História da Biofísica, que estudos, aplicações, conceitos, métodos

O biofísica É o estudo das leis físicas que operam em organismos vivos. É uma ciência interdisciplinar que aplica as abordagens e métodos da física para estudar fenômenos biológicos.

A biologia física também conhecida, parte da idéia de que todos os fenômenos observados na natureza têm uma explicação científica previsível e que todos os sistemas vivos são compostos de processos baseados em leis físicas.

Hélice dupla de cadeia de DNA. Uma das principais descobertas da biofísica. Fonte: JOSELUISSC3 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

É comum a discussão em que a biofísica é criada como um ramo de física, biologia ou ambos. Nesse caso, é importante observar que a tendência é considerá -la o ramo da biologia.

Isso ocorre porque a troca de conhecimento é geralmente gerada da física à biologia, que foi enriquecida por avanços e conceitos físicos. Mas a mesma contribuição não pode ser afirmada ao contrário, isto é, a partir do ponto da física pura, não se pode dizer que a biofísica oferece novos conhecimentos.

A biofísica facilita a evidência experimental à física e com ela permite corroborar teorias, mas a troca entre física e biologia é puramente unidirecional.

A biofísica é treinada nas ciências quantitativas da física, matemática e química para estudar tudo relacionado à operação, estrutura, dinâmica e interação de sistemas biológicos. Esses sistemas incluem moléculas celulares complexas, organismos e ecossistemas.

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História

As origens da biofísica datam do século XVII, quando as ciências naturais ainda não haviam sido divididas como disciplinas separadas e, no momento em que a primeira investigação de bioluminescência está localizada.

O primeiro estudo detectado foi o realizado pelo jesuíta alemão, Athanasius Kircher (1602-1680), que publicou seu trabalho Ars magna Lucis et Umbrae E ele dedicou dois capítulos à luminescência animal.

A ligação entre eletricidade e biologia foi objeto de especulação não apenas no século XVII, mas nos próximos dois séculos. Durante sua abordagem, o fascínio do homem pela eletricidade animal e natural ficou evidente como em Firefly ou nos downloads naturais dos raios.

Nesta linha de pesquisa, é detectada na Itália e, em meados do século XVIII, os experimentos de Giovanni Beccaria em torno da estimulação elétrica dos músculos que estavam gerando conhecimento nessa área.

Em 1786, Luigi Galvani iniciou uma controvérsia em torno do potencial elétrico em animais. Seu oponente era nada menos que Alessandro Volta que, ao desenvolver a bateria elétrica, parou um pouco o interesse científico do potencial elétrico em seres vivos.

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Séculos 19

Uma das principais contribuições do século XIX foi a de Du Bois-Reymond Professor de Fisiologia em Berlim, que construiu os galvanômetros e conduziu estudos sobre a corrente muscular e o potencial elétrico dos nervos. Este objeto de estudo tornou -se um dos pontos de origem da biofísica.

Outro deles foi o das forças responsáveis ​​pelo fluxo passivo da matéria em organismos vivos, especificamente os gradientes de pressão osmóticos ou osmóticos. Nesta linha, as contribuições abbé J se destacam.PARA. Nollet e Adolf Fick.

O último foi quem publicou o primeiro texto da biofísica Die Medizinessche Physik ou em espanhol Física médica. No trabalho de Fick, nenhum experimento foi realizado, mas uma analogia foi levantada com as leis do fluxo de calor, o que permitiu declarar as leis que governam a disseminação. Experimentos de laboratório subsequentes mostraram que a analogia era exata.

Século XX

O século XX foi caracterizado por começar com algum domínio dos cientistas alemães, que se concentraram em estudar os efeitos da radiação.

Um marco importante desse período foi a publicação do livro O que é a vida?, Por Erwin Schrödinger em 1944. Isso propôs a existência de uma molécula em seres vivos que continham informações genéticas em links covalentes.

Este livro e essa idéia inspiraram outros cientistas e os levaram a descobrir a estrutura dupla da hélice do DNA em 1953. Foi James Watson, Rosalind Franklin e Francis Crick quem fez a descoberta.

Na segunda metade do século XX, há uma maturidade óbvia da biofísica. Naqueles dias, já havia programas universitários e tinha popularidade em outros países além da Alemanha. Além disso, a investigação estava adquirindo ritmo.

Que estudos (objeto de estudo)

A biomecânica é um dos ramos da biofísica. Fonte: MutuaUniversal [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

O campo de estudo da biofísica se estende a todas as escalas de organização biológica, de sistemas moleculares a orgânicos e outros mais complexos. Dependendo do foco da atenção, a biofísica pode ser dividida nos seguintes ramos:

- Biomecânica: Estude as estruturas mecânicas que existem nos seres vivos e que permitam o movimento destes.

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- Bioeletricidade: estudar processos eletromagnéticos e eletroquímicos que ocorrem em organismos ou que geram efeitos sobre eles.

- Bioenergética: Seu objetivo de estudo é a transformação da energia que ocorre nos biossistemas.

- Bioacústica: É a ciência que investiga a produção de ondas sonoras, sua transmissão por alguns meios e coleta por outros animais ou sistemas vivos.

- Biofotonic: concentra -se nas interações dos seres vivos com fótons.

- Radiobiologia: Estude os efeitos biológicos da radiação (ionizante e não -ionizante) e seu campo e aplicações de laboratório.

- Dinâmica de proteínas: Estudar movimentos moleculares de proteínas e considerar sua estrutura, função e dobragem.

- Comunicação molecular: Ele se concentra no estudo da geração, transmissão e recepção de informações entre moléculas.

Formulários

Os temas investigados pela biofísica podem ter uma sobreposição com os de bioquímica, biologia molecular, fisiologia, nanotecnologia, bioengenharia, biologia de sistemas, biologia computacional ou química, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros, entre outros. No entanto, tentaremos delimitar as principais aplicações da biofísica.

Com a descoberta de DNA e sua estrutura, a biofísica contribuiu para a criação de vacinas, para o desenvolvimento de técnicas de imagem que permitem o diagnóstico e a geração de novos métodos farmacológicos para tratar certas patologias.

Com o entendimento da biomecânica, esse ramo da biologia permitiu projetar melhores próteses e melhores nanomateriais com os quais os medicamentos podem ser fornecidos.

Hoje, a biofísica começou a se concentrar em questões relacionadas às mudanças climáticas e outros fatores ambientais. Por exemplo, o trabalho está sendo feito no desenvolvimento de biocombustíveis através de microorganismos vivos para substituir a gasolina.

As comunidades microbianas também estão sendo investigadas e os contaminantes são rastreados na atmosfera com o conhecimento obtido.

Principais conceitos

- Sistemas: É um agregado ordenado de elementos incluídos entre limites reais ou imaginários, que são inter -relacionados e interagem entre si.

- Proteínas: Grandes moléculas encontradas em todas as células vivas. Eles são compostos por uma ou mais cadeias longas de aminoácidos que se comportam como máquinas que desempenham uma variedade de funções, como estrutural (citoesqueleto), mecânico (músculo), bioquímica (enzimas) e sinalização celular (hormônios).

- Biomembranas: Sistema de fluidos que cumprem inúmeras funções biológicas para as quais devem adaptar sua composição e diversidade. Eles fazem parte das células de todos os seres vivos e é o lugar onde inúmeras moléculas pequenas são armazenadas e serve como ancoragem de proteínas.

- Dirigindo: É o fluxo de calor através do meio sólido devido à vibração interna das moléculas, bem como de elétrons livres e para confrontos entre eles.

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- Convecção: Refere -se ao fluxo de energia através de correntes de um fluido (líquido ou gás), é um movimento de volumes de líquido ou gás.

- Radiação: transferência de calor por ondas eletromagnéticas.

- Ácido dexirribonucleico (DNA): Nome químico da molécula que contém informações genéticas em todos os seres vivos. Sua principal função é armazenar informações de longo prazo para construir com outros componentes celulares, eles também têm instruções usadas para o desenvolvimento e operações de todos os organismos vivos.

- Impulso nervoso: É um impulso eletroquímico que se origina no sistema nervoso central ou nos órgãos dos sentidos na presença de um estímulo. Esta onda elétrica viaja todo o neurônio é sempre transmitido unidirecionalmente, entrando nos dendritos das células e saindo do axônio.

- Contração muscular: Processo fisiológico no qual os músculos estão tensos, gerando que são reduzidos, permanecem ou esticados pelo deslizamento das estruturas que o compõem. Este ciclo está ligado à estrutura da fibra muscular e à transmissão do potencial elétrico pelos nervos.

Métodos

O biofísico a.V. Hill considera que a atitude mental seria a principal ferramenta do biofísico. Com isso como base, afirma que a biofísica são aqueles que podem expressar um problema em termos físicos e que não diferem pelas técnicas específicas usadas, mas pela maneira como formulam e atacam os problemas.

Para isso é unido pela capacidade de usar a teoria física complexa e outras ferramentas físicas para estudar objetos naturais. Eles também não têm instrumentos construídos comercialmente, pois geralmente têm a experiência de colocar equipamentos especiais para resolver problemas biológicos.

A automação da análise química e outros processos de diagnóstico por meio de computadores são aspectos a serem considerados nos métodos da biofísica atual.

Além disso, a biofísica desenvolve e usa métodos de modelagem de computadores, com os quais eles podem manipular e observar formas e estruturas complexas de moléculas, bem como vírus e proteínas.

Referências

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6. Nahle, Nasif. (2007) Artigo didático: Biofísica. Organização do Gabinete de Biologia. Biocab recuperado.org