die Biophysik Personen sind, die ein Problem in physischen Begriffen ausdrücken können und dass sie sich nicht von den jeweiligen Techniken unterscheiden, sondern durch die Art und Weise, wie sie die Probleme formulieren und angreifen.

Dazu gehört die Fähigkeit, komplexe physikalische Theorie und andere physikalische Instrumente zu verwenden, um natürliche Objekte zu untersuchen. Sie haben auch keine kommerziell gebauten Instrumente, da sie normalerweise die Erfahrung haben, spezielle Geräte zur Lösung biologischer Probleme zu leisten.

Die Automatisierung der chemischen Analyse und andere diagnostische Prozesse durch Computer sind Aspekte, die in den Methoden der aktuellen Biophysik berücksichtigt werden müssen.

Darüber hinaus entwickeln und verwenden die Biophysik Computermodellierungsmethoden, mit denen sie komplexe Moleküleformen und -strukturen sowie Viren und Protein manipulieren und beobachten können.

Verweise

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