Biofyzika
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Biofyzika je mezioborová disciplína (hraniční obor) zkoumající biologické objekty a problémy fyzikálními metodami. Termín biofyzika se začal objevovat počátkem 20. století, ale už dávno předtím byla provedena řada studií na pomezí biologie a fyziky, které z dnešního pohledu pod toto označení spadají. Biofyzika je jedním z moderních vědních oborů, které vycházejí z fyziologie.
Obsah |
[editovat] Z historie
Výzkum elektřiny v živých organismech započal v 18. století Ital Luigi Galvani. Německý lékař a fyzik Hermann von Helmholtz změřil v 19. století rychlost šíření nervového vzruchu. Významné pro rozvoj biofyziky jsou i jeho studie fyziologie vidění a vnímání zvuků. Při výzkumu mechanismu fungování svalů přispěl k moderní formulaci zákona zachování energie.
Na tyto a řadu dalších prací navázaly výzkumy ve 20. století:
Švédský oftalmolog Allvar Gullstrand popsal na fyzikálních principech fungování oka. Položil tak základ modernímu očnímu lékařství. V roce 1911 obdržel za svoji práci Nobelovu cenu.
Za objasnění fyziologie vnitřního ucha byly vědcům maďarského původu Robertu Báránymu a Georg von Békésymu rovněž uděleny Nobelovy ceny - v letech 1914 a 1961.
Do období okolo roku 1920 spadá vývoj diagnostických metod elektrokardiografie a elektroencefalografie, vycházejících z empirického pozorování souvislostí měřitelných elektrických veličin a stavu fungování srdce a mozku jakožto životně významných orgánů.
Britové Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Huxley se zabývali měřením a vysvětlením mechanismu šíření elektrických potenciálů na neuronech, John Carew Eccles prozkoumal a vysvětlil fungování nervových spojů - synapsí. Tyto studie jsou dodnes platným základem pro chápání fungování nervového systému. Jejich autorům byla v roce 1963 udělena Nobelova cena.
[editovat] Fyzikální zkoumání biologických molekul
Ve fyzice přinesl popis látek na molekulární úrovni - ať již v pevném, kapalném či plynném skupenství - podstatný posun v pochopení jejich vlastností a chování. Předpokládalo se, že stejnou měrou přispěje studium složitých biologických molekul, zejména nukleových kyselin a bílkovin, i k pochopení dosud neodkrytých zákonitostí určujících chování živých systémů.
Rentgenografická difrakční analýza DNA, provedená na britských univerzitách souběžně na dvou pracovištích v Cambridge a v Londýně, vedla k objevení její šroubovicové struktury. James D. Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins a Rosalind Franklin popsali strukturu molekuly DNA v dubnu 1953 v časopise Nature. Tento objev je jedním z nejvýznamnějších objevů 20. století, jako naprosto klíčový vedl ke vzniku molekulární genetiky jako nového oboru, pro moderní biologii naprosto nepostradatelného. V roce 1962 byla jeho autorům udělena Nobelova cena.
V téže době, v 50. letech 20. století, byly zakládány vědecké ústavy a společnosti, nesoucí ve svém jménu označení biofyzikální. Za všechny uveďme Biophysical Society v USA nebo brněnský Biofyzikální ústav ČSAV. Vesměs svým zaměřením vycházely a dodnes vycházejí z vymezení pojmu biofyziky jako vědeckého oboru, který zkoumá fyzikálními metodami biologicky významné molekuly a tak vede k vysvětlení a pochopení hlubších zákonitostí biologických jevů.
[editovat] Další přístupy
Pojem biofyzika bývá často chápán v podstatně širším smyslu. Uvedeme zde alespoň několik příkladů, co do něj bývá zahrnováno nebo s ním spojováno:
Výzkum reakce živých organismů na široké spektrum elektromagnetického záření. Kromě klasické radiologie sem spadá i léčba světlem - fototerapie.
Studie spadající do biomechaniky představují další velmi rozsáhlou oblast, která zahrnuje např. výzkum letu ptáků nebo hmyzu, plování ryb a vodních savců, nebo popis fungování krevního oběhového systému - hemodynamika.
Nejrůznější diagnostické a terapeutické postupy, využívající fyzikálních metod, např. ultrazvuková tomografie, rentgenová počítačová tomografie, laserová chirurgie nebo neinvazivní rozbíjení ledvinových a žlučových kamenů ultrazvukem - litotripsie.
[editovat] Experimentální metody
Z experimentálních metod lze jmenovat např:
- Mikroskopie atomárních sil (AFM)
- Elektronová mikroskopie
- Optická mikroskopie
- Nukleární magnetická resonance (NMR)
- EPR
- Konfokální mikroskopie
- Cytometrie
- Skenovací tunelová mikroskopie (STM)
- SNOM
- Difrakční metody: difrakce rentgenového záření, elektronu a neutronu
- Opticka spektroskopie: studium rotačních, vibračních, elektronových stavů molekul a optických přechodů mezi nimi
- Absorpční, emisní a Ramanova spektroskopie
- Optická spektroskopie vysokého časového rozlišení
- Elastický a kvazielastický optický rozptyl
[editovat] Literatura
- Prosser V. a kol.: Experimentální metody biofyziky. Academia,Praha 1989.
- Skála L.: Kvantová teorie molekul (skripta). Karolinum, Praha 1995.
