Biofísica - Biophysics

A biofísica é uma ciência interdisciplinar que aplica abordagens e métodos tradicionalmente usados ​​na física para estudar fenômenos biológicos . A biofísica cobre todas as escalas de organização biológica , desde a molecular até a organísmica e de populações . A pesquisa biofísica compartilha uma sobreposição significativa com a bioquímica , biologia molecular , físico-química , fisiologia , nanotecnologia , bioengenharia , biologia computacional , biomecânica , biologia do desenvolvimento e biologia de sistemas .

O termo biofísica foi originalmente introduzido por Karl Pearson em 1892. O termo biofísica também é usado regularmente na academia para indicar o estudo das grandezas físicas (por exemplo , corrente elétrica , temperatura , estresse , entropia ) em sistemas biológicos. Outras ciências biológicas também realizam pesquisas sobre as propriedades biofísicas dos organismos vivos, incluindo biologia molecular , biologia celular , biologia química e bioquímica .

Visão geral

A biofísica molecular normalmente aborda questões biológicas semelhantes às da bioquímica e da biologia molecular , buscando encontrar os fundamentos físicos dos fenômenos biomoleculares. Cientistas neste campo conduzem pesquisas preocupadas em compreender as interações entre os vários sistemas de uma célula, incluindo as interações entre DNA , RNA e biossíntese de proteínas , bem como em como essas interações são reguladas. Uma grande variedade de técnicas é usada para responder a essas perguntas.

Técnicas de imagem fluorescente , bem como microscopia eletrônica , cristalografia de raios-x , espectroscopia NMR , microscopia de força atômica (AFM) e espalhamento de pequeno ângulo (SAS), ambos com raios-X e nêutrons (SAXS / SANS) são frequentemente usados ​​para visualizar estruturas de significado biológico. A dinâmica da proteína pode ser observada por espectroscopia de eco spin de nêutrons . A mudança conformacional na estrutura pode ser medida usando técnicas como interferometria de polarização dupla , dicroísmo circular , SAXS e SANS . A manipulação direta de moléculas usando pinças ópticas ou AFM também pode ser usada para monitorar eventos biológicos onde forças e distâncias estão em nanoescala. Os biofísicos moleculares freqüentemente consideram eventos biológicos complexos como sistemas de entidades que interagem que podem ser entendidos, por exemplo, através da mecânica estatística , termodinâmica e cinética química . Ao extrair conhecimentos e técnicas experimentais de uma ampla variedade de disciplinas, os biofísicos são frequentemente capazes de observar, modelar ou mesmo manipular diretamente as estruturas e interações de moléculas individuais ou complexos de moléculas.

Além dos tópicos biofísicos tradicionais (ou seja, molecular e celular), como biologia estrutural ou cinética enzimática , a biofísica moderna abrange uma gama extraordinariamente ampla de pesquisa, desde bioeletrônica até biologia quântica envolvendo ferramentas experimentais e teóricas. É cada vez mais comum que os biofísicos apliquem os modelos e técnicas experimentais derivados da física , assim como da matemática e da estatística , a sistemas maiores, como tecidos , órgãos , populações e ecossistemas . Os modelos biofísicos são usados ​​extensivamente no estudo da condução elétrica em neurônios individuais , bem como na análise do circuito neural em tecidos e no cérebro inteiro.

A física médica , um ramo da biofísica, é qualquer aplicação da física à medicina ou à saúde , desde a radiologia à microscopia e nanomedicina . Por exemplo, o físico Richard Feynman teorizou sobre o futuro da nanomedicina . Ele escreveu sobre a ideia de um uso médico para máquinas biológicas (veja nanomáquinas ). Feynman e Albert Hibbs sugeriram que certas máquinas de conserto poderiam um dia ter seu tamanho reduzido a ponto de ser possível (como Feynman colocou) " engolir o médico ". A ideia foi discutida no ensaio de Feynman de 1959, Há muito espaço no fundo .

História

Alguns dos primeiros estudos em biofísica foram conduzidos na década de 1840 por um grupo conhecido como a escola de fisiologistas de Berlim. Entre seus membros estavam pioneiros como Hermann von Helmholtz , Ernst Heinrich Weber , Carl FW Ludwig e Johannes Peter Müller . A biofísica pode até ser vista como datando dos estudos de Luigi Galvani .

A popularidade da área cresceu quando o livro What Is Life? por Erwin Schrödinger foi publicado. Desde 1957, os biofísicos se organizaram na Sociedade Biofísica, que agora tem cerca de 9.000 membros em todo o mundo.

Alguns autores, como Robert Rosen, criticam a biofísica com o fundamento de que o método biofísico não leva em consideração a especificidade dos fenômenos biológicos.

Foco como um subcampo

Embora algumas faculdades e universidades tenham departamentos de biofísica dedicados, geralmente em nível de pós-graduação, muitas não têm departamentos de biofísica de nível universitário, em vez de grupos em departamentos relacionados, como bioquímica , biologia celular , química , ciência da computação , engenharia , matemática , medicina , biologia molecular , neurociência , farmacologia , física e fisiologia . Dependendo dos pontos fortes de um departamento de uma universidade, diferentes ênfases serão dadas aos campos da biofísica. O que se segue é uma lista de exemplos de como cada departamento aplica seus esforços para o estudo da biofísica. Esta lista dificilmente é completa. Nem cada assunto de estudo pertence exclusivamente a qualquer departamento particular. Cada instituição acadêmica faz suas próprias regras e há muita sobreposição entre os departamentos.

Muitas técnicas biofísicas são exclusivas deste campo. Os esforços de pesquisa em biofísica são frequentemente iniciados por cientistas que foram biólogos, químicos ou físicos por formação.

Veja também

Referências

Fontes

links externos