Biofizika nima?

Bu savolga javob berish uchun, avvalambor, uning kimyo va biologiya bilan yaqin aloqasini ta'kidlash lozim. Ba'zi masalalarda ushbu fanlarning chegaralari shu qadar yaqinki, ulardan qaysi biri maxsus va ustuvor ahamiyatga ega ekanligini aniqlash qiyin. Shuning uchun biofizikani tirik tizimlarda sodir bo'ladigan chuqur fizikaviy va kimyoviy jarayonlarni molekulalar, hujayralar, organlar darajasida va umuman Biosfera darajasida o'rganadigan murakkab fan sifatida ko'rib chiqish maqsadga muvofiqdir.
Boshqa fizikalar singari, biofizika ham o'ziga xos o'rganish ob'ekti, maqsad va vazifalari hamda munosib va ​​muhim natijalariga ega bo'lgan fandir. Bundan tashqari, ushbu intizom bir nechta yangi yo'nalishlar bilan chambarchas bog'liqdir.
Biofizika nima?
Tadqiqot ob'ektlari
Biofizika uchun ular turli tashkiliy darajadagi biosistemalardir.
Mikroorganizmlar (bakteriyalar, viruslar, bir hujayrali zamburug'lar va suv o'tlari).
Eng oddiy hayvonlar.
Alohida hujayralar va ularning tuzilish qismlari (organoidlar).
O'simliklar.
Hayvonlar (shu jumladan odamlar).
Ekologik jamoalar.
Ya'ni, biofizika tirik mavjudotlarni unda sodir bo'ladigan jismoniy jarayonlar nuqtai nazaridan o'rganadi.
Dastlab biofiziklarning vazifalari tirik mavjudotlar hayotida fizik jarayonlar va hodisalarning mavjudligini isbotlash va ularning mohiyati va mohiyatini bilib o'rganish edi.
Ushbu fanning zamonaviy vazifalarini quyidagicha shakllantirish mumkin:
Genlarning tuzilishini va ularni ko'chirish va saqlash, o'zgartirish (mutatsiya) bilan birga keladigan mexanizmlarni o'rganish.
Hujayra biologiyasining ko'plab jihatlarini ko'rib chiqing (hujayralarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri, xromosoma va genetik ta'sir va boshqa jarayonlar).
Molekulyar biologiya bilan birgalikda o'rganish uchun polimer molekulalari (oqsillar, nuklein kislotalar, polisakkaridlar).
Fanning vazifalari
Kosmogeofizik omillarning tirik organizmlardagi barcha fizikaviy va kimyoviy jarayonlar jarayoniga ta'sirini ochib berish.
Fotobiologiya mexanizmlarini (fotosintez, fotoperiodizm va boshqalar) chuqurroq ochib berish.
Matematik modellashtirish usullarini joriy etish va rivojlantirish.
Nanotexnologiya natijalarini tirik tizimlarni o'rganish uchun qo'llang.
Ushbu ro'yxatdan ko'rinib turibdiki, biofizika zamonaviy jamiyatning ko'plab muhim va jiddiy muammolarini o'rganadi va ushbu fan faoliyati natijalari inson va uning hayoti uchun muhimdir.
Amaliy biofizika. Bir necha fanlardan iborat: bioinformatika, biometriya, biomexanika, evolyutsion jarayonlar va ontogenez, patologik (tibbiy) biofizika. Amaliy biofizikani o'rganish ob'ekti - bu mushaklarning skeletlari topildi tizimi, harakatlanish usullari, odamlarni jismoniy xususiyatlari bilan tanib olish usullari. Tibbiy biofizika alohida e'tiborga loyiqdir. Unda organizmlardagi patologik jarayonlar, molekulalar yoki tuzilmalarning zararlangan joylarini tiklash usullari yoki ularning kompensatsiyasi ko'rib chiqiladi.Biotexnologiya uchun material beradi. Kasalliklarning rivojlanishiga yo'l qo'ymaslik, ayniqsa genetik xususiyatga ega bo'lish, ularni yo'q qilish va ta'sir mexanizmlarini tushuntirishda bu katta ahamiyatga ega.
Habitat biofizikasi - mavjudotlarning mahalliy yashash joylarining jismoniy ta'sirini va kosmosning yaqin va uzoq ob'ektlarining ta'sirini o'rganadi. Shuningdek, bioritmlar, ob-havo sharoiti va biofildlarning mavjudotlarga ta'siri. Atrof muhit sharoitining salbiy ta'sirini oldini olish bo'yicha chora-tadbirlar usullarini ishlab chiqadi.
Bu fanlarning barchasi tirik tizimlarning hayot mexanizmlari, biosferaning ta'siri va ularga turli xil sharoitlarni anglashni rivojlantirishga ulkan hissa qo'shadi.
Biyofizikaning yutuqlari bilan bog'liq bir nechta eng muhim voqealar mavjud:
organizmlarni klonlash mexanizmlari aniqlandi;
transformatsiyalarning xususiyatlari va azot oksidining tirik tizimdagi o'rni o'rganildi;
kichik va messenjer RNKlari o'rtasidagi munosabatlar o'rnatildi, bu kelajakda ko'plab tibbiy muammolarga echim topishga imkon beradi (kasalliklarni yo'q qilish);
avto to'lqinlarning fizik tabiati kashf qilindi;
molekulyar biofiziklar ishi tufayli DNK sintezi va replikatsiyasi aspektlari o'rganildi, bu esa jiddiy va murakkab kasalliklar uchun bir qator yangi dori vositalarini yaratish imkoniyatini yaratdi;
fotosintez jarayoniga hamroh bo'ladigan barcha reaktsiyalarning kompyuter modellari yaratilgan;
Zamonaviy yutuqlar
tanani ultratovush tekshirish usullari ishlab chiqilgan;
kosmogeofizik va biokimyoviy jarayonlar o'rtasida aloqa o'rnatildi;
sayyoradagi iqlim o'zgarishi bashorat qilinadi;
tromboz kasalliklarining oldini olishda urokenaza fermentining ahamiyatini aniqlash va qon tomirlaridan keyin oqibatlarini bartaraf etish;
shuningdek, oqsil, qon aylanish tizimi va tananing boshqa qismlari tuzilishi bo'yicha bir qator kashfiyotlar qildi.
Rossiyadagi Biofizika instituti
Mamlakatimizda Moskva davlat universiteti mavjud. M.V.Lomonosov. Biofizika fakulteti ushbu ta'lim muassasasi asosida ishlaydi. Aynan u ushbu sohada ishlash uchun malakali mutaxassislarni tayyorlaydi.
Kelajakdagi mutaxassislarga sifatli start berish juda muhimdir. Ularni qiyin ish kutmoqda. Biyofizik tirik mavjudotlarda sodir bo'ladigan jarayonlarning barcha murakkabliklarini tushunishga majburdir. Bundan tashqari, talabalar fizikani tushunishlari shart. Axir bu murakkab fan - biofizika. Ma'ruzalar biofizika bilan bog'liq bo'lgan barcha fanlarni qamrab oladigan va biologik va fizik tabiat masalalarini ko'rib chiqadigan tarzda tuzilgan
Biofotonika: u tirik mavjudotlarning fotonlar bilan o'zaro ta'siriga qaratilgan.
- Radiobiologiya: nurlanishning biologik ta'sirini (ionlashtiruvchi va ionlashtirmaydigan) va uning dalada va laboratoriyada qo'llanilishini o'rganadi.
- Oqsillar dinamikasi: oqsillarning molekulyar harakatlarini o'rganadi va ularning tuzilishini, funktsiyasini va katlanishini ko'rib chiqadi.
- Molekulyar aloqa: molekulalar o'rtasida ma'lumotlarning paydo bo'lishi, uzatilishi va qabul qilinishini o'rganishga qaratilgan.
Biofizikaning ilmiy-tadqiqot usullari Albatta har bir fanning rivojlanishi, u foydalanadigan uslublarga bevosita bog’liqdir. Biofizika yosh fanlardan bo’lib, akademik Frank so’zi bo’yicha u “barcha biologiya fanlarining nazariy poydevori” dir. Tabiiy fanlarning jadal sur’atlar bilan rivojlanishi, bilimlarning yangi sohalarining kelib chiqishi zamonamizning xarakterli xususiyatidir. Fizika va texnika fanlarining taraqqiyoti boshqa fanlar qatori biologiyaga ham katta ta’sir ko’rsatmoqda. Fizikaviy uslublar va tahlillarni barcha tabiiy fanlarda, shu jumladan biologiyada ham keng miqyosda qo’llanishi natijasida biologik tizimlarda kechadigan fizikaviy va fizik-kimyoviy jarayonlarni va fizik omillarning ularga ta’sirini o’rganuvchi biofizika fani rivojlandi va u hozirgi vaqtda fundamental biologik fanlarning biri bo’lib hisoblanadi. [Vladimirov Yu.A. 1990]
Biofizika fani bu biologik tizimlarda kechadigan va ular faoliyati asosida yotuvchi fizikaviy hamda fizik-kimyoviy jarayonlarni tadqiq etuvchi fandir. Biofizika materiyaning harakati va o’zaro aloqadorligi xususiyatlarini o’zida mujassamlashtirgan energiyaning xossalari, kuchlar va ular o’rtasidagi munosabatlar, kinetika, termodinamika hamda axborot qabul qilinishi va qayta ishlanishi nazariyalari haqidagi umumiy va xususiy qonuniyatlarni biologik tizimlarda fizika qonunlari asosida tadqiq etadi. Bunda biofizika tiriklikning eng murakkab, molekulyar darajada tuzilishi doirasida ham ish olib boradi. Murakkab biologik tizimlar, ularning dinamik holati, biologik tuzilmalardagi makromolekulalar konformatsiya tuzilishi va xossalari, tizimdagi jarayonlarning tartibga tushirilganlik holatlari kabi keng qamrovli bilimlar majmuasini tahlil qilish 7 jarayonida biofizika ko’pgina aniq fanlar tadqiqot usullaridan foydalaniladi.
XX asrga kelib biofizikaning rivojlanishida fizika, kimyo, matematika fanlari erishgan yutuqlar asosida izotop atomlar yordamida tahlil, spektral va radiospektroskop tahlillar kabi uslublar yaratildi. Biofizika kimyoviy kinetika, energiya transformatsiyasi asosida termodinamikaning birinchi qonuni, biologik tizimlar dinamikasini o’rganish asosida termodinamikaning ikkinchi qonuni kabi umumbiologik tushunchalarni tahlil qilishi bilan bir qatorda tirik tizimlarning molekulyar darajadagi struktura tuzilishlari va ushbu tuzilish darajalarida boradigan jarayonlarni umumbiologik qonuniyatlar bilan uyg’unligi kabi murakkab holatlarni ham o’rganadi.[ Basharina O.V 1997 ] Murakkab biologik tizimlar xususiyatlarini o’rganishda matematik modellash usullari qo’llaniladi. 
Biofizika umumiy holda biologik tizimlarda amalga oshuvchi jarayonlarni tartibga tushirish va boshqarish, biopolimerlarning fermentativ katalizi, biologik membranalar orqali moddalar tashilishi, qisqaruvchi tizimlar va quyosh energiyasining tirik tizimlarda bog’lanishi kabi jarayonlarini biologiya sohasi doirasida fizika qonunlari asosida tushuntirib beradi. Murakkab biologik tizimlar kinetikasida matematik modellash va differentsial tenglamalar asosida hujayralar o’sish dinamikasi yoki ekologik tizimlarda populyatsiya soni o’zgarishlarining dinamikasini o’rganish biofizika fanining muhim yo’nalishlaridan biri hisoblanadi. Murakkab biologik tizimlarda differentsial tenglamalar yordamida asosan sifat tahlili tizimdagi barqaror holatlar mavjudligi va ularning soni, barqarorlik xususiyatining vaqt davomida ushlab turilishi, tizimda bir me’yoriy holatdan ikkinchisiga o’tish imkoniyatlari, shuningdek avtotebranishli jarayonlar kabi holatlar ustida olib boriladi
Shuningdek ushbu tizimda vaqt ierarxiyasi o’zgarishlari, biologik tizimda o’z-o’zini tashkil etishda (samoorganizatsiya) parametrlar o’zgarishlari, tizimda bifurkatsiya nuqtasi orqali bog’lanishlar xususiyatlari murakkab matematik usullar yordamida ko’rib chiqiladi. Biologik tizimlar faoliyatidagi turli xil o’zgarishlar tizimdagi makromolekulalar majmuasidagi konformatsiya o’zgarishlari bilan bog’liq hisoblanadi. Bunda harorat, muhitning rN-ko’rsatkichi qiymati, moddalar 8 kontsentratsiyasining o’zgarishlari kabi omillar ta’sirida tizimda barqaror me’yoriy holatdan bifurkatsiya nuqtasi orqali amalga oshuvchi o’zgarishlarni keltirib chiqaradi.
Biofizika fanining termodinamika bo’limida qaytmas jarayonlarda entropiya tushunchasining mavjudligini hisobga olgan holda tizimda barqaror holatni yuzaga keltirish masalalari ko’rib chiqiladi.[ Bochev A. A 1990 ] Molekulyar biofizika makromolekulalarning elektron-konformatsiya tuzilishi asosida faoliyat mexanizmlarini tadqiq etadi. 
Bunda shunga ham e’tibor berish lozimki, o’rganilayotgan jarayon qismi umumiy jarayonning xususiyatlarini to’liq aks ettira olishi kerak va shu bilan birga tadqiqotda qo’llanilayotgan matematik modelning to’g’ri tanlanishiga ham bog’liq.[ Volkenshteyn M.V. 1995] 9 Bunda tirik tizimlarning ierarxik xarakterga ega ekanligi, ya’ni ularda boruvchi jarayonlar o’zaro bog’liq, ammo alohida amalga oshuvchi jarayonlar yig’indisidan iborat ekanligini hisobga olish muhim ahamiyatga ega. Shu asosda biologik tizimlarni dinamik jihatdan o’rganish modellari ancha samarali hisoblanib, natijada ushbu jarayonlarni ijobiy yo’nalishda boshqarish imkoni tug’iladi.
Biofizikaviy tadqiqotlarning predmeti bo’lib biopolimerlarning strukturasi va xossalari, tabiiy va sun’iy membranalar, ion kanallari, murakkab tuzilgan biologik tizimlar hisoblanadi. Biofizika o’z ichiga alohida olingan makromolekulalarning tuzilishi va xossalarini o’rganishdan tortib, biosfera darajasida kechadigan murakkab jarayonlarning mexanizmi va ichki dinamikasigacha bo’lgan muammolarni qamrab oladi. Biologiyadagi ko’p muammolarni tushunishda tabiatdagi qonuniyatlarning o’zaro bog’liqligini bilish, tirik organizmlarga va tizimlarga fizikaviy qonunlarning tatbiq etilishi yordam beradi.