1. Биофизика как наука. Предмет, задачи и объект исследования биофизики. Философские проблемы биофизики.

Биофизика — наука о наиболее простых и фундаментальных взаимодействиях, лежащих в основе биологических процессов. Теоретическое построение и модели биофизики основаны на физических понятиях энергии, силы, типов взаимодействия, на общих понятиях физической и формальной кинетики, термодинамики, теории информации. Эти понятия отражают природу основных взаимодействий и законов движения материи, что, как известно, составляет предмет физики — фундаментальной естественной науки. В центре внимания биофизики как биологической науки лежат биологические процессы и явления. Основная тенденция современной биофизики — проникновение в самые глубокие, элементарные уровни, составляющие молекулярную основу структурной организации живого.

Общая Б.: Б. сложных систем ( –> кинетика и термодинамика живых систем), молекулярная Б. (–> строение и функционирование биол.макромолекул (белковые молекулы)).

Частная Б.: отдельные процессы, клеточные процессы, б. мышечных тканей, радиационная б.

Предмет Б. – Живые системы.

Объект Б. – Живые системы в сравнении с неживыми объектами природы.

Задача Б. – сведение биологических постулатов к физическим.

Отличия живых и неживых систем:

1. Высокая упорядоченность живых систем: дискретность и целостность (целое – нечто большее, чем ∑ составных частей); многоуровневая организация (на каждом уровне приобретаются новые свойства).

2. Способность к самовоспроизведению.

3. Способность к развитию в направлении усложнения организации и увеличения упорядоченности.

4. Феномен информации (в ЖС) – обменная величина, получение которой приводит к увеличению порядка у получателя; = обратная величина энтропии, то есть является отрицательной энтропией: I= -S. Условия:

1) источником информации м.б. только упорядоченная система

2) информация существует только при наличии получателя; а получатель – только упорядоченная структура

3) получение информации приводит к увеличению упорядоченности у получателя

5. Феномен целесообразности: любые структуры/процессы имеют свое назначение => функциональная упорядоченность.

Философская проблема: О возможности сведения всех законов к законам физики.

1.Редукционизм. Все законы ЖС можно свести к законам физики.

2. Антиредукционизм, Витализм. Законы ЖС принципиально не сводятся к физическим.

3. Дополнительность. В основе лежат физические законы, но существуют процессы и явления пока не объяснимые с точки зрения физики и химии.

2. История становления биофизики как науки. Методы изучения в биофизике.

История становления биофизики как науки.

Большую роль в развитии биофизики сыграла школа Лёба (1906 г). В работе Лёба были выявлены физико-химические основы явлений партеногенеза и оплодотворения. Конкретную физико-химическую интерпретацию получило явление антагонизма ионов.

Позднее появились классические исследования Шаде о роли ионных и коллоидных процессов в патологии воспаления. Эти исследования завершаются фундаментальным трудом «Физическая химия во внутренней медицине», которые издаётся в России в 1911–1912 гг.

Первая мировая война приостановила развитие биофизики как науки.

Но уже в 1922 году в СССР открывается «Институт биофизики», которым руководит П.П. Лазарев. Здесь он разрабатывает ионную теорию возбуждения, которая в это же время разрабатывается и Нернстом. Было установлено, что в явлениях возбуждения и проведения решающая роль принадлежит именно ионам.

С.И. Вавилов занимается вопросами предельной чувствительности глаза. В.Ю. Чаговец разрабатывает ионную теорию возникновения биопотенциалов, Н.К. Кольцов обосновывает роль поверхностного натяжения, ионов и рН в морфогенезе.

Школа Кольцова сыграла видную роль в развитии биофизики в СССР. Его ученики широко разрабатывали вопросы влияния физико-химических факторов внешней среды на клетки и их структуры. Несколько позже (1934) Родионов С.Р. и Франк Г.М. открыли явление фотореактивации, Завойский (1944) метод электронного парамагнитного резонанса.

Методы биофизических исследований:

Рентгеноструктурный анализ – исследование атомной структуры вещества, с помощью дифракции рентгеновских лучей. По дифракционной картине устанавливают распределение электронной плотности вещества, а уже по ней можно определить, какие атомы содержатся в веществе и как они расположены. Исследование кристаллических структур, жидкостей и белковых молекул.

Колоночная хроматография – различное распределение и анализ смесей между 2 фазами – подвижной и неподвижной. Она может быть связана с различной степенью вещества абсорбции или к различной степени ионного обмена. Может быть газовой, либо жидкостной. Распределение веществ используют в капиллярах - капилярная, либо в трубках, заполненных сорбентом – колончатая. Можно проводить на бумаге, пластинках

Спектральный анализ – качественное и количественное определение вещества по оптическим спектрам. Вещество определяют либо по спектру испускания – эмиссионный спектральный анализ или по спектру поглощения – абсорбционный. Содержание вещества определяется по относительной или абсолютной толщине линий в спектре. Также относят радиоспектроскопию – электронный парамагнитный резонанс и ядерно-магнитный резонанс.

Изотопная индикация

Электронная микроскопия

Ультрафиолетовая микроскопия – исследование в УФ лучах биологических объектов повышает контрастность изображения, особенно внутриклеточных структур и она позволяет исследовать иные клетки без предварительной окраски и фиксации препарата.