რა არის ბიოფიზიკა

ბიოფიზიკა არის ხიდი ბიოლოგიასა და ფიზიკას შორის.

ბიოლოგია შეისწავლის სიცოცხლეს მთელი მისი მრავალფეროვნებითა და სირთულით. ის აღწერს ცოცხალ ორგანიზმებს, თუ როგორ მოიპოვებენ ისინი საკვებს, კომუნიკაციას მათ შორის, გარემოდან ინფორმაციის აღქმას და რეპროდუქციას. მეორეს მხრივ ფიზიკა ეძებს ბუნების მათემატიკურ კანონებს და ქმნის დეტალურ ვარაუდებს ძალებზე, რომლებიც ამოძრავებენ იდეალიზებულ სისტემებს. კომპლექსური სიცოცხლისა და ფიზიკური კანონების სიმარტივეს შორის არსებული დისტანციის წვდომა წარმოადგენს ბიოფიზიკის გამოწვევას. მოდელების ძიება და მათი ანალიზი მათემატიკითა და ფიზიკით არის მძლავრი საშუალება სიცოცხლის სრული გაგებისათვის. viralshells

ბიოფიზიკოსები ეძებენ პრინციპებს, რომლებიც აღწერს მოდელებს. თუ პრინციპები სწორია, მაშინ ის იძლევა წინასწარმეტყველების საშუალებას, რომელიც შემდგომ შეიძლება შემოწმდეს.

რას იკვლევენ ბიოფიზიკოსები?

ბიოფიზიკოსები სწავლობენ სიცოცხლეს ყველა დონეზე, დაწყებული ატომებიდან და მოლეკულებიდან, უჯრედებით, ორგანიზმებითა და გარემოცვით დამთავრებული. ინოვაციები მოდის ფიზიკისა და ბიოლოგიის ლაბორატორიებიდან. ბიოფიზიკოსები აფართოებენ კვლევების არეალს, იგონებენ ახალ ხელსაწყოებს. სამუშაოებს ყოველთვის აქვს მიზანი და ის გულისხმობს მოიძებნოს თუ როგორ მუშაობს ბიოლოგიური სისტემები. ბიოფიზიკოსები სვამენ კითხვებს, როგორებიცაა:

როგორ ფუნქციონირებს ცილა? მიუხედავად იმისა, რომ ისინი მილიონჯერ უფრო მცირე ზომისანი არიან, ვიდრე ჩვეულებრივი მანქანები, რომელთანაც ყოველდღე გვიწევს შეხება, მოლეკულური მექანიზმებიც მუშაობენ იგივე პრინციპებით. ისინი მუშაობის შესრულებისათვის იყენებენ ენერგიას. კინაზა (ფერმენტი), ნაჩვენები ანიმაციურ სურათზე, ტრანსპორტირებს ტვირთს ბილიკის გასწვრივ. ბიოფიზიკა გვიჩვენებს, თუ როგორაა ყოველი ეს ნაბიჯი მექანიზირებული (ძალით უზრუნველყოფილი).tumblr_nc5tlfK9NY1s1vn29o1_400

როგორ ახდენენ კომუნიკაციას ნერვული უჯრედების სისტემები? ბიოფიზიკოსებმა შეიმუშავეს ცილის შეღებვის საშუალებები.  თითოეული უჯრედი ღებულობს განსხვავებულ ფერს იმისდა მიხედვით, თუ რომელი ცილა-მარკერი დაიკავშირა მან. ეს მეთოდი იძლევა საშალებას გავყვეთ კონკრეტული ცილის მოძრაობის გზებს.

როგორ ფუთავს ცილა დნმ-ს ვირუსში? როგორ იჭრება ვირუსი უჯრედში? როგორ იყენებს მცენარე მზის სინათლეს საკვების დამზადებაში?

ბიოფიზიკოსები სწავლობენ სიცოცხლეს მის ყოველ დონეზე, დაწყებული ატომებიდან და მოლეკულებიდან, უჯრედებით, ორგანიზმებითა და გარემოცვით დამთავრებული.

რატომაა მნიშვნელოვანი ბიოფიზიკის განვითარება სიცოცხლის შემსწავლელი მეცნიერებების მიმართულებაში?

ბიოფიზიკა იკვლევს თუ როგორ მუშაობს ატომების მოწესრიგებულობა დნმ-სა და ცილაში. ცილის მოლეკულები ახორციელებს სხეულის ქიმიურ რეაქციებს. ისინი კუმშავენ და ჭიმავენ კუნთებს, რითაც შეიძლება კიდურების ამოძრავება. ცილები შეადგენს თვალის, ყურის, ცხვირისა და კანის იმ მთავარ კომპონენტებს, რომლითაც ჩვენ გარემოს აღვიქვამთ. ისინი გარდაქმნიან საკვებს ენერგიაში და სინათლეს მხედველობაში. ისინი უწევენ იმუნურ წინააღმდეგობას დაავადებებს. ცილები აღადგენენ უჯრედში დარღვეულ სტრუქტურებს და არეგულირებენ ზრდას. ისინი აგზვნიან ელექტრულ სიგნალებს ტვინში. კითხულობენ დნმ-ს პროგრამებს თქვენს სხეულში და აკოპირებენ მას მომავალი თაობისათვის.

ბიოფიზიკოსები იკვლევენ თუ როგორ ფუნქციონირებს ცილები. ეს საიდუმლოებები ამოხსნილ იქნა ეტაპობრივად. რომ შეისწავლო როგორ მუშაობს მანქანა, პირვლ რიგში საჭიროა იცოდეთ, როგორ არიან მისი ნაწილები ერთმანეთთან შესაბამისობაში. ეხლა, ბიოფიზიკოსების წყალობით, ჩვენ ზედმიწევნით ვიცით სად არის ათასობით ატომი ლოკალიზებული 50 000-ზე მეტ განსხვავებულ ცილაში. ყოველწლიურად მილიონზე მეტი მეცნიერი და სტუდენტი მთელი მსოფლიოდან, ფიზიკოსებით დაწყებული მედიკებით დამთავრებული, იყენებენ ამ ცილის სტრუქტურებს ბიოლოგიური სხეულების მუშაობის შესწავლისთვის ჯანმრთელ მდგომარეობასა და აგრეთვე პათოლოგიურში.

ცილებში ცვლილებების გამო წამლები ადამიანებზე განსხვავებულად მოქმედებენ. ამ განსხვავებულობის გაგება გვიქმნის ახალ შესაძლებლობებს წამლების დამზადებაში, დიაგნოსტიკასა და დაავადებათა კონტროლში. მალე წამლებს დაამზადებენ ინდივიდუალურად თითოეული პაციენტისთვის გვერდითი ეფექტების გათვალისწინებით.

ბიოფიზიკამ გამოაშკარავა დნმ-ის სტრუქტურა

Francis-Crick-_2239100b1940 წლის ექსპერიმენტებში ნაჩვენები იქნა, რომ გენები შედგენილნი არიან მარტივი ქიმიური ნივთიერებით – დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავებით. თუ როგორ შეუძლია ასეთ მარტივ ქიმიურ ნაერთს ყოფილიყო მემკვიდრეობის მოლეკულა რჩებოდა საიდუმლოდ მანამ, სანამ ბიოფიზიკოსებმა არ აღმოაჩინეს დნმ-ის ორჯაჭვიანი სპირალი 1953 წელს (ჯ. უოტსონი და ფ. კრიკი).

Rosalind_Franklin

როზალინდ ფრანკლინი, რომელმაც რენტგენული კრისტალოგრაფიით აღმოაჩინა დნმ სტრუქტურა

დნმ-ის აღმოჩენამ საკვანძო როლი ითამაშა. მან აჩვენა, თუ რანაირად შეიძლება უბრალო ვარიაბელობამ ერთეულ ნუკლეოტიდზეც კი წარმოშვას უნიკალური ინდივიდუალობა და შემდეგ ჩამოყალიბდეს როგორც ახალი სახეობა.

ბიოფიზიკამ აჩვენა დნმ-ის ფუნქციონირება, როგორც სიცოცხლის წიგნი. უჯრედების შიგნით გენები არის გახსნილი, დახურული, იკითხება, ითარგმნება და კოპირდება წიგნის მსგავსად. თარგმნა მიმდინარეობს დნმ-დან სიცოცხლის მოლეკულური აპარატისკენ – ცილით.

2000-იან წლებში ბიოფიზიკური მეთოდებით მოხდა ადამიანის მთელი გენის გაშიფვრა. თითქმის 200-მდე სხვადასხვა სახეობის ორგანიზმის ყველა გენის და 100 000-ზე მეტი გენი სხვა სახეობებიდან იქნა დეტერმინირებული (განსაზღვრული). ბიოფიზიკოსები აანალიზებენ ამ გენებს, რათა შეისწავლონ თუ როგორ არიან ორგანიზმები დაკავშრებული ერთმანეთთან ნათესაურად და როგორ შორდებიან და განსხვავდებიან ცალკეული ინდივიდები ერთმანეთისაგან.

დნმ-ისა და ცილის გამოკვლევა არის შემდგომი პროგრესის ფაქტორი დაავადებების მკურნალობასა და პრევენციაში.

რაში მდგომარეობს პრაქტიკული გამოყენება?

ბიოფიზიკა არის ინოვაციების წყარო ჩვენი მაღალტექნოლოგიური ეკონომიკისთვის. ბიოფიზიკის გამოყენება დამოკიდებულია საზოგადოების მოთხოვნილებებზე. მე-20 საუკუნეში დიდი პროგრესი იქნა მიღწეული დაავადებების მკურნალობაში. ბიოფიზიკამ შეძლო შეექმნა ძლიერი ვაქცინები ინფექციური დააავადებების წინააღმდეგ. აღწერილი და გაკონტროლებული იქნა მეტაბოლიზმის დარღვევა, როგორიცაა დიაბეტი. აგრეთვე მოგვცა გაგება და მეთოდები, რათა განკურნებულ იქნას უჯრედების უკონტროლო გამრავლება, ცნობილი როგორც სიმსივნური წარმონაქმნები. დღეს ჩვენ უკვე ვიცით ბევრი ჯანმრთელობაზე და საზოგადოებაც ღრმად შეშფოთებულია ჩვენი პლანეტაზე არსებული სიტუაციით. ბიოფიზიკური მეთოდები უფრო და უფროო გამოიყენება ყოველდღიური მოთხოვნილებების დაკმაყოფილებისათვის, დაწყებული ექსპერტიზიდან ბიორემედიაციამდე.

mri-magnetom-skyra-mediaviewer_10-00092827~10 ბიოფიზიკა გვაძლევს სამედიცინო ტექნოლოგიებს: მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია (MRI), კომპიუტერული ტომოგრაფია (CAT scan), პოზიტრონულ-ემისიური ტომოგრაფია (PET scan) ულტრაბგერითი ექოსკოპიის ჩათვლით ვიზუალიზაციისა და დაავადებების დიაგნოსტიკისათვის.

ის გვამარაგებს გადარჩენის საშუალებებით, თირკმლის დისფუნქციის დროს imgდიალიზით, რადიაციული თერაპიით, გულის დეფიბრილატორებით და ელექტროკარდიოსტიმულატორებით. ბიოფიზიკოსები იგონებენ ინსტრუმენტებს დეტექტირებისთვის, გაწმენდისათვის, ვიზუალიზაციისა და მანიპულაციისათვის სხვადასხვა ბიოქიმიურ და ფიზიკური სხეულების დონეზე.

ბიოფიზიკა იყენებს ფიზიკას, ქიმიას და მათემატიკას ცოცხალი ორგანიზმის ნორმალური მდგომარეობის აღწერისათვის, შემდგომ დაავადებების პრევენციისა და მკურნალობის მეთოდებისათვის.

რატომ არის ამჟამად ბიოფიზიკა ასე მნიშვნელოვანი?

საზოგადოება აწყდება ფიზიკურ და ბიოლოგიურ პრობლემებს გლობალური მასშტაბით. როგორ გავაგრძელებთ საჭირო ენერგიის მიღებას? როგორ გამოვკვებავთ მსოფლიოს მზარდ პოპულაციას? როგორ შევაჩერებთ გლობალურ დათბობას? როგორ შევინარჩუნებთ ცოცხალი ორგანიზმების მრავალფეროვნებას? როგორ ვიქნებით უზრუნველყოფილი სუფთა და მინერალებით გამდიდრებული წყლით? ეს კრიზისები საჭიროებს მეცნიერების ჩართულობას და ინოვაციებს. ამის გაცნობიერებით ბიოფიზიკა იღებს ზემოთხსენებულ გამოწვევებს, ფიზიკის პრინციპებისა და ბიოლოგიის მექანიზმებზე დაყრდნობით.

ბიოფიზიკოსები ცდილობენ მიკროორგანიზმების მოდიფიკაციას ბიოსაწვავისა და ბიოელექტროენერგიის მისაღებად ბენზინისა და დიზელის საწვავის, ნავთობის პროდუქტებისა და ქვანახშირის ელექტროენერგიის წარმოების ჩასანაცვლებლად.

მიკროორგანიზმებს იყენებენ აგრეთვე წყლის გასუფთავებაში და მედიკამენტების მიღებისთვის.

ბიოფიზიკა ლახავს ბარიერებს, რომლებიც ერთ დროს დაუძლეველი ჩანდა.

წყარო: http://www.biophysics.org/Education/WhatisBiophysics/tabid/2287/Default.aspx

Advertisements

1 Comment

Filed under ბიოფიზიკა

One response to “რა არის ბიოფიზიკა

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s