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.
- Biologia e biologia molecular - Regulação de genes , dinâmica de proteína única , bioenergética , patch clamping , biomecânica , virofísica .
- Biologia estrutural - estruturas de resolução Ångstrom de proteínas, ácidos nucléicos, lipídios, carboidratos e seus complexos.
- Bioquímica e química - estrutura biomolecular, siRNA, estrutura do ácido nucleico, relações estrutura-atividade.
- Ciência da computação - Redes neurais , bancos de dados biomoleculares e de medicamentos.
- Química computacional - simulação de dinâmica molecular , docking molecular , química quântica
- Bioinformática - alinhamento de sequência , alinhamento estrutural , previsão da estrutura da proteína
- Matemática - teoria dos gráficos / redes, modelagem populacional, sistemas dinâmicos, filogenética .
- Medicina - pesquisa biofísica que enfatiza a medicina. A biofísica médica é um campo intimamente relacionado à fisiologia. Ele explica vários aspectos e sistemas do corpo de uma perspectiva física e matemática. Os exemplos são a dinâmica dos fluidos do fluxo sanguíneo, a física dos gases da respiração, a radiação no diagnóstico / tratamento e muito mais. A biofísica é ensinada como disciplina pré-clínica em muitas escolas médicas , principalmente na Europa.
- Neurociência - estudo de redes neurais experimentalmente (corte do cérebro) e também teoricamente (modelos de computador), permissividade de membrana, terapia gênica, compreensão de tumores.
- Farmacologia e fisiologia - canalômica , interações biomoleculares, membranas celulares, policetídeos .
- Física - negentropia , processos estocásticos e o desenvolvimento de novas técnicas físicas e instrumentação , bem como a sua aplicação.
- Biologia quântica - O campo da biologia quântica aplica a mecânica quântica a objetos e problemas biológicos. Decohered isómeros para produzir substituições de bases dependentes do tempo. Esses estudos implicam em aplicações em computação quântica.
- Agronomia e agricultura
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
- Sociedade Biofísica
- Índice de artigos de biofísica
- Lista de publicações em biologia - Biofísica
- Lista de publicações em física - Biofísica
- Lista de biofísicos
- Esboço da biofísica
- Química Biofísica
- European Biophysical Societies 'Association
- Biofísica médica
- Biofísica de membrana
- Biofísica molecular
- Neurofísica
- Fisiomica
- Virofísica
- Trajetória de partícula única
Referências
Fontes
Recursos de biblioteca sobre biofísica |
- Perutz MF (1962). Proteínas e Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função . Amsterdã: Elsevier. ASIN B000TS8P4G .
- Perutz MF (maio de 1969). "The Croonian Lecture, 1968. A molécula de hemoglobina". Proceedings of the Royal Society of London. Série B, Ciências Biológicas . 173 (1031): 113–40. Bibcode : 1969RSPSB.173..113P . doi : 10.1098 / rspb.1969.0043 . PMID 4389425 . S2CID 22104752 .
- Dogonadze RR, Urushadze ZD (1971). "Método semi-clássico de cálculo de taxas de reações químicas em líquidos polares". J Electroanal Chem . 32 (2): 235–245. doi : 10.1016 / S0022-0728 (71) 80189-4 .
-
Volkenshtein MV, Dogonadze R, Madumarov AK, Urushadze ZD, Kharkats YI (1972). "Theory of Enzyme Catalysis". Molekuliarnaia Biologiia . Moscou. 6 : 431–439.
Em russo, resumo em inglês. Traduções disponíveis em italiano, espanhol, inglês, francês
- Rodney MJ Cotterill (2002). Biofísica: uma introdução . Wiley . ISBN 978-0-471-48538-4.
- Sneppen K, Zocchi G (2005-10-17). Physics in Molecular Biology (1 ed.). Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-84419-2.
- Glaser R (2004-11-23). Biofísica: uma introdução (edição corrigida). Springer. ISBN 978-3-540-67088-9.
- Hobbie RK, Roth BJ (2006). Intermediate Physics for Medicine and Biology (4ª ed.). Springer. ISBN 978-0-387-30942-2.
- Cooper WG (agosto de 2009). "A evidência de processamento quântico da transcriptase implica emaranhamento e decoerência de estados de superposição de prótons". Bio Systems . 97 (2): 73–89. doi : 10.1016 / j.biosystems.2009.04.010 . PMID 19427355 .
- Cooper WG (dezembro de 2009). "Necessidade de coerência quântica para explicar o espectro de mutações dependentes do tempo exibidas pelo bacteriófago T4". Biochemical Genetics . 47 (11–12): 892–910. doi : 10.1007 / s10528-009-9293-8 . PMID 19882244 . S2CID 19325354 .
- Goldfarb D (2010). Biofísica Desmistificada . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-163365-9.
links externos
- Sociedade Biofísica
- Journal of Physiology: edição virtual de 2012 Biophysics and Beyond
- bio-física-wiki
- Arquivo de links de recursos de aprendizagem para alunos: biophysika.de (60% inglês, 40% alemão)