BIOFIZIK: SEJARAH, KAJIANNYA, APLIKASI, KONSEP, KAEDAH - BIOLOGI - 2025

The Biofizik ialah kajian undang-undang fizikal yang beroperasi dalam organisma hidup. Ini adalah sains interdisipliner yang menerapkan pendekatan dan kaedah fizik untuk mengkaji fenomena biologi.

Biologi fizikal yang juga diketahui, bermula dari idea bahawa semua fenomena yang diamati di alam mempunyai penjelasan saintifik yang dapat diramalkan dan bahawa semua sistem hidup terdiri daripada proses berdasarkan undang-undang fizikal.

Heliks berganda rantai DNA. Salah satu penemuan utama dalam biofizik. Sumber: Joseluissc3

Perbincangan di mana biofizik dianggap sebagai cabang fizik, biologi atau kedua-duanya adalah perkara biasa. Dalam kes ini, penting untuk diperhatikan bahawa kecenderungan menganggapnya sebagai cabang biologi.

Ini kerana pertukaran pengetahuan biasanya dihasilkan dari fizik ke biologi, yang telah diperkaya oleh kemajuan dan konsep fizikal. Tetapi sumbangan yang sama tidak dapat ditegaskan dengan cara yang terbalik, iaitu, dari sudut fizik tulen tidak dapat dikatakan bahawa biofizik menawarkan pengetahuan baru.

Biofizik memberikan bukti eksperimen kepada fizik dan dengan demikian memungkinkan untuk mengesahkan teori, tetapi pertukaran antara fizik dan biologi jelas tidak sehala.

Ahli biofisik dilatih dalam sains kuantitatif fizik, matematik, dan kimia untuk mengkaji segala yang berkaitan dengan fungsi, struktur, dinamika, dan interaksi sistem biologi. Sistem ini merangkumi molekul, sel, organisma, dan ekosistem yang kompleks.

Sejarah

Asal-usul biofizik berasal dari abad ketujuh belas ketika sains semula jadi belum dibahagikan sebagai disiplin ilmu yang terpisah dan pada ketika penyelidikan pertama mengenai bioluminescence berada.

Kajian pertama yang dikesan adalah yang dilakukan oleh Jesuit Jerman, Athanasius Kircher (1602-1680), yang menerbitkan karyanya Ars Magna Lucis et Umbrae dan mendedikasikan dua bab untuk cahaya haiwan.

Hubungan antara elektrik dan biologi menjadi subjek spekulasi tidak hanya pada abad ketujuh belas, tetapi pada dua abad berikutnya. Selama pendekatannya, daya tarik manusia untuk haiwan dan elektrik semula jadi, seperti kunang-kunang atau kilat semula jadi, menjadi jelas.

Dalam penyelidikan ini, di Itali, dan pada pertengahan abad ke-18, eksperimen Giovanni Beccaria mengenai rangsangan elektrik otot dikesan, yang menghasilkan pengetahuan di kawasan ini.

Pada tahun 1786, Luigi Galvani memulakan kontroversi mengenai potensi elektrik pada haiwan. Lawannya tidak lain adalah Alessandro Volta yang, dengan mengembangkan bateri elektrik, agak membendung minat saintifik terhadap potensi elektrik pada makhluk hidup.

Abad XIX

Salah satu sumbangan utama pada abad ke-19 adalah sumbangan profesor fisiologi Du Bois-Reymond di Berlin, yang membina galvanometer dan melakukan kajian mengenai arus otot dan potensi elektrik saraf. Objek kajian ini menjadi salah satu titik awal biofizik.

Yang lain adalah kekuatan yang bertanggungjawab untuk aliran pasif jirim dalam organisma hidup, khususnya kecerunan difusi dan tekanan osmotik. Sejajar dengan itu, sumbangan Abbé JA Nollet dan Adolf Fick menonjol.

Yang terakhir adalah orang yang menerbitkan teks biofizik pertama Die medizinische Physik atau Fizik Perubatan dalam bahasa Sepanyol. Dalam karya Fick, tidak ada eksperimen yang dilakukan, melainkan analogi dengan hukum aliran panas yang dibangkitkan, yang memungkinkan untuk mengucapkan undang-undang yang mengatur penyebaran. Percubaan makmal kemudian menunjukkan bahawa analogi itu tepat.

Abad kedua puluh

Abad kedua puluh ditandai dengan dimulakan dengan penguasaan ilmuwan Jerman tertentu, yang bertumpu pada kajian mengenai kesan radiasi.

Satu kejayaan penting dalam tempoh ini ialah penerbitan buku ¿Qué es la vida? , oleh Erwin Schrödinger pada tahun 1944. Dalam hal ini, dicadangkan adanya molekul pada makhluk hidup yang mengandungi maklumat genetik dalam ikatan kovalen.

Buku ini dan idea itu memberi inspirasi kepada saintis lain dan memimpin mereka menemui struktur heliks berganda DNA pada tahun 1953. James Watson, Rosalind Franklin, dan Francis Crick yang membuat penemuan itu.

Pada separuh kedua abad ke-20 terdapat kematangan biofizik yang jelas. Pada masa itu program universiti sudah dipersembahkan dan popular di negara lain di luar Jerman. Di samping itu, penyiasatan ini mendapat rentak yang semakin banyak.

Apa yang sedang dikaji (objek kajian)

Biomekanik adalah salah satu cabang biofizik. Sumber: Mutuauniversal

Bidang kajian biofizik merangkumi semua skala organisasi biologi, dari molekul hingga organik dan sistem lain yang lebih kompleks. Bergantung pada fokus perhatian, biofizik dapat dibahagikan kepada cabang berikut:

- Biomekanik: mengkaji struktur mekanikal yang ada pada makhluk hidup dan yang memungkinkan pergerakannya.

- Bioelektrik: mengkaji proses elektromagnetik dan elektrokimia yang berlaku pada organisma atau yang menghasilkan kesan ke atasnya.

- Bioenergetik: objek kajiannya adalah transformasi tenaga yang berlaku dalam biosystem.

- Bioakustik: sains yang menyelidiki pengeluaran gelombang suara, penyebarannya dengan beberapa cara dan penangkapan oleh haiwan lain atau sistem hidup.

- Biophotonics: memberi tumpuan kepada interaksi makhluk hidup dengan foton.

- Radiobiologi : mengkaji kesan biologi radiasi (mengion dan tidak mengion) dan aplikasinya di lapangan dan makmal.

- Dinamika protein: mengkaji pergerakan molekul protein dan mempertimbangkan struktur, fungsi dan lipatannya.

- Komunikasi molekul : memberi tumpuan kepada mengkaji penjanaan, penghantaran dan penerimaan maklumat antara molekul.

Permohonan

Topik yang diselidiki oleh biofizik mungkin tumpang tindih dengan topik biokimia, biologi molekul, fisiologi, nanoteknologi, bioengineering, biologi sistem, biologi komputasi atau kimia-fizik, antara lain. Walau bagaimanapun, kami akan cuba membatasi aplikasi utama biofizik.

Dengan penemuan DNA dan strukturnya, biofizik telah menyumbang kepada penciptaan vaksin, pengembangan teknik pencitraan yang memungkinkan untuk mendiagnosis penyakit dan penjanaan kaedah farmakologi baru untuk merawat patologi tertentu.

Dengan pemahaman tentang biomekanik, cabang biologi ini memungkinkan untuk merancang prostesis yang lebih baik dan nanomaterial yang lebih baik dengan mana ubat dapat disampaikan.

Hari ini, biofizik mula memberi tumpuan kepada isu-isu yang berkaitan dengan perubahan iklim dan faktor persekitaran yang lain. Sebagai contoh, kerja sedang dilakukan untuk pengembangan biofuel melalui mikroorganisma hidup untuk menggantikan petrol.

Komuniti mikroba juga disiasat dan bahan pencemar di atmosfera dikesan dengan pengetahuan yang diperoleh.

Konsep utama

- Sistem : ini adalah gabungan elemen yang disusun antara had nyata atau khayalan, yang saling berkaitan dan berinteraksi antara satu sama lain.

- Protein : molekul besar yang terdapat di semua sel hidup. Mereka terdiri daripada satu atau lebih rantai panjang asam amino yang berperilaku seperti mesin yang menjalankan pelbagai fungsi, seperti struktur (sitoskeleton), mekanikal (otot), biokimia (enzim) dan isyarat sel (hormon).

- Biomembran : sistem cecair yang memenuhi banyak fungsi biologi di mana mereka mesti menyesuaikan komposisi dan kepelbagaian mereka. Mereka adalah sebahagian daripada sel-sel semua makhluk hidup dan ia adalah tempat di mana banyak molekul kecil disimpan dan berfungsi sebagai penambat protein.

- Pengaliran : ini adalah aliran panas melalui media pepejal kerana getaran molekul dalaman, serta elektron bebas dan perlanggaran di antara mereka.

- Konveksi : merujuk kepada aliran tenaga melalui arus bendalir (cecair atau gas), ia adalah pergerakan isi padu cecair atau gas.

- Sinaran : pemindahan haba melalui gelombang elektromagnetik.

- Asid Deoxyribonucleic (DNA) : nama kimia molekul yang mengandungi maklumat genetik pada semua makhluk hidup. Fungsi utama mereka adalah untuk menyimpan maklumat jangka panjang untuk membangun dengan komponen sel yang lain, mereka juga mempunyai petunjuk yang digunakan untuk pengembangan dan operasi semua organisma hidup.

- Dorongan saraf : ini adalah dorongan elektrokimia yang berasal dari sistem saraf pusat atau organ indera sekiranya terdapat rangsangan. Gelombang elektrik ini yang mengalir melalui seluruh neuron selalu dihantar secara unidirectional, masuk melalui dendrit sel dan keluar melalui axon.

- Pengecutan otot: proses fisiologi di mana otot mengetatkan, menyebabkannya memendek, kekal atau meregang kerana gelongsor struktur yang menyusunnya. Kitaran ini dihubungkan dengan struktur serat otot dan penghantaran potensi elektrik melalui saraf.

Kaedah

Ahli biofizik AV Hill berpendapat bahawa sikap mental akan menjadi alat utama ahli biofisik. Dengan ini sebagai asas, dia berpendapat bahawa ahli biofisik adalah individu yang dapat menyatakan masalah dari segi fizikal, dan yang tidak dibezakan oleh teknik tertentu yang digunakan tetapi dengan cara mereka merumuskan dan menyerang masalah.

Ditambah dengan ini adalah keupayaan untuk menggunakan teori fizikal yang kompleks dan alat fizikal lain untuk mengkaji objek semula jadi. Di samping itu, mereka tidak bergantung pada instrumen yang dibina secara komersial, kerana mereka biasanya mempunyai pengalaman memasang peralatan khas untuk menyelesaikan masalah biologi.

Automasi analisis kimia dan proses diagnostik lain menggunakan komputer adalah aspek yang perlu dipertimbangkan dalam kaedah biofizik semasa.

Sebagai tambahan, ahli biofisik mengembangkan dan menggunakan kaedah pemodelan komputer, dengan mana mereka dapat memanipulasi dan mengamati bentuk dan struktur molekul kompleks, serta virus dan protein.

Rujukan

1. Solomon, A. (2018, 30 Mac). Biofizik. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan di britannica.com
2. Biofizik. (2019, 18 September) Wikipedia, Ensiklopedia. Dipulihkan dari wikipedia.org
3. Penyumbang Wikipedia. (2019, 23 September) Biofizik. Di Wikipedia, Ensiklopedia Percuma. Dipulihkan dari wikipedia.org
4. Apa itu biofizik? Ketahui cabang kajiannya dan sejarahnya. (2018, 30 November). Dipulihkan dari branchdelabiologia.net
5. Persatuan Byofizik. (2019) Apa itu Biofizik. Dipulihkan dari biophysics.org
6. Nahle, Nasif. (2007) Artikel Didaktik: Biofizik. Organisasi Kabinet Biologi. Dipulihkan dari biocab.org