Biyofizik

Biyofizik, biyolojik olayları incelemek için fizikte geleneksel olarak kullanılan yaklaşım ve yöntemleri uygulayan disiplinler arası bir bilimdir. Biyofizik, moleküler seviyeden organizma ve popülasyon seviyesine kadar tüm biyolojik organizasyon ölçeklerini kapsar. Biyofiziksel araştırmalar biyokimya, moleküler biyoloji, fizikokimya, fizyoloji, nanoteknoloji, biyomühendislik, hesaplamalı biyoloji, biyomekanik, gelişim biyolojisi ve sistem biyolojisi ile önemli ölçüde örtüşmektedir.

Biyofizik terimi ilk kez Karl Pearson tarafından 1892'de kullanıldı. Biyofizik çok çeşitli olan ilgi alanı içinde, sinir iletisini sağlayan elektrik ya da kas kasılmasını sağlayan mekanik kuvvet gibi fiziksel etkenlere bağlı olan biyolojik işlevleri, canlıların ışık, ses ya da iyonlaştırıcı ışınımlar gibi fiziksel etkenlerle etkileşimini ve yüzme, uçma, yürüme gibi yer değiştirme ya da iletişim yoluyla çevreleriyle kurdukları ilişkileri inceler. Bu çalışmalarda çok gelişmiş yöntemlerden ve araçlardan yararlanır. Moleküler Biyofizikte kullanılan en yaygın yöntemler arasında X ışını kırınımı ve X ışını kristalografisi, Nükleer magnetik rezonans spektroskopisi, soğurma ve floresans spektroskopi ve ultrasantrifüjle çökeltme yer almaktadır. Hayvan ve bitki makromoleküllerinin yapısı ve özellikleri bu yöntemlerle kesin bir biçimde tanımlanabilmiştir.

Moleküler biyofizik, biyokimya ve moleküler biyolojidekilere benzer biyolojik soruları ele alır ve biyomoleküler fenomenlerin fiziksel temellerini bulmaya çalışır. Bu alandaki bilim adamları, DNA, RNA ve protein biyosentezi arasındaki etkileşimleri ve bu etkileşimlerin nasıl düzenlendiğini içeren hücrenin çeşitli sistemleri arasındaki etkileşimleri anlamakla ilgili araştırmalar yürütmektedir. Bu soruları cevaplamak için çok çeşitli teknikler kullanılmaktadır.

Floresan görüntüleme teknikleri, elektron mikroskobu, X-ışını kristalografisi, NMR spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskopisi (AFM), x-ışınları ve nötronlar ile küçük açılı saçılım (SAXS / SANS) çoğu zaman biyolojik önemi olan yapıları görselleştirmek için kullanılır. Protein dinamiği, nötron spin eko spektroskopisi ile gözlenebilir. Yapıdaki konformasyonel değişiklik, çift polarizasyon interferometrisi, dairesel dikroizm, SAXS ve SANS gibi teknikler kullanılarak ölçülebilir. Optik cımbız veya AFM kullanılarak moleküllerin doğrudan manipülasyonu, kuvvetlerin ve mesafelerin nano ölçekte olduğu biyolojik olayları izlemek için de kullanılabilir. Moleküler biyofizikçiler genellikle karmaşık biyolojik olayları, istatistiksel mekanik, termodinamik ve kimyasal kinetik gibi bilimler yoluyla açıklanabilen etkileşen varlıkların sistemleri olarak görürler. Çok çeşitli disiplinlerden bilgi ve deneysel teknikler kullanarak, biyofizikçiler genellikle tek tek moleküllerin veya molekül komplekslerinin yapılarını ve etkileşimlerini doğrudan gözlemleyebilir, modelleyebilir ve hatta manipüle edebilirler.

Yapısal biyoloji veya enzim kinetiği gibi geleneksel (yani moleküler ve hücresel) biyofiziksel konulara ek olarak, modern biyofizik, biyoelektronikten hem deneysel hem de teorik araçları içeren kuantum biyolojisine kadar olağanüstü geniş bir araştırma yelpazesini kapsamaktadır. Biyofizikçilerin fizik, matematik ve istatistikten türetilen modelleri ve deneysel teknikleri, dokular, organlar, popülasyonlar ve ekosistemler gibi daha büyük sistemlere uygulaması gittikçe yaygınlaşmaktadır. Biyofiziksel modeller, tek nöronlardaki elektrik iletiminin yanı sıra hem dokuda hem de tüm beyinde nöral devre analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır.