 |
 |
|
 |
|
|
БИОФИЗИКА |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
биологическая физика, наука, изучающая физические и физико-химические процессы, протекающие в живых организмах, а также ультраструктуру биологических систем на всех уровнях организации живой материи — от субмолекулярного и молекулярного до клетки и целого организма. Развитие Б. тесно связано с интенсивным взаимопроникновением идей, теоретических подходов и методов современной биологии, физики, химии и математики. Развитие биологии показало, что для понимания и изучения элементарных биологических явлений необходимо применение понятий и методов точных наук. Такой подход оправдан тем, что все биологические объекты представляют в конечном итоге совокупность атомов и молекул и подчиняются физическим и химическим закономерностям. Но так как биологические системы — это самоорганизующиеся системы, сложившиеся в процессе эволюции, им присущи многие свойства, не имеющие места в неживой природе. Сложность биологических систем обеспечивает протекание процессов, маловероятных для условий, обычно рассматриваемых в физике. Б. в основном рассматривает целостные системы, не разлагая их, по возможности, на химические компоненты. В связи с этим возникает необходимость перерабатывать известные физико-химические методы, создавая высокоспециализированные биофизические методы и приёмы.
Современная Б., согласно классификации, принятой Международным союзом теоретической и прикладной биофизики (1961), включает следующие основные разделы: молекулярная Б., в задачу которой входит исследование физических и физико-химических свойств макромолекул и молекулярных комплексов, составляющих живые организмы, а также характера взаимодействия и энергетики протекающих в них процессов; Б. клетки, изучающая физико-химические основы функции клетки, связь молекулярной структуры мембран и клеточных органелл с их функцией, механические и электрические свойства, энергетику и термодинамику клеточных процессов; Б. процессов управления и регуляции, которая занимается исследованием и моделированием внутренних связей системы управления в организмах, их физической природой, исследованием физических закономерностей живого на уровне целого организма.
Однако исторически сложившийся круг проблем, которыми занимается Б., шире. К Б. относится: изучение влияния физических факторов на организм (см. Вибрация. Ускорение, Невесомость); исследование биологического действия ионизирующих излучений (См. Биологическое действие ионизирующих излучений), которое в связи с важностью и актуальностью этого вопроса стало предметом радиобиологии (См. Радиобиология), специальной науки, выделившейся из Б. Физический анализ деятельности органов чувств, в первую очередь оптики глаза, анализ работы органов движения, дыхания, кровообращения как физических систем, вопросы прочности и эластичности тканей (см. Биомеханика) — существенные, исторически сложившиеся разделы Б. Важное значение имеет и разработка физических методов исследования биологических систем — от макромолекул до целого организма, без которых невозможно современное биологическое исследование.
Отдельные исследования биофизического характера можно проследить с 17 в. В этот период были сделаны попытки применить понятия, созданные в физике и химии, для анализа биологических явлений. Французский учёный Р. Декарт рассматривал человеческое тело как сложную машину. Он опубликовал ряд работ по исследованию органов чувств — биоакустике (См. Биоакустика) и оптике. Последователь Декарта — итальянский учёный Дж. А. Борелли пытался объяснять движение живых существ чисто физическими закономерностями. Л. Эйлер, профессор Петербургского университета, впервые математически описал движение крови по сосудам. М. В. Ломоносов выдвинул в 1756 одну из первых гипотез цветного зрения. Могучим толчком к физико-химическим исследованиям явлений жизни послужили опыты итальянского учёного Л. Гальвани, который доказал наличие «животного электричества». Во 2-й половине 19 в. немецкие учёные Г. Гельмгольц и В. Вундт сформулировали основные закономерности физиологической акустики и физиологической оптики. Немецкий врач Ю. Р. Майер, наблюдая насыщение кислородом гемоглобина в крови человека в тропическом и умеренном климате, сформулировал закон сохранения энергии. Г. Гельмгольц и М. Рубнер продолжили исследования этого закона на живых организмах. Работами немецких учёных Г. Гельмгольца, Э. Дюбуа-Реймона, Д. Бернштейна и ряда др. были заложены основы представлений о механизме возникновения электрических потенциалов в тканях и распространения возбуждения по нерву. Значение ионного состава и реакции среды в жизни клеток и тканей было выяснено в работах американского исследователя Ж. Лёба, немецких учёных В. Нернста и Р. Гебера.
В России И. М. Сеченов в конце 19 в. исследовал физические закономерности растворения газов в крови и биомеханику движений. К. А. Тимирязев изучал фотосинтетическую активность отдельных участков солнечного спектра в связи с распределением энергии в нём и особенностями спектра поглощения хлорофилла (1903). А. Ф. Самойлов описал акустические свойства среднего уха. П. П. Лазареву принадлежит заслуга в развитии ионной теории возбуждения (1916). М. Н. Шатерников использовал термодинамические представления в исследованиях энергетического баланса организмов (1910—20). В 1905—15 были выполнены классические исследования Н. К. Кольцова о роли физико-химических факторов (поверхностного натяжения, концентрации водородных ионов, катионов) в жизни клетки. Этот этап предыстории Б., охватывающий период до 20 гг. 20 в., характерен появлением отдельных работ с использованием идей и методов физики и физической химии при исследовании движения, слухового и зрительного аппаратов, фотосинтеза, механизма генерации электродвижущей силы в нерве и мышце, значения ионной среды для жизнедеятельности клеток и тканей.
После Октябрьской революции сложились благоприятные условия для развития Б. в СССР. В 1919 П. П. Лазарев создал в Москве институт биологической физики, где вели работы по ионной теории возбуждения, кинетике реакций, идущих под действием света, исследовали спектры поглощения и флуоресценции биологических объектов, а также процессы первичного действия на организм различных факторов внешней среды. Позже такие институты были созданы и в других странах. В 20-е гг. Кольцов сформулировал концепцию о молекулярной структуре гена и матричном механизме передачи наследственной информации и синтеза макромолекул. В 20—30-е гг. вышел ряд книг, оказавших глубокое влияние на последующее развитие Б. в СССР: «Биосфера» В. И. Вернадского (1926),»Теоретическая биология» Э. С. Бауэра (1935), «Физико-химические основы биологии» Д. Л. Рубинштейна (1932), «Организация клетки» Н. К. Кольцова (1936), «Реакция живого вещества на внешние воздействия» Д. Н. Насонова и В. Я. Александрова (1940).
В эти годы шло постепенное формирование базы для биофизических исследований, разрабатывались новые методы, росло техническое оснащение лабораторий. После 2-й мировой войны в СССР и ведущих капиталистических странах в результате огромного размаха исследований по физике и химии, возникновения мощной приборостроительной промышленности и резкого увеличения финансирования биологических исследований начинается бурное развитие Б.
Формирование отдельных областей Б. Молекулярная Б. исследует механизм биологических явлений с точки зрения взаимодействия атомов и молекул, ионов и радикалов. В задачу этого раздела входит изучение пространств, строения, физико-химических свойств биологических систем на молекулярном уровне. Эта проблематика тесно связана с биохимией (См. Биохимия), что особенно ярко видно на примере изучения строения биологически важных макромолекул, выяснение пространственной структуры которых требует биофизического подхода и решается методом рентгеноструктурного анализа. Последний был успешно использован для расшифровки относительно простых биологических молекул (в 20-х гг. в Англии В. Астбери удалось частично расшифровать структуру молекулы целлюлозы (См. Целлюлоза)). Работы по структуре белка были начаты в 30-х гг. английским учёным Дж. Берналом. К 1954 английские исследователи Дж. Кендрю и М. Перуц нашли метод расчёта пространственного расположения атомов в молекуле белка. Это позволило рассчитать структуру миоглобина и Гемоглобина, что позволило вскрыть механизм возникновения серповидноклеточной анемии и глубже понять природу активного центра (См. Активные центры) белковой молекулы. Работы по изучению пространственной структуры белков ведутся в СССР на физическом факультете МГУ, в институте биофизики АН СССР и других учреждениях. Исследования структуры фибриллярных белков (коллагена, фиброина шёлка) показали наличие регулярной структуры с периодически чередующимися группами аминокислот. Построена статистическая теория редупликации (удвоения) дезоксирибонуклеиновой кислоты (См. Дезоксирибонуклеиновая кислота) (ДНК). К 1968 определена структура около 200 белков. Наряду с изучением строения отдельных молекул большие успехи достигнуты в исследовании молекулярных комплексов — ультраструктур, создающих функциональные единицы клетки.
Исследования по молекулярной Б. тесно связаны с биохимией, генетикой и цитологией, молекулярной биологией (См. Молекулярная биология).
Значительное место в молекулярной Б. занимает проблема возбуждённых состояний молекул в биологических системах; такие молекулы приобретают высокую химическую активность. Наиболее изучены возбуждённые состояния, возникающие на первичной стадии фотобиологических процессов — Фотосинтеза, зрения (См. Зрение) и биолюминесценции (См. Биолюминесценция).
Оригинальным направлением в отечественной Б. можно считать изучение сверхслабого ультрафиолетового свечения биологических систем (митогенетического излучения (См. Митогенетическое излучение), А. Г. Гурвич, 1923—48). В 30-е гг. Г. М. Франк и С. Ф. Родионов разработали физический метод обнаружения сверхслабых свечений биологических объектов. Успехи в разработке методов регистрации сверхслабых световых потоков с помощью фотоэлектронных умножителей привели в 50-х гг. 20 в. к открытию сверхслабого свечения ряда животных и растительных объектов в видимой области спектра. Была показана связь этого свечения с рекомбинацией свободных радикалов. А. Н. Терениным с сотрудниками были исследованы механизмы элементарных фотофизических процессов с участием пигментов, указана роль состояний молекул, открыт механизм миграции энергии в них при фотохимических реакциях, изучен механизм люминесценции белков (1950—65). А. А. Красновский открыл и исследовал реакцию обратимого фотохимического восстановления Хлорофилла и его аналогов (1949—60). Эти работы способствовали развитию биологической фотохимии.
В одном из важных разделов Б. рассматривается превращение энергии в живых организмах, начиная с превращения и миграции энергии на молекулярном уровне и кончая энергетическим балансом целого организма (см. Биоэнергетика). Исследование взаимной трансформации химической и механической энергии при сокращении мышечного волокна, молекулярные механизмы движения ресничек и жгутиков у простейших, движения протоплазмы и клеточных органелл стали предметом изучения механохимии, находящейся на стыке биохимии и молекулярной Б. В 1938 в работе советских учёных В. А. Энгельгардта и М. Н. Любимовой, изучавших механизм мышечного сокращения, было впервые продемонстрировано наличие прямой связи между механическими и химическими процессами. В дальнейшем эти работы были развиты американским учёным А. Сент-Дьёрдьи.
Традиционный раздел Б. — изучение физико-химических свойств клетки и проницаемости биологических мембран (См. Проницаемость биологических мембран) для различных веществ. Всё большее значение приобретают проблемы моделирования искусственных мембран и активного транспорта ионов (См. Активный транспорт ионов). Одним из примеров практического применения знаний, полученных в этой области Б., биохимией и физиологией, является создание искусственной почки (См. Искусственная почка).
Важной проблемой Б. является изучение биоэлектрических явлений. В этой области Б. тесно связана с физиологией (см. Биоэлектрические потенциалы). Исследования показали, что между наружной и внутренней средой каждой живой клетки поддерживается разность потенциалов около 0,1 в. Её источник — создаваемый клеткой ионный градиент между наружной и внутриклеточной средой. Эти данные послужили основой для создания мембранной теории генерации потенциалов в клетке, выдвинутой в начале века немецким учёным Д. Бернштейном и экспериментально обоснованной в 50—60-е гг. работами английских учёных А. Ходжкина, А. Хаксли и Б. Каца, изучавших изменение проницаемости мембраны нервного волокна и ионные потоки в нерве при возбуждении (см. Мембранная теория возбуждения). Значительное место занимают также исследования других физико-химических свойств клеток — вязкости, оптических свойств, их изменений при различных физиологических состояниях и тех или иных воздействиях.
Биофизические закономерности, свойственные организму в целом, рассматриваются в соответствующих разделах биоэнергетики (изучение механизма теплоотдачи (См. Теплоотдача), теплоизоляции, теплопродукции (См. Теплопродукция), скорости охлаждения при различных условиях и т.п.).
Б. процессов управления неразрывно связана с кибернетикой биологической (См. Кибернетика биологическая) и биомеханикой (См. Биомеханика). Созданию систем управления, выяснению принципов управления движениями животных и человека положили начало исследования советского учёного Н. А. Бернштейна. Он первым приступил к изучению обратной связи (См. Обратная связь) в биологических системах (1934). Изучение биомеханики движений (ходьба, бег, трудовые движения и др.), дыхания и кровообращения имеет исключительную важность в связи с вопросами физиологии труда и спорта, космическими полётами, а также для изучения причин сердечных и сосудистых заболеваний и создания аппаратов искусственного дыхания и кровообращения.
Биофизические исследования ведутся в СССР во многих научных учреждениях, в частности в институте биофизики АН СССР, институте цитологии АН СССР, институте молекулярной биологии АН СССР, на кафедрах биофизики в МГУ, ЛГУ и в других учреждениях. Одна из первых в мире кафедр Б. была основана в МГУ в 1953 Б.Н. Тарусовым. Исследования по Б. и подготовка кадров ведутся во многих странах мира. Великобритания — Лондонский университет, Институт молекулярной биологии, Кембридж; Венгрия — университет в г. Печ; ГДР — Институт биологии и медицины, Берлин; Израиль — Институт Вейцмана, г. Реховот; Индия — Институт кристаллографии, молекулярной биологии и ядерной физики в Дели и университет в Мадрасе; КНР — Институт биофизики, Пекин; Польша — Варшавский университет и Институт биохимии и биофизики АН ПНР; Румыния — Институт биофизики, Бухарест; США — Йельский университет, Массачусетсский технологический институт, Калифорнийский университет, Гарвардский университет, Рокфеллеровский институт и многое др.; Франция — Институт физико-химической биологии в Париже, Институт макромолекулярных исследований в Страсбуре и др.; ФРГ — Институт биофизики общества М. Планка, Франкфурт-на-Майне, Институт биологической и медицинской физики при Гёттингенском университете и др.; Чехословакия — Институт биофизики в Брно, Пражский университет; Швеция — Отделение биофизики при Нобелевском институте в Стокгольме; Япония — университет в Осака, Институт белка, там же, Токийский университет.
На 1-м Международном биофизическом конгрессе, состоявшемся в Стокгольме в 1961, был создан Международный союз теоретической и прикладной биофизики, в центральный совет которого входят представители СССР.
Периодические издания, в которых публикуются работы по Б.: «Биофизика» (М., 1956—); «Молекулярная биология» (М., 1967—); «Радиобиология» (М., 1961—); «Advances in Biological and Medical Physics» (N. Y., 1948—); «Biochimica et Biophysica Acta» (N. Y.— Amst., 1947—); «Biophysical Journal» (N. Y., I960—); «Bulletin of Mathematical Biophysics» (Chi, 1939—); «Journal of Cell Biology» (N. Y., 1962—; в 1955— 1961 наз.—»Journal of Biophysical and Biochemical Cytology»); «Journal of Molecular Biology» (N. Y.—L., 1959—); «Journal of Ultrastructure Research» (N. Y.—L., 1957—); «Progress in Biophysics and Biophysical Chemistry» (L., 1950—).
Лит.: Бернштейн Н. А., О построении движений, М., 1947; Лазарев П. П., Сочинения, т. 2, М.— Л., 1950; Бреслер С. Е., Введение в молекулярную биологию, М. —Л., 1966; Молекулярная биология. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1963; Пасынский А. Г., Биофизическая химия, М., 1963; Аккерман Ю., Биофизика, пер. с англ., М., 1964; Вопросы биофизики. Материалы I Международного биофизического конгресса. Стокгольм, июль — август 1961, М., 1964; Сетлоу Р., Поллард Э., Молекулярная биофизика, пер. с англ., М., 1964; Волькенштейн М. В., Молекулы и жизнь. Введение в молекулярную биофизику, М., 1965; Биофизика, М., 1968; Casey Е., Biophysics. Concepts and mechanisms, N. Y.—L., 1962; Physical techniques in biological research, v. 1—5, N. Y., 1955—64.
Б. Н. Вепринцев.
|
| Современная Энциклопедия |
| БИОФИЗИКА, наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах и их сообществах, влиянии на них различных физических факторов. Основные этапы развития биофизики, начиная с 18 в., связаны с изучением "животного электричества" (Л. Гальвани), развитием физиологической акустики и оптики (Г. Гельмгольц), механики и энергетики организмов, ионной и мембранной теории возбуждения и др. В середине 20 в. в самостоятельные направления выделились радиобиология, биоэнергетика, фотобиология и др. |
| Мультимедийная энциклопедия |
| наука о физических основах живой материи. Она находится на стыке физики и
биологии и использует физические, химические и математические методы для
изучения строения и функций живых систем.
Структурная биофизика. Для исследования клеточных структур и
биомолекул широко применяются оптические и дифракционные методы. Такие
виды микроскопии, как фазово-контрастная, флуоресцентная и конфокальная,
позволяют визуализировать клеточные структуры в видимом свете; сканирующая
и трансмиссионная микроскопия обеспечивают изучение структур при более
высоком разрешении; электронно-дифракционная микроскопия применяется для
структурного анализа образцов, имеющих упорядоченную структуру. Используя
методы рентгеноструктурного анализа и дифракции нейтронов, определяют
структуру кристаллов на уровне атомов. С помощью ядерного магнитного
резонанса (ЯМР) изучают структуру молекул в растворе. Полезную информацию
дают также различные спектроскопические методы: абсорбционная и
флуоресцентная спектроскопия в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом
свете, круговой дихроизм и дисперсия оптического вращения.
Структурные исследования уже дали впечатляющие результаты. Так, с помощью
рентгеноструктурного анализа была определена структура целого ряда белков,
в том числе: белка, ответственного за превращение нормальных клеток в
раковые; фермента, участвующего в репликации вируса иммунодефицита (вируса
СПИДа); некоторых специфических белков, связывающихся с ДНК; одного из
ферментов, катализирующих синтез белков. Установлена структура вирусов,
вызывающих полиомиелит и обычную простуду.
Молекулярные и клеточные системы. Основной вопрос, который
возникает при изучении любой биологической системы, состоит в следующем:
как эта система работает? Биофизики сначала исследуют саму систему, затем
строят модель, описывающую в каком-то приближении ее поведение, и далее
проверяют и уточняют исходную модель. Обычно важную роль при построении
модели играют кинетические и термодинамические параметры. Среди
биологических процессов, которые можно исследовать биофизическими
методами, - восприятие света и звука высшими организмами, мышечное
сокращение, прохождение нервного импульса, работа мембранных каналов и
рецепторов, превращение энергии в митохондриях (клеточных органеллах),
функционирование белков, участвующих в регуляции экспрессии генов,
механизм действия ферментов. Экспериментальные подходы к изучению всех
этих процессов различаются, но в основе любого исследования лежит анализ
энергетики процесса.
Компьютерный анализ и построение моделей. С появлением компьютеров
построение моделей биологических систем и применение математических
методов в биофизике перешли на качественно иной уровень. Без компьютеров
было бы невозможно быстро обрабатывать рентгеноструктурные и ЯМР-данные,
создавать сложные модели, отвечающие всему комплексу экспериментальных
данных. Для построения адекватных моделей часто приходится анализировать
свойства больших ансамблей молекул и частиц или поведение неравновесных
систем. Строятся модели таких сложных феноменов и процессов организменного
уровня, как научение и память, восприятие света и звука, кровообращение,
мышечное сокращение, распределение в организме продуктов метаболизма.
Разрабатываются методы предсказания трехмерной структуры макромолекул и
моделирования флуктуаций, происходящих в этих структурах за времена
порядка пикосекунд (триллионных долей секунды). Биофизики участвуют также
в анализе нуклеотидных последовательностей ДНК, проводящемся в рамках
международной программы "Геном человека".
См. также
<<БИОЛОГИЯ>>;
<<БИОХИМИЯ>>;
<<БИОЭЛЕКТРИЧЕСТВО>>;
<<КЛЕТКА>>;
<<МЕТАБОЛИЗМ>>;
<<НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ>>;
<<НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ>>;
<<СПЕКТРОСКОПИЯ>>;
<<МОЛЕКУЛ СТРОЕНИЕ>>;
<<ХИМИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ>>;
<<ХИМИЯ>>.
ЛИТЕРАТУРА
Волькенштейн М. В. Биофизика. М., 1981
Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия, тт. 1-3. М., 1984-1985
Фокс Р. Энергия и эволюция жизни на Земле. М., 1992 |
| Медицинская энциклопедия |
I
Биофизика
наука, изучающая физические свойства биологически важных молекул, молекулярных комплексов, клеток и сложных биологических систем, а также протекающие в них физические и физико-химические процессы.
Биофизические исследования используются при изучении механизмов возникновения болезней человека, разработке новых лекарственных средств, методов лечения и диагностики, а также при создании современной медицинской техники.
Изучение физико-химической основы биологических явлений, протекающих на молекулярном уровне, стало возможным благодаря успехам физики и физической химии в конце 19 — начале 20 в. По мере совершенствования методов физико-химических исследований возможности Б. значительно расширялись. Интенсивному развитию науки способствовало появление новых физических методов — рентгеноструктурного анализа, радиоспектроскопии, прецизионной спектрометрии и спектрофлюориметрии, электрометрии, оптических измерений, методов, основанных на ядерном магнитном резонансе (<<Ядерный магнитный резонанс>>) (ЯМР) и др., а также компьютерной техники. Изучение явления ЯМР и распространения ультразвуковых волн в тканях с применением компьютерной техники привело к созданию новых, перспективных методов диагностики — ЯМР и ультразвуковой томографии. Разрабатываются методы автоматической расшифровки ЭКГ, изучения магнитных полей человека, современные методы лабораторной диагностики, основанные на измерении люминесценции, хемилюминесценции, светорассеяния. Создаются новые аппараты для физиотерапии, основанные на действии колебаний сверхвысокой частоты в различных диапазонах частот, лазеров разных спектров, УФ-излучения в сочетании с хемотерапией и др.
Б. включает квантовую биофизику, молекулярную биофизику, биофизику клетки и биофизику сложных систем (органов, тканей, организма). Сведения из различных разделов Б., используемые в медицине, условно объединяют в комплекс под названием «медицинская биофизика».
Квантовая биофизика изучает вопросы взаимодействия света и биологических структур (молекул, биологических мембран, клеток, тканей), а также электронную структуру биологически важных соединений и ее связь с их химическими свойствами и биологической активностью. При этом используются теоретические расчеты молекулярных орбиталей, спектральный и люминесцентный анализ (см. <<Оптические методы исследования>>), методы, основанные на электронном парамагнитном резонансе в сочетании с техникой импульсного и непрерывного облучения биологических объектов различными источниками света, включая лазеры, при обычных температурах и в условиях глубокого охлаждения объектов жидким азотом или гелием. С помощью этих методов медицинская Б. изучает первичные процессы, возникающие при действии УФ-излучения на кожу, клетки, плазму крови и зрительный аппарат, участие в них молекул белков, нуклеиновых кислот и коферментов, поглотивших квант света, а также продуктов окисления липидов (см. <<Фотобиологические процессы>>). В присутствии фотосенсибилизирующих средств (<<Фотосенсибилизирующие средства>>) эти процессы могут происходить при облучении организма не только коротковолновым (240—300 нм), но и длинноволновым (более 300 нм) и даже видимым светом. Интенсивный видимый свет, например свет лазеров, может вызвать фотохимические реакции в активных центрах ферментов, лежащие в основе механизма терапевтического действия низкоэнергетических лазеров (<<Лазеры>>).
Большой интерес представляет изучение роли свободных радикалов в жизнедеятельности клеток и развитии патологических процессов в организме (см. <<Радикалы свободные>>). Как выяснилось, образование свободных радикалов может происходить не только в результате фотохимических реакций или действия на клетки ионизирующего излучения, но и в процессе биохимических реакций, протекающих при активации фагоцитирующих клеток (макрофагов и гранулоцитов). нарушении функций митохондрий и системы гидроксилирования чужеродных соединений в эндоплазматаческом ретикулуме. Образующиеся при этом активные формы кислорода, включая супероксидный радикал, обладают сильным цитотоксическим действием. Изучение механизма этих процессов привело к созданию методов контроля за их интенсивностью, основанных на измерении хемилюминесценции (свечения, возникающего за счет этих реакций), а также лекарственных препаратов, ограничивающих развитие свободнорадикальных реакций — супероксиддисмутазы, токоферола, ретинола и др.
Молекулярная биофизика изучает структуру макромолекул, их физические свойства и связь строения молекул с их функцией. Основные объекты исследования — нуклеиновые кислоты и белки, а также полисахариды и липидные комплексы. Эти исследования способствуют раскрытию природы ряда патологических процессов, развитию генной и белковой инженерии, открывающих большие перспективы для создания наиболее эффективных методов лечения болезней человека. Получение белков с заданными свойствами может послужить основой для разработки принципиально новых лекарственных средств, физические свойства и биологическая активность которых могут быть предсказаны на основании анализа этих свойств у белков и пептидов и путем компьютерных расчетов их структуры.
Биофизика клетки изучает строение и функции клеточных мембран (см. <<Мембраны биологические>>), природу клеточной подвижности, биоэлектрогенез, межклеточные взаимодействия и другие вопросы, связанные с физическими свойствами клетки. Большие успехи достигнуты в изучении физических свойств липидного слоя мембран, от которых зависит функционирование большинства мембранных ферментов, транспорт ионов и различных химических веществ, а также генерация биоэлектрических потенциалов. Исследования показали, что изменение вязкости липидного слоя мембран приводит к нарушению их функций, которое в свою очередь может вызвать развитие в тканях патологических процессов. Тяжелые последствия (потеря мембранами барьерных свойств, дезорганизация внутриклеточных процессов и гибель клетки) отмечаются вследствие резкого увеличения проницаемости липидного слоя мембран или его электрического пробоя собственной трансмембранной разностью потенциалов. В основе многих сердечно-сосудистых, нервных болезней и болезней почек лежат нарушения проводимости ионных каналов; механизм этих нарушений также является предметом изучения биофизики клетки. Исследование проницаемости и электрических свойств мембран лежит в основе изучения механизма и эффективности действия многих лекарственных препаратов. Выявлены физические основы межклеточных и межмембранных взаимодействий — адгезия (сцепление) между клетками и при контакте клеток с различными поверхностями, а также их электрические контакты. Значительные успехи достигнуты в расшифровке механизма слияния мембран, наблюдаемого на определенных стадиях различных клеточных процессов, таких, например, как пиноцитоз, секреция, деление клетки (см. <<Клетка>>). Эти исследования имеют большое значение в онкологии, так как нарушение межклеточных взаимодействий характерно для опухолевого процесса.
Биофизика сложных систем достигла наибольших успехов в области изучения электрических полей в органах и тканях и, в первую очередь, электрического поля сердца и биопотенциалов головного мозга. Благодаря применению ЭВМ стали возможны расчеты электрического поля сердца, основанные на электрических свойствах отдельных клеток, а хорошо разработанные теоретические основы электрокардиографии и ее модификаций (например, вектор электрокардиографии) позволяют при анализе изменений электрической активности сердца выявить механизмы нарушений функции отдельных участков сердечной мышцы и отдельных клеточных структур, распространения возбуждения в возбудимых тканях, к которым относится мышца сердца, а также механизмы возникновения спонтанных очагов возбуждения, приводящего к аритмиям. Все эти исследования используются при создании систем мониторного наблюдения (<<Мониторное наблюдение>>) за состоянием больных, находящихся в условиях интенсивной терапии, и во время хирургических операций. Недостаточно изучена электрическая активность головного мозга в силу исключительной сложности его сигналов, обусловленной суперпозицией большого числа биопотенциалов отдельных клеток. Использование статистических методов обработки сигналов — один из подходов к их анализу. Информация об электрической активности головного мозга расширилась благодаря измерению электрической активности отдельных его участков с помощью набора электродов во время нейрохирургических операций.
Изучением механических свойств биологических тканей и жидкостей, а также различных механических процессов в организме, таких, например, как мышечное сокращение, внешнее дыхание, гемодинамика, занимается <<Биомеханика>>. Исследования в биомеханике осуществляются методами Б. с использованием достижений смежных наук — биохимии, цитологии, физиологии.
Исследование физических процессов в органах чувств проводится на молекулярном и клеточном уровнях. Центральной проблемой в этой области стало изучение физической основы процесса рецепции, т.е. механизма преобразования различных раздражений (звуковых, механических, химических, световых и др.) в электрические сигналы, поступающие в анализаторы головного мозга. Наиболее значительны достижения в изучении физико-химической основы зрительной рецепции. Расшифрован механизм превращений родопсина после поглощения им кванта света. Выявлена связь между превращениями родопсина и активацией систем вторичных мессенджеров (кальция и циклических нуклеотидов) в зрительных рецепторах с последующим формированием в них электрического сигнала. Результаты этих исследований, а также достижения других разделов Б. (квантовой, молекулярной) позволили изучить механизмы развития ряда болезней глаз. В частности, стало известно, что в патогенезе катаракты и дегенерации сетчатки ведущую роль играет активация свободнорадикальных процессов, вызванная нарушением функции защитных систем клеток — ферментов глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы, а также систем связывания ионов железа, антиоксидантов. На основе этих исследований осуществляется поиск новых лекарственных средств для лечения болезней глаз. Результаты изучения физики и физиологии органов слуха и зрения позволили приступить к созданию искусственных органов чувств.
II
Биофизика (Био- + физика)
наука, изучающая физические явления в клетках, тканях, органах и в целом организме, их физические свойства, а также физико-химические основы процессов жизнедеятельности. |
| Идеографический словарь |
^ биологическая наука
v таксисы:
фототаксис. гелиотаксис. хемотаксис. гидротаксис. электротаксис. гальванотаксис.
фотопериодизм.
хемилюминесценция. светлячок.
митогенетические лучи.
радиация. облучение.
биомеханика.
электрофизиология.
биоэлектрический. |
| Орфографический словарь Лопатина |
| биоф`изика, биоф`изика, -и |
| Толковый словарь Ефремовой |
[биофизика]
ж.
1)
а) Научная дисциплина, изучающая физические и физико-химические процессы в живых организмах, влияние на них различных физических факторов.
б) Учебный предмет, содержащий теоретические основы данной научной дисциплины.
в) разг. Учебник, излагающий содержание данного учебного предмета.
2) Строение, деятельность, развитие тех или иных живых организмов и их органов как предмет изучения данной научной дисциплины. |
| Бренан - Словарь научной грамотности |
| Наука, занимающаяся изучением действия физических сил и явлений в процессах, связанных с живыми организмами. Биофизика - одна из многих особых областей физики, среди которых можно назвать также астрофизику, геофизику, физику атмосферы, акустику и многие другие. Все эти отрасли знания изучают и анализируют физические свойства, взаимодействия и процессы, связанные с веществом и энергией. В биофизической науке методы физики применяются для изучения биологических структур и процессов. Сложные молекулы, образующие главные элементы строения живой ткани, - белки и нуклеиновые кислоты, - изучаются в настоящее время с помощью методов, ставших возможными благодаря последним достижениям химии и физики. Новая наука молекулярная биология представляет собой сплав биохимии и биофизики. |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
| БИОФИЗИКА, исследование биологических явлений с точки зрения законов физики и ее методами. К таким методам относятся рентгеновская ДИФРАКЦИЯ и СПЕКТРОСКОПИЯ. С их помощью изучают структуру и функции биологических молекул, электропроводимость нервных волокон, механизм зрения, перенос молекул через мембраны клеток, сокращение мышц (при помощи электронной микроскопии) и преобразование энергии в живых организмах. |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: БИОФИЗИКА
будет выглядеть так: Что такое БИОФИЗИКА
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
