CURS FIZICA: BIOFIZICA

label Cursuri autorenew 2025-09-29, 16:55 history_edu sefulretelei
CAPITOLUL 1NOTIUNI INTRODUCTIVE1.1. OBIECTUL BIOFIZICIIStiintele biologice studiaza natura vie reprezentata prin plante, animale si oameni si relatiile complexe dintre ele. Acesti reprezentanti ai naturii vii au o structura foarte variata. Functiile vitale se complica si se perfectioneaza progresiv, de la formele simple la cele complexe, ca rezultat al adaptarilor foarte numeroase la conditiile de viata. Fiziologul roman, acad. E.Pora, sublinia ca : ."viata se serveste de toate posibilitatile pe care lumea fizica i le pune la dispozitie".Pentru cercetarea si cunoasterea proceselor biologice trebuie cunoscute, in primul rind, structura si insusirile fizico-chimice ale materiei vii. La baza multor procese biologice stau anumite fenomene fizice. De multe ori, aceste fenomene fizice sint corelate cu fenomene chimice si, de aici, greutatea de a le studia separat. In lumea vie gasim o asociere foarte strinsa a fenomenului chimic cu fenomenul fizic, deoarece substantele actioneaza intre ele atit prin proprietatile lor chimice, cit si prin cele fizice. Limitele intre fizica si chimie se sterg in lumea vie, dar tocmai strinsa intrepatrundere a fenomenelor fizice cu cele chimice caracterizeaza fenomenul vietii. Legile fizice si chimice isi gasesc in procesele moleculare, din lumea vie o expresie imediata. Desigur,viata nu poate fi redusa la aspectele fizico-chimice ale materiel vii, dar fara cunoasterea acestor aspecte nu este posibila intelegerea vietii.Biofizica este disciplina care s-a dezvoltat la granita dintre fizica si biologic, datorita conlucrarii dintre aceste doua discipline.Nu se poate stabili cu precizie, in timp, aparitia acestei discipline ; aspectul fizic al fenomenelor biologice a preocupat de mult timp pe oamenii de stiinta. Totusi, ca domeniu de sine statator, ca obiect de studiu cu metodologie proprie de lucru, biofizica are o virsta relativ tinara.Inca din secolul al XVI-lea Leonardo da Vinci, marele pictor, om de stiinta si ganditor italian a studiat zborul pasarilor, folosind legile mecanicii. In secolul al XVIll-lea fiziologul italian L. Galvani si fizicianul italian A. Volta au studiat experimental influenta fenomenelor electrice asupra tesuturilor vii ; la inceputul secolului al XlX-lea savantul englez T. Young a fost unul dintre creatorii opticii fiziologice si a analizat circulatia sangelui din punct de vedere hidrodinamic. Medicul german R. M ay er, fizicianul irlandez J. Tyndall, s.a., prin lucrarile lor, si-au legat numele de cercetarile cu caracter biofizic.In acele timpuri, cercetarea stiintelor naturii cu ajutorul fizicii era dictata de dezvoltarea fizicii, pe de o parte, si a stiintelor naturii, pe de alta parte.0 caracteristica a lucrarilor clasice de biofizica a fost efortul pe care-1 faceau oamenii de stinta de a gasi explicatii fizice pentru fenomenele biologice, explicatii care reduceau citeodata fenomenele biologice la fenomene fizice. Astfel, marele filozof si om de stiinta francez din secolul al XVII-lea, R. Descartes, sustinea ca animalele nu sunt decat masini, creind astfel o fiziologie mecanicista. Acest reductionism a avut o latura pozitiva, marcind tendintele materialiste din biologie, dar a avut si o latura negativa, ducand la pierderea din vedere a specificului calitativ al fenomenelor biologice (organizarea sistemica a materiei vii).Conceptia materialista arata ca viata este o forma superioara de miscare a materiei, care nu se poate reduce.la formele ei inferioare (fizice, chimice), forme pe care le inglobeaza in organismele vii.Legatura organica dintre diferitele forme de miscare a materie, care deriva din diversitatea calitativa a formelor concrete de existenta ale ei, a facut necesara aparitia in secolui al XX-lea a numeroase stiinte numite "de granita" sau "interdisciplinare", ..de tranzitie". De aceea, in etapa actuala, o caracteristica importanta a dezvoltarii stiintei in general este nu numai diferentierea tot mai marcanta a stiintelor ci, paralel cu aceasta, integrarea ramurilor clasice in discipline de granita. Astfel, suprapunerea dintre forma de miscare fizica si forma de miscare chimica a dat nastere disciplinei de chimie-fizica; intrepatrunderea formei de miscare chimica cu cea biologica a dus la aparitia biochimiei ; biofizica este stiinta care studiaza interdependenta dintre forma de miscare fizica si forma de miscare biologica si cerceteaza aspectele sub care se manifesta procesele fizice in cadrul proceselor biologice. Metodele de cercetare proprii unor stiinte se aplica tot mai frecvent si mai fecund si in alte stiinte.0 alta caracteristica a stiintelor contemporane este si matematizarea lor. Matematica - stiinta care studiaza relatiile cantitative si calitative ale obiectelor si fenomenelcr - devine tot mai mult un auxiliar universal al celorlalte stiinte; este mult folosita azi in cercetarea si exprimarea fenomenelor biologice, carora le confera precizie si ordonare. In literatura mondiala biologica se folosesc curent metodele de analiza si interpretarea matematica a fenomenelor de viata. Prelucrarea statistica a rezultatelor experimentale este prezenta in toate revistele si tratatele moderne de biologie. Multe din fenomenele vietii sint exprimate prin formule matematice sau reprezentate prin grafice. Intelegerea fenomenelor si proceselor biologice va fi posibila numai folosind cunostinte de chimic, fizica si matematica, precum si cele mai moderne metode de investigare si de prelucrare a datelor. Folosind fizica in studiul materiei vii, biofizica devenita disciplina de sine statatoare, cu obiective si metode de cercetare specifice, deschide largi perspective in cele mai diferite domenii ale biologiei teoretice si aplicative.Din cele aratate rezulta ca este foarte greu sa se cuprinda intr-o fraza scurta si clara definirea biofizicii.Pentru a inlelege scopul si metodele de cercetare ale biofizicii trebuie sa se aiba in vedere ca obiectul cercetat de biofizica este materia vie, respectiv viata, iar metodele de cercetare ale bios-ului sint metodele fizicii si chimiei pe de o parte, si ale biologiei si matematicii, pe de alta parte.Pina in prezent s-au dat diverse definitii pentru biofizica, dar inca nu s-a ajuns la un consens in ceea ce priveste definirea completa a ei.Astfel, profesorul Tarusov de la Universitatea Lomonosov din Moscova arata in cartea "Bazele biofizicii" ca : .,biofizica consta in studiul fenomenelor si transformarilor moleculare fizico-chimice care stau la baza mecanismelor primare ale proceselor biologice".Profesorul W. Beier (1968) de la Universitatea din Leipzig, in lucrarea "Introducere in biofizica teoretica" defineste biofizica drept "stiinta care se ocupa cu analiza fizica a structurilor functionale si a comportarii biologice".Dupa parerea acad.prof. Grigore Benetato, "biofizica este stiinta care studiaza structura si functiile sistemelor vii cu ajutorul teoriilor si tehnicilor fizice".Dupa prof. dr. doc. Vasile Vasilescu, de la Universitatea de Me-dicina si Farmacie din Bucuresti".biofzica este stiinta care studiaza fenomenele fizice din sistemele biologice, in lumina si cu ajutorul teoriilor si tehnicilor f izico-matematice".Din definitiile care s-au dat pentru obiectul biofizicii, rezulta ca aceasta este stiinta care studiaza :- structura fizica a sistemelor biologice ;- proprietatile fizice ale acestor sisteme ;- fenomenele fizice care stau la baza (care determina) fenomenele biologice cu ajutorul teoriilor si tehnicilor fizico-matematice.1.2. DIVIZIUNILE BIOFIZICIIMultiplele preocupari si cercetari din biofizica se pot grupa in urmatoarele patru directii principale :1. Studierea structurii si proprietatilor fizice ale materiei vii. Biofizica studiaza structura atomica, moleculara, macromoleculara a materiei vii, proprietatile fizice ale structurilor si sistemelor biologice.2. Studierea fenomenelor fizice (mecanice, termice, electrice etc.) prin care se realizeaza procesele biologice din plante si animale, in general, diferite de la un grup de vietuitoare, la altul. Aceste fenomene fizice care stau la baza proceselor biologice se manifesta prin diferite tipuri de energie, care se transforma unele in altele. De aceea, biofizica studiaza si energetica proceselor vitale.3. Studierea actiunii factorilor fizici ai mediului asupra organismelor, in scopul de a-i utiliza pe cei favorabili ca agenti terapeutici sau de a realiza profilaxia (prevenirea) actiunii lor nocive asupra organismului.4. Folosirea tehnicilor fizice in abordarea unor probleme de biologie. Astfel, biofizica include si fizica experimentala in studiul organismelor vii,Aceste multiple preocupari ale biofizicii pot fi sistematizate atat in functie de domeniul din fizica pe a carui aplicare se bazeaza, cat si in functie de nivelul de organizare a materiei vii care, se studiaza.In functie de primul criteriu, privita in sens de fizica aplicata, biofizica foloseste aproape toate domeniile clasice si moderne ale fizicii, astfel :Biomecanica studiaza diferitele tipuri de locomotie animala pina la motilitatea celulara si la proprietatile mecanice ale constituentilor celulari.Bioelectricitatea studiaza ansamblul fenomenelor electrice din lumea vie de la nivel celular, tisular si de organ, fenomene care exprima functionalitatea structurilor respective si constitute baza unui grup important de investigatii clinice.Biotermodinamica si Bioenergetica se ocupa atit de generarea, stocarea si conversia energiei la nivel celular si de organism, cit si de problemele energetice ale marilor sisteme biologice de nivel supraindividual. In ultimul timp, in cercetarile de biofizica se folosesc capitole moderne din fizica atomica si nucleara, mecanica cuantica, fizica moleculara, fizica corpului solid, optica, etc.Biocibernetica studiaza principiile si mecanismele concrete ale comenzii, reglarii, conservarii, prelucrarii si transmiterii de informatii in sistemele biologice.Bionica studiaza structurile si mecanismele din sistemele vii, pentru a gasi solutii unor problemele tehnice ; este un capitol modern al biofizicii.