Biofyzika základné pojmy a definície

Transkript

1 Biofyzika základné pojmy a definície

2 Definícia biofyziky Biofyzika je interdisciplinárna vedná disciplína, v ktorej sa využívajú fyzikálne postupy a metódy na štúdium funkcií, štruktúr a energetiky biologických objektov. Biofyzika je veda, v ktorej sa biologické objekty študujú z fyzikálneho hľadiska v snahe o exaktný fyzikálno-chemický popis biologických dejov. Táto interdisciplinárna vedná disciplína v sebe zahŕňa poznatky z matematiky, fyziky, chémie, biológie, informatiky, genetiky, fyziológie, medicíny...

3 Konkurenčné definície biofyziky Biofyzika je to, čo robia biofyzici. Za biofyziku považujeme to, čo sa publikuje v biofyzikálnych časopisoch.

4 Čo je špeciálne na biologických (živých) systémoch? Fundamentálne znaky živého systému : sebareprodukcia, existencia metabolizmu, evolúcia, epigenéza (vlastnosť systému, ktorá umožňuje zvyšovať jeho zložitosť a komplexnosť) Biologické systémy sú výsledkom historického diania. Molekuly života (nukleové kyseliny, proteíny, biologické membrány) majú polymérny charakter. Existencia organických kódov (genetický, histónový, cukorný). Živé systémy sú modulárne a zároveň synergické. Stochastické procesy sú esenciálne pre život. Biologická fyzika je k B fyzika ( k B - Boltzmanova konštanta).

5 Štruktúra biofyziky Molekulová biofyzika Bunková biofyzika Medicínska biofyzika Environmentálna biofyzika Radiačná biofyzika

6 Molekulová biofyzika Štúdium štruktúry a funkcií biomakromolekúl (nukleové kyseliny, proteíny, membránové štruktúry, polysacharidy). - úloha biomolekúl v biologickom organizme - konformačné stavy a konformačné prechody biomakromolekúl (prechod špirála-klbko v DNA, denaturácia proteínov, fázové prechody v biologických membránach) - vzťah medzi konformáciou a funkčnosťou biomakromolekúl - interakcie medzi biomakromolekulami (nukleová kyselina-proteín, proteín-proteín, lipid-proteín, lipid-nukleová kyselina, polysacharidproteín) - interakcie biopolymérov s nízkomolekulovými ligandami

7 Molekulová biofyzika - metodológia Teoretický prístup: - kvantová mechanika a chémia (vnútro- a medzimolekulové interakcie) - termodynamika a štatistická fyzika (konformačné stavy a prechody v biopolyméroch, väzobné konštanty medzimolekulových interakcií, transportné procesy) - biochemická kinetika (enzýmova kinetika, kinetika chemických reakcií, kinetika transportných procesov) - počítačová fyzika (molekulové modelovanie, modelovanie regulačných a riadiacich procesov v biologických systémoch)

8 Molekulová biofyzika - metodológia Experimentálne techniky: - RTG analýza - mikroskopia (fluorescenčná, AFM) - optické metódy (UV-VIS absorpčná spektroskopia, fluorescenčná spektroskopia, infračervená spektroskopia, spektroskopia kruhového dichroizmu) - magnetické rezonančné metódy (EPR, NMR) - laserova spektroskopia (Ramanova spektroskopia) - mikrokalorimetrické metódy (izotermálna titračná kalorimetria, diferenčná skenujúca kalorimetria) - separačné metódy (chromatografia, elektroforéza, ultracentrifugácia) - hmotnostná spektroskopia

9 Bunková biofyzika Štúdium metabolických, regulačných a bioenergetických procesov prebiehajúcich v bunke. - všeobecný popis signálnych ciest v bunke, charakterizácia vnútrobunkových a mimobunkových signálnych molekúl, ako aj ich receptorov - popis regulačných a kontrolných mechanizmov, regulácia procesov bunkového cyklu, kontrola bunkového metabolizmu enzýmami, globálne regulačné programy v bunkách (apoptóza) - fenomenológia bioenergetických procesov, oxidatívna fosforylácia a fotosyntéza

10 Medicínska biofyzika Štúdium fyzikálno-chemickej podstaty fyziologických a patologických procesov a princípov diagnostiky a terapie ochorení. - fyzikálno-chemické vlastnosti tkanív a orgánov - charakterizácia zmyslového vnímania - odhaľovanie mechanizmov a príčin rôznych ochorení - podiel na zefektívňovaní rozličných terapeutických prístupov - využitie širokej škály fyzikálnych zobrazovacích metód pri diagnostike rôznych chorôb

11 Radiačná a environmentálna biofyzika Štúdium mechanizmov pôsobenia vonkajších fyzikálnych faktorov na biologické organizmy. Príklady fyzikálnych faktorov ovplyvňujúcich biologické systémy: - radiačné žiarenie - tlak - teplota - hluk - vlhkosť vzduchu - elektromagnetické žiarenie (ultrafialové, viditeľné, infračervené, mikrovlnné) - kozmické žiarenie

12 Vedecké disciplíny súvisiace s biofyzikou Biochémia Molekulová biológia Bunková biológia Farmakológia a fyziológia Počítačová fyzika a chémia Bioelektronika

13 Dejiny biofyziky Neexistujú nejaké samostatné dejiny biofyziky. Úzky súvis s históriou biochémie, molekulovej biológie, medicíny....

14 Budúcnosť biofyziky Biofyzika vedný odbor 21. storočia? Dôležité nevyriešené problémy: - proteín folding - diferenciácia tkanív - regulačná a riadiace procesy v bunkách a organizmoch - liečba rakoviny a vírusových ochorení - podstata vedomia a inteligencie