Biofizika

A biofizika a biológia és fizika határtudománya, mely egyfelől fizikai módszereket használ az élő rendszerek tanulmányozására, másfelől a fizikai jelenségek (például radioaktív sugárzás, statikus mágneses terek stb.) élő szervezetre gyakorolt hatásaival foglalkozik. A biofizikai különböző ágainak érdeklődése a molekuláris biológiától az ökoszisztémákig a biológiai szerveződés valamennyi szintjére kiterjed. A biofizikai kutatások számos ponton átfednek a biokémia, a nanotechnológia, a biotechnika, az agrofizika és a rendszerbiológia érdeklődési körével.

A biofizika általában ugyanolyan kérdésekre keresi a választ, mint a biokémia és a molekuláris biológia, azonban a kérdéseket kvantitatív (mennyiségi) szemszögből közelíti meg. A terület művelői a sejt alrendszereinek (például DNS-, RNS-, fehérjeszintézis) kölcsönhatásait és e kölcsönhatások szabályozását vizsgálják. A kérdések megválaszolására változatos módszereket alkalmaznak.

Fő vizsgálómódszerei közé tartoznak a különféle spektroszkópiák (fluoreszcencia- és foszforeszcencia-, NMR-, röntgen-, polarizációs, CD-spektroszkópia), mikroszkópiák (fluoreszcencia-, epifluoreszcencia-, elektron-, konfokális, TIRF-, atomerőmikroszkópia), hőmennyiségmérés (kalorimetria), molekulák közvetlen manipulációja (optikai csipesz, atomerőmikroszkópia). A molekuláris biofizikusok a komplex rendszereket gyakran a kölcsönható egységek statisztikus mechanikai, termodinamikai és reakciókinetikai megközelítésével próbálják meg leírni. A változatos technikáknak köszönhetően a biofizikusok képesek a biológiai struktúrák (legyen az egy fehérjemolekula vagy egy összetettebb rendszer) közvetlen megfigyelésére, modellezésére és befolyásolására.

Hagyományos területei (a molekuláris és sejtbiofizika) mellett a modern biofizika a kutatások rendkívül széles területét öleli fel a bioelektronikától a kvantumbiológiáig. Szintén általános fejlődési irány, hogy a biofizikusok a klasszikus fizika és matematika (főként a statisztika) modelljeit és vizsgálómódszereit nagyobb rendszerek, úgymint szövetek, szervek, populációk és ökoszisztémák leírására használják.

A biofizika főbb területei

• bioenergetika
• sejt biofizika
• ionpumpák, receptorok és transzporterek
• elektrofiziológia
• membránok
• izom és izom-összehúzódás
• nukleinsavak
• fotobiofizika
• fehérjék
• makromolekuláris rendszerek
• spektroszkópia, képalkotás stb.
• idegrendszer kutatása
• biomechanika, az élő szervezetek mozgásának tanulmányozása

Külső link

• Biophysics Textbook Online (angolul)

További információk

• Letölthető interaktív Java szimuláció az optikai csipesz tanulmányozására a PhET-től, magyarul. Példa: a DNS-molekula manipulálása.

Irodalom

• Perutz MF. Proteins and Nucleic Acids: Structure and Function. Amsterdam: Elsevier (1962) 
• Perutz MF (1969). „The haemoglobin molecule”. Proceedings of the Royal Society of London. Series B 173 (31), 113–40. o. DOI:10.1098/rspb.1969.0043. PMID 4389425. 
• Dogonadze RR, Urushadze ZD (1971). „Semi-Classical Method of Calculation of Rates of Chemical Reactions Proceeding in Polar Liquids”. J Electroanal Chem 32 (2), 235–245. o. DOI:10.1016/S0022-0728(71)80189-4. 
• Volkenshtein M.V., Dogonadze R.R., Madumarov A.K., Urushadze Z.D. and Kharkats Yu.I. Theory of Enzyme Catalysis.- Molekuliarnaya Biologia (Moscow), 6, 1972, pp. 431–439 (In Russian, English summary. Available translations in Italian, Spanish, English, French)
• Rodney M. J. Cotterill. Biophysics : An Introduction. Wiley (2002). ISBN 978-0-471-48538-4 
• Sneppen K, Zocchi G. Physics in Molecular Biology, 1, Cambridge University Press (2005. október 17.). ISBN 0-521-84419-3 
• Glaser, Roland. Biophysics: An Introduction, Corrected, Springer (2004. november 23.). ISBN 3-540-67088-2 
• Hobbie RK, Roth BJ. Intermediate Physics for Medicine and Biology, 4th, Springer (2006). ISBN 978-0-387-30942-2 
• Cooper WG (2009). „Evidence for transcriptase quantum processing implies entanglement and decoherence of superposition proton states”. BioSystems 97 (2), 73–89. o. DOI:10.1016/j.biosystems.2009.04.010. PMID 19427355. 
• Cooper WG (2009). „Necessity of quantum coherence to account for the spectrum of time-dependent mutations exhibited by bacteriophage T4”. Biochem. Genet. 47 (11–12), 892–910. o, 892. o. DOI:10.1007/s10528-009-9293-8. PMID 19882244. 
• Goldfarb, Daniel. Biophysics Demystified. McGraw-Hill (2010). ISBN 0-07-163365-0