Co je biofyzika

S expanzí a prohlubování lidského poznání o živých organismech existují úseky vědy, která studuje procesy a jevy spojené jak různé oblasti vědění. Mezi těmito disciplínami Biologická fyzika, nebo biofyzika. To, co se dozví, a jaké jsou jeho metody výzkumu?

Je známo, že základní fyzikální zákony studií příroda: Struktura atomů a jader, vlastnosti částic, na vzájemné působení elektromagnetických vln a částice, atd ... biofyzika, které vznikly na křižovatce biologie a fyziky - vědy o základních fyzikálních a fyzikálně-chemických procesů v živých organismech a jejich regulace.

Biofyzika je třeba znát strukturu a zákonitosti živých organismů fungovat bez negativního vlivu na jejich vlastnosti, udržuje tělo v bydlení, aktivním stavu. Koneckonců, otmiraya, tělo ztrácí své inherentní vlastností všech procesů v něm se mění a stává se běžnou neživý systém. Jedná se o největší potíže. Proto existuje potřeba pro studium živých organismů na různých „úrovních“ - zkoumat vlastnosti biologických molekul, vlastností a pracovních buněk, ke studiu výkonu pro spolupráci v celém organismu, atd. Z tohoto důvodu, biofyziky vyčlenit tak velké oblasti: Molekulární biofyzika, biofyzika buněčných biofyziky .. procesy řízení a regulace a další. ve stručnosti vysvětlit, každý z hlavních sekcí biofyziky.

molekulární biofyzika studium vlastností biologických molekul, fyzikálně-chemických procesů v buňkách receptorů. Tyto buňky se nazývají receptory nebo citlivé, protože jsou první vnímat signály světla, chuti, vůně (v latině „receptů“ - pocit).

Molekulární biofyzika zkoumá, například procesy, které se vyskytují v smyslových orgánů zvěř - v orgánech zrak, sluch, dotek a vůně. Zjistili jsme, že v našem těle se vše děje jen sama o sobě, a někdy si nemyslím, že o tom, jak se vyskytují složité biofyzikální procesy, například, když se cítíme chuť cukru nebo se cítí vůni květin. A to je jeden z problémů, v nichž mají molekulární biofyzika pracuje již řadu let. Skutečnost, že pocit chuti a zápachu možné složitými fyzikálními a chemickými procesy v receptorových buněk v interakci těchto molekul s různými látkami.

Je známo, že chemici vytvořili 1 milion. Organické látky, a téměř každý z nich má svůj charakteristický zápach. Člověk dokáže rozlišit tisíce pachů, některé látky, které cítíme při extrémně nízkých koncentracích - všechny milióny a miliardy miligramu na litr vody. Například, pro snímání látky, jako například skatolu, trinitrobutiltoluol jejich dostatečné koncentraci 10^-9 mg / l. Zvířata jsou mnohem citlivější než člověk. Například geologové používají speciálně vycvičenými psy hledat vůni rudních ložisek umístěných hluboko v podzemí. Je dobře známo, pro práci policejních psů, najít stopy zanedbatelně malý zápach. Ale snad všechny ostrost vůně vynikající ryb a hmyzu. Některé ryby cítit voňavý látku, i když je obsažen ve vodě mizivě nízkých koncentracích - pouze 10^-11 mg / l. motýli vykazují téměř jednu molekulu odorantu za 1 m³ air.

Molekulární biofyzika pomáhá zjistit nejen rozdíly v citlivosti a strukturu čichového orgánu v různých zvířat, ale také proces určování zápach. Nyní je prokázáno, že existuje 6-7 hlavní pachy, různé kombinace, z nichž je vzhledem k jejich rozmanitosti. Tyto základní pachy odpovídají určité typy čichovými buňkami.

Molekulární biofyzika studuje vlastnosti a procesů, a to nejen u zvířat, ale i u rostlin. Zejména se zabývá studiem fotosyntézy. Zelený list břízy, třešně, jablka a pšenice jsou překvapivé a složité procesy. Slunce posílá na Zemi obrovské množství energie, které by zmizely bez použití, ne-li zelené listy, lov ji a vytváří s ním vody a oxidu uhličitého a organické látky, přičemž se získá život všech živých organismů.

Fotosyntéza částice proudící do zeleně - chloroplasty jsou v listových buňkách a obsahující rostlinné barvivo - chlorofylu. Části světelné energie (fotony) absorbovány pigmentu a potravinářský fotooxidací vody: dává jeho elektronů molekuly chlorofylu, a proton slouží k obnovení oxidu uhličitého na sacharidy. Proton a elektron je známo, že obsahují tento atom vodoroda- atom „po částech“ je odnášen z molekuly vody. V procesu fotosyntézy se uvolňuje kyslík vdechovaného všech živých organismů.

Základ fotosyntéza - první základní proces: reakci části světelné energie (fotony) ze molekuly chlorofylu. Tento proces se zabývá molekulární biofyziky ve fotosyntéze, aby se zjistilo, jak se světelná energie přeměněna na chemickou energii a následné převedení látek. Pokud tento základní proces bude zcela známa až do konce, může být prováděna v umělých podmínkách. Pak lidstvo mají nejrychlejší a nejekonomičtější způsob výroby organických látek tedy jídlo a cenné suroviny, které dávají člověku zelených rostlin dnes.

Existuje úzký vztah mezi studiem buněčné a molekulární procesy probíhající v nich, tj. E. Mezi molekulární a buněčné biofyziky. Jedna z těchto studií se molekulární změny, vlastnosti biologických molekul a systémů, tvořených molekulami v buňkách (jak říkají submolekulární tvorbu) a změny jejich vlastností, další vlastnosti a funkce zkoumá různé buňky - vylučovací kontraktilní, čichové a další fotosenzitivní.

vývoj buněčná biofyzika do značné míry přispěly k úspěchu fyziky, elektroniky, a to právě proto, že tyto vědy biofyzika získal elektronové mikroskopy, což umožnilo zvýšit mikroskopické objekty ve stovkách tisíc krát. V provozu biofyzika objevil elektronové paramagnetické rezonanci, čímž studovat specifické aktivní části molekul - takzvané volné radikály, které hrají velmi důležitou roli ve všech biologických procesů. Použití vysoce citlivý na světlo zařízení - fotonásobiče (PMT) bylo možné určit, extrémně malé proudy světla. Použití těchto zařízení vedlo k větší průhlednosti v buněčných biofyziky.

Již dlouhou dobu je známo, pro schopnost zářit v živých organismech: světlušky a různé vodní organismy, nazvaný bioluminiscence. Ale s fotonásobičem uspěl zjištěno, že schopnost emitovat světlo mít Těla téměř všech zvířat a rostliny. Tato takzvaná ultra-slabé luminiscence - biochemiluminescence - To nastane v důsledku fyzikálně-chemických reakcí v buňkách, a je spojena s intracelulárním oxidace lipidů látek v konstrukčních prvků. Hrají důležitou roli, volné radikály jsou podle nás v těchto procesech. Tím ultraslabou intenzity luminiscence může sledovat hladinu metabolických oxidačních reakcí a uvolnění energie plynoucí z více reakcí probíhajících v buňkách.

detekce ultraslabé luminiscence, přítomnost volných radikálů a jejich spojení s životem buněk dramaticky změnila zastoupení buněčných procesů. Před Cell biofyzika úkolem bylo nejen pochopit ultramicroscopic strukturu buněk a jejich organel, ale také zjistit, jak se tyto prvky vztahují k sobě navzájem, jak fungují, co je důvodem soudržnosti, koordinační procesy vyskytující se v buňkách.

Při výzkumu buněk vědec v elektronovém mikroskopu otevřela nový svět ultramicroscopic, t. E. Nejmenší, buněčné struktury. Bylo zjištěno, intracelulární membrány, trubky, trubky, lahvičky. Všechny tyto struktury, miliónkrát tenčí než lidský vlas, hrají roli v buněčné aktivity. Každá buňka, zdánlivě jednoduché paušální cytoplazmy do jádra, má složitou strukturu s velkým počtem malých částic (prvky) působí přesně a trvale v přesném pořadí, úzce souvisí s navzájem. Množství těchto strukturních prvků je velmi velký, jako je například nervové buňky na 70 tisíc částic -. Mitochondrií, díky níž se buňka dýchání a dostává energii pro jeho provoz.

Video: biofyzika od neživého k bydlení

V libovolné buňky živého organismu, absorpce základních látek a přidělení zbytečné, dech dochází, divize, spolu s tyto buňky plnit specifické funkce. Například, buňky sítnice stanovení pevnosti a kvality lehkých nosních slizničních buněk určených pachové látky, buňky různých žlázy vylučují fyziologicky aktivní látky - enzymy a hormony, které regulují růst a vývoj organismu.

O všechny jeho velké dílo - vidět, slyšet, identifikovat - buňky v nervových tkáních zvířat oznámených elektrických impulsů v mozku - hlavní koordinační centrum. Biofyzika buňky obecně, a jedním z jeho významnějších nazývá buněčné elektrofyziologie, studuje, jak buňky obdrží potřebné informace z prostředí, je tato informace je kódována v elektrické signály - impulsů, jak je tvořen v buňkách biologického proudů a potenciály.

Video: Dmitry Chernavskii - Molekulární biofyzika - 1

Buňky živý organismus jsou úzce propojeny s mozkem - hlavního řídicího centra. Samotné buňky, v tisících svých konstrukčních prvků dochází řádný biochemické procesy. Vzhledem k tomu, aby důsledně a přesně provádět tyto statisíce reakcí?

Skutečnost, že se buňky, a samostatný varhany, a celý organismus si jisti systém založené na konkrétní regulační zákony a vztahy. Tyto konkrétní studie nejmladší sekce - biofyzika procesy řízení a regulace.

Pokrýváme tuto sekci biofyziky, pomocí následujícího příkladu. Každé lidské tělo se skládá z velkého počtu buněk, které vykonávají konkrétní práci. Například zvláštní roli v čichu hraje nosní sliznici - tzv slizniční epitel. jeho velikost není větší než 4 cm², ale obsahuje téměř 500 milionů čichových buněk. - receptor. Informace o jejich práci jsou přenášeny podél nervových vláken, jejichž počet dosahuje 50 milionů Kč., V čichového nervu a pak do mozku. Signály z buněk ve formě primárních elektrických pulzů musí být správně dešifrovat. K tomu, jdou do různých částí mozku, která se skládá z velkého množství buněk. Například pouze mozkové hemisféry zahrnují 2 x 10¹⁰ buňky, mozeček -10¹¹ buněk. Mozek má potřebnou "řešení" a vysílá signály s odpovědí - instrukce o tom, jak by měly být tyto práce nebo jiné buňky, tkáně nebo orgány. V centrálním nervovém systému obdrží stovky tisíc různých signálů z vnějšího prostředí zvuku, světla, vůně a signály o stavu tělních buněk. Z výše uvedeného je patrné, jak komplikovaný vztah v každém obývacím systému - v jedné buňce nebo celého organismu jako komplexní pracovní buňky řízení, regulaci a sledování jejich stavu pro koordinaci všech životních procesů.

Tento důležitý biofyzika oddělení je založen na zákonech, druhý otevřený věda - kybernetika. Biofyzika, studium procesů řízení a regulace pomocí svých metod, vyvinula řadu elektronických modelů, jako želvy, nervové buňky a proces fotosyntézy, které usnadňují studium regulace komplexních jevů v těle.

Studie regulačních procesů v živých organismech ukázala, že mají překvapivou vlastnost - samoregulace. Buňky, tkáně, orgány živých organismů jsou samoregulační, samoorganizující, samoregulační, self-learningového systému. To znamená, že práce buněk, orgánů a obecně dána vlastnostmi a charakteristikami uvedenými v těle. Proto každá buňka nebo orgánu nezávisle na sobě, bez vnější pomoci regulovat stálost složení média uvnitř nich. -Li pod vlivem jakéhokoli faktoru jejich stav změní, tato úžasná vlastnost jim pomáhá vrátit se zpět do normálního stavu.

Chloroplasty v listových buňkách změnit jejich uspořádání v závislosti na síle osvětlení: pod silným světlem, jsou umístěny podél stěn buněk (vlevo), - s slabý - v celé buňce. Toto je příklad samoregulace buňky.

Tady je jen jeden jednoduchý příklad takové samoregulace. Již jsme mluvili o důležité roli chloroplastů, který se nachází v buňkách zelených listů. Chloroplasty jsou schopné samostatného pohybu v buňkách pod vlivem světla, protože jsou velmi citlivé na to. Za slunečného jasného dne při vysoké intenzitě světla, chloroplasty jsou umístěny podél buněčné stěny, jako by se snažil, aby se zabránilo silné světlo. Na OBLAČNO dnů chloroplasty se nacházejí na povrchu buňky absorbovat více světla. Chloroplastu Přechod z jedné polohy do druhé pod vlivem světla (phototaxis) je provedeno přes buněčné samoregulace.

Znalost lidské povahy, různorodost živých organismů je tak rychlý, a tak vede k neočekávaným výsledkům a závěrům, které nezapadaly do rámce jediného vědy. Biofyzika znamenalo počátek nové pobočky vědy rozšířit obzory lidského poznání. Tak nezávislý obor biologie radiobiologie - věda o vlivu různých forem záření na živé organismy, prostor biologie, studuje problémy života ve vesmíru, mechanochemistry, zkoumání přeměnu chemické energie na mechanickou energii, která se vyskytuje ve svalových vláknech. Na základě biofyzikálních studií, nová věda - bionika, studovat živé organismy, aby se používat principy své práce vytvořit novou a vylepšenou konstrukci přístrojů a zařízení.

Bylo nám řečeno, jen malá část výzkumu prováděného biofyziků, ale příklady by mohly být mnohem jako při studiu molekul, subcelulárních struktur a organismu jako celku. Každý den přináší nové objevy, vynálezy, cenné nápady. Náš věk - doba velkého pokroku ve všech oblastech znalostí, včetně zkoumání přírody.