Biofizika

Biofizika je interdisciplinarna znanost koja koristi fizikalne metode (i teorije) za proučavanje bioloških sustava. Biofizika proučava sve razine biološke organizacije, od molekulske skale, do cijelih organizama i ekosustava. Najčešća preklapanja sa bofizikalnim istraživanjima događaju se u biokemiji, nanotehnologiji, bioinžinjeringu i agrofizici. Vrlo često se navodi da je biofizika most između fizike i biologije.

Među prve biofizičare svrstavaju se Luigi Galvani i Hermann von Helmholtz. Djelovanje Valea Vouka i Siniše Maričića početkom 1960-ih smatraju se početcima u Hrvatskoj. Centri današnjih istraživanja u biofizici u Hrvatskoj su: Institut Ruđer Bošković, Sveučilište u Zagrebu (Farmaceutsko-biokemijski fakultet u Zagrebu, Prirodoslovno-matematički fakultet u Zagrebu, Medicinski fakultet u Zagrebu) te Sveučilište u Splitu.

Biološka fizika ili biofizika, je fizika žive materije, na svim nivoima: molekularnom, ćelijskom i nadćelijskom, uključujući biosferu u cjelini. Nastala je na kontaktu biologije, fizike, fizičke hemije i matematike. Pošto proučava žive organizme na različitim nivoima organizovanosti, biofizika je pretežno biološka nauka, ali u punoj mjeri koristi univerzalni karakter osnovnih fizičkih zakona i strogost matematičkih rješenja. Cilj biofizike je, dakle, zasnivanje teorijske biologije, korištenjem zakona fizike i metodologije prirodnih nauka.

Specifičnost žive materije se prvo ispoljava na molekularnom nivou organizacije živog svijeta. Savremena etapa razvoja biofizike je u suštini otpočela sa otkrićem prostorne strukture proteina (Linus Pauling), zatim otkrićem poznate “spirale života” James D. Watsona i Francis Cricka, tj. dvostruke spirale DNK. Dosljedna primjena fizičkih metoda i predstava pri izučavanju nadmolekularnih struktura živog svijeta, dovela je i do otkrića jonske prirode bioelektričnih pojava (Alan Hodgkin, Andrew Huxley). Pokazalo se da ključnu ulogu imaju membrane, i u spoju sa membranama, oksidacije sa fosforilovanjem – osnovnom energosprežnom funkcijom mitohondrija, bakterija i drugih bioloških čestica.

Osnovna su tri pravca u biofizičkim istraživanjima : molekularna biofizika, biofizika ćelije i biofizika složenih sistema.

Naučna polja u okviru kojih se izučava biofizika:

  • Biologija i molekularna biologija: regulacija gena, dinamika pojedinačnih proteina, bioenergetika, biomehanika
  • Strukturalna biologija: struktura proteina, nukleinske kiseline, lipidi, ugljikohidrati
  • Biohemija i hemija: biomolekularne strukture, siRNA i druge
  • Računarske nauke: neuronske mreže, biomolekularne i medikamentne baze podataka
  • Računarska hemija: simulacija dinamike molekula, molekularni “docking”, kvantna hemija
  • Bioinformatika: poravnanje sekvenci, poravnanje struktura, predviđanje strukture proteina
  • Matematika: teorija mreža i grafova, modeliranje populacije, dinamički sitemi, filogenetika
  • Medicina i neuronauka: istraživanje mozga, genska terapija, razumijevanje tumora
  • Farmakologija i fiziologija: biomolekularne interakcije, ćelijske membrane, polyketidi
  • Fizika: biomolekularna slobodna energija, stohastički procesi
  • Kvantna biofizika
  • Agronomija
Advertisements