Biophysik

Kinesin Verwendet Proteindomänendynamik an Nanoskalen "gehen", entlang a Mikrotubuli.

Biophysik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die Ansätze und Methoden anwendet, die traditionell verwendet werden in Physik studieren biologisch Phänomene.[1][2][3] Die Biophysik deckt alle Skalen von ab Biologische Organisation, aus Molekular zu Organismus und Populationen. Biophysical Research teilt eine signifikante Überlappung mit Biochemie, Molekularbiologie, physikalische Chemie, Physiologie, Nanotechnologie, Biotechnik, Computerbiologie, Biomechanik, Entwicklungsbiologie und Systembiologie.

Der Begriff Biophysik wurde ursprünglich vorgestellt von Karl Pearson 1892.[4][5] Der Begriff Biophysik wird auch regelmäßig in der Wissenschaft verwendet, um das Studium der physikalische Quantitäten (z.B. elektrischer Strom, Temperatur, betonen, Entropie) in biologischen Systemen. Sonstiges Biologische Wissenschaften führen auch Forschungen zu den biophysikalischen Eigenschaften lebender Organismen durch, einschließlich Molekularbiologie, Zellen-Biologie, Chemische Biologie, und Biochemie.

Überblick

Molekulare Biophysik befasst sich in der Regel biologische Fragen ähnlich denen in Biochemie und Molekularbiologieversucht, die physischen Grundlagen von biomolekularen Phänomenen zu finden. Wissenschaftler auf diesem Gebiet verfolgen Forschungen, die sich mit dem Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Systemen einer Zelle befassen, einschließlich der Wechselwirkungen zwischen DNA, RNA und Proteinbiosynthesesowie wie diese Wechselwirkungen reguliert werden. Eine Vielzahl von Techniken wird verwendet, um diese Fragen zu beantworten.

A Ribosom ist ein Biologische Maschine das nutzt Proteindynamik

Fluoreszierend Bildgebungstechniken sowie Elektronenmikroskopie, Röntgenkristallographie, NMR -Spektroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Kleinwinkelstreuung (SAS) beide mit Röntgenaufnahmen und Neutronen (SAXS/sans) werden häufig verwendet, um Strukturen von biologischer Bedeutung zu visualisieren. Proteindynamik kann beobachtet werden von Neutronenspin Echo Spektroskopie. Konformationsänderung in der Struktur kann unter Verwendung von Techniken wie z. B. gemessen werden Doppelpolarisationsinterferometrie, Kreisendichroismus, SAXS und Sans. Direkte Manipulation von Molekülen mit Optische Pinzetten oder AFMkann auch verwendet werden, um biologische Ereignisse zu überwachen, bei denen Kräfte und Entfernungen im Nanoskala sind. Molekulare Biophysiker betrachten komplexe biologische Ereignisse häufig als Systeme interagierender Einheiten, die z. durch Statistische Mechanik, Thermodynamik und Chemische Kinetik. Durch das Zeichnen von Wissen und experimentellen Techniken aus einer Vielzahl von Disziplinen können Biophysiker häufig die Strukturen und Wechselwirkungen des Individuums direkt beobachten, modellieren oder sogar manipulieren Moleküle oder Komplexe von Molekülen.

Zusätzlich zu traditionellen (d. H. Molekularen und zellulären) biophysikalischen Themen wie Strukturbiologie oder Enzymkinetik, moderne Biophysik umfasst ein außerordentlich breites Spektrum an Forschungen, von Bioelektronik zu Quantenbiologie sowohl experimentelle als auch theoretische Werkzeuge einbeziehen. Es wird für Biophysiker immer häufiger, die Modelle und experimentellen Techniken anzuwenden, die abgeleitet sind Physik, ebenso gut wie Mathematik und Statistiken, zu größeren Systemen wie z. Gewebe, Organe,[6] Populationen[7] und Ökosysteme. Biophysikalische Modelle werden ausführlich in der Untersuchung der elektrischen Leitung in Single verwendet Neuronensowie neuronale Schaltungsanalyse sowohl im Gewebe als auch im gesamten Gehirn.

Medizinische Physik, ein Zweig der Biophysik, ist jede Anwendung von Physik zu Medizin oder Gesundheitspflege, von Radiologie zu Mikroskopie und Nanomedizin. Zum Beispiel Physiker Richard Feynman theoretisiert über die Zukunft von Nanomedizin. Er schrieb über die Idee von a medizinisch verwenden für Biologische Maschinen (sehen Nanomaschinen). Feynman und Albert Hibbs schlug vor, dass bestimmte Reparaturmaschinen eines Tages so weit reduziert werden könnten, dass es möglich wäre, (wie Feynman es auszudrücken). "Schlucken Sie den Arzt"Die Idee wurde in Feynmans Essay von 1959 diskutiert Unten ist mehr als genug Platz.[8]

Geschichte

Einige der früheren Studien zur Biophysik wurden in den 1840er Jahren von einer Gruppe, die als Berlin School of Physiologen bekannt ist, durchgeführt. Unter seinen Mitgliedern waren Pioniere wie Hermann von Helmholtz, Ernst Heinrich Weber, Carl F. W. Ludwig, und Johannes Peter Müller.[9] Die Biophysik könnte sogar als aus dem Studium der Studien von angesehen werden Luigi Galvani.

Die Popularität des Feldes stieg, als das Buch Was ist Leben? durch Erwin Schrödinger wurde publiziert. Seit 1957 haben sich Biophysiker sich in die organisiert Biophysical Society Das hat jetzt ungefähr 9.000 Mitglieder auf der ganzen Welt.[10]

Einige Autoren wie Robert Rosen Kritisieren Sie die Biophysik mit der Begründung, dass die biophysikalische Methode die Spezifität biologischer Phänomene nicht berücksichtigt.[11]

Fokus als Unterfeld

Während einige Hochschulen und Universitäten die Abteilungen der Biophysik engagiert haben, normalerweise auf Graduiertenebene, haben viele keine Biophysik-Abteilungen auf universitär Biochemie, Zellen-Biologie, Chemie, Informatik, Ingenieurwesen, Mathematik, Medizin, Molekularbiologie, Neurowissenschaften, Pharmakologie, Physik, und Physiologie. Abhängig von den Stärken einer Abteilung an einer Universität wird unterschiedliche Betonung der Biophysik gegeben. Was folgt, ist eine Liste der Beispiele dafür, wie jede Abteilung ihre Bemühungen auf die Studie der Biophysik anwendet. Diese Liste ist kaum inklusive. Es ist auch nicht jedes Studienfach ausschließlich zu einer bestimmten Abteilung. Jede akademische Einrichtung trifft ihre eigenen Regeln und es gibt viel Überschneidungen zwischen den Abteilungen.

Viele Biophysikalische Techniken sind einzigartig in diesem Bereich. Forschungsbemühungen in Biophysik werden häufig von Wissenschaftlern initiiert, die Biologen, Chemiker oder Physiker durch Training waren.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Biophysik | Wissenschaft". Enzyklopädie Britannica. Abgerufen 2018-07-26.
  2. ^ Zhou HX (März 2011). "Fragen und Antworten: Was ist die Biophysik?". BMC -Biologie. 9: 13. doi:10.1186/1741-7007-9-13. PMC 3055214. PMID 21371342.
  3. ^ "Die Definition der Biophysik". www.dictionary.com. Abgerufen 2018-07-26.
  4. ^ Pearson, Karl (1892). Die Grammatik der Wissenschaft. p. 470.
  5. ^ Roland Glaser. Biophysik: Eine Einführung. Springer; 23. April 2012. ISBN978-3-642-25212-9.
  6. ^ Sahai, Erik; Trepat, Xavier (Juli 2018). "Mesoskalige physikalische Prinzipien der kollektiven Zellorganisation". Naturphysik. 14 (7): 671–682. Bibcode:2018natph..14..671t. doi:10.1038/s41567-018-0194-9. HDL:2445/180672. ISSN 1745-2481. S2CID 125739111.
  7. ^ Popkin, Gabriel (2016-01-07). "Die Physik des Lebens". Naturnachrichten. 529 (7584): 16–18. Bibcode:2016natur.529 ... 16p. doi:10.1038/529016a. PMID 26738578.
  8. ^ Feynman RP (Dezember 1959). "Unten ist mehr als genug Platz". Archiviert von das Original Am 2010-02-11. Abgerufen 2017-01-01.
  9. ^ Franceschetti DR (15. Mai 2012). Angewandte Wissenschaft. Salem Press Inc. p. 234. ISBN 978-1-58765-781-8.
  10. ^ Rosen J, Gothard LQ (2009). Enzyklopädie der Physik. Infobase Publishing. p. 4 9. ISBN 978-0-8160-7011-4.
  11. ^ Longo G, Montévil M (2012-01-01). "Der Inert gegen den Lebenszustand der Materie: Erweiterte Kritikalität, Zeitgeometrie, Anti -Entropie - eine Übersicht". Grenzen in der Physiologie. 3: 39. doi:10.3389/fphys.2012.00039. PMC 3286818. PMID 22375127.

Quellen

  • Perutz MF (1962). Proteine ​​und Nukleinsäuren: Struktur und Funktion. Amsterdam: Elsevier. WIE IN B000TS8P4G.
  • Perutz MF (Mai 1969). "The Croonian Lecture, 1968. Das Hämoglobinmolekül". Verfahren der Royal Society of London. Serie B, Biologische Wissenschaften. 173 (1031): 113–40. Bibcode:1969RSPSB.173..113p. doi:10.1098/rspb.1969.0043. PMID 4389425. S2CID 22104752.
  • Dogonadze RR, Urushadze ZD (1971). "Semi-klassische Methode zur Berechnung der Raten chemischer Reaktionen, die in polaren Flüssigkeiten verfolgen". J Elektroanale Chem. 32 (2): 235–245. doi:10.1016/s0022-0728 (71) 80189-4.
  • Volkenshtein MV, Dogonadze R, Madumarov AK, Urushadze ZD, Kharkats Yi (1972). "Theorie der Enzymkatalyse". Molekuliaraiia Biologia. Moskau. 6: 431–439. In Russisch, englische Zusammenfassung. Verfügbare Übersetzungen in Italienisch, Spanisch, Englisch, Französisch
  • Rodney M. J. Cotterill (2002). Biophysik: Eine Einführung. Wiley. ISBN 978-0-471-48538-4.
  • Sneppen K, Zocchi G (2005-10-17). Physik in der Molekularbiologie (1 ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-84419-2.
  • Glaser R (2004-11-23). Biophysik: Eine Einführung (Korrigiert.). Springer. ISBN 978-3-540-67088-9.
  • Hobbie RK, Roth BJ (2006). Zwischenphysik für Medizin und Biologie (4. Aufl.). Springer. ISBN 978-0-387-30942-2.
  • Cooper WG (August 2009). "Nachweis für die Quantenverarbeitung der Transkriptase impliziert Verstrickung und Dekokuerz von Protonenzuständen des Superposition." Bio -Systeme. 97 (2): 73–89. doi:10.1016/j.biosystems.2009.04.010. PMID 19427355.
  • Cooper WG (Dezember 2009). "Notwendigkeit der Quantenkohärenz, um das Spektrum zeitabhängiger Mutationen zu berücksichtigen, die von Bacteriophage T4 gezeigt werden". Biochemische Genetik. 47 (11–12): 892–910. doi:10.1007/s10528-009-9293-8. PMID 19882244. S2CID 19325354.
  • Goldfarb D (2010). Biophysik entmystifiziert. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-163365-9.

Externe Links