فيزياء حيوية
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
الفيزياء الحيوية أو بيوفيزياء Biophysics (الفيزياء البيولوجية) هي أحد الاختصاصات المتداخلة التي تعمل على تطبيق نظريات و مناهج الفيزياء على مسائل و معضلات ضمن علم الأحياء.
أبحاث الفيزياء الحيوية تلخص الكثير من الدراسات البيولوجية التي لا تتشارك بصفة مميزة أو عامل مشترك ، و لا حتى موضوع موحد أو تعريفات واضحة و مختصرة . تتضمن دراسات الفيزياء الحيوية مجالا واسعا يضم من تحليل المتتاليات sequence analysis إلى الشبكات العصبونية neural network . من الدراسات القديمة أيضا للبيوفيزياء تصنيع أطراف ميكانيكية للإنسان و آلات نانوية و حتى تنظيم الوظائف البيولوجية بطرق مختلفة لكن العديد من هذه الدراسات حاليا استقل لوحده فيما يعرف بالتقانة النانوية و الهندسة الحيوية .
محتويات |
[عدل] الحقول العلمية المشتركة
غالباً لا يكون للفيزياء حيوية قسم خاص في المستوى الجامعي, لكنها تكون موجودة ضمن مجموعة مشتركة من الحقول العلمية و هي علم الأحياء الجزيئي, و الكيمياء الحيوية, و الكيمياء, و علوم الحاسب, و الرياضيات, و الطب, و الصيدلة, و الفيزيولوجيا, و الفيزياء, و علم الأعصاب. و القائمة التالية هي عبارة عن أمثلة لكيفية تقديم كل قسم جهودها لدراسة الفيزياء الحيوية. بالكاد تكون هذه القائمة شاملة لكل الأقسام. لا يوجد هناك قسم يدرس الفيزياء الحيوية بشكل حصري. كما أن كل قسم يقوم بدوره كما أن هناك الكثير من التداخل لجميع الأقسام.
- علم الأحياء و علم الأحياء الجزيئي - تقريباً كل جهود الفيزياء الحيوية متمركزة في هذا القسم من الدراسة. و منها: تنظيم الجين gene regulation, ديناميكا البروتين الفردي, علم الطاقة الحيوي, التقاط رقعي, و الميكانيكا الحيوية.
- علم الأحياء البنيوي Structural biology - بنية الإنحلال الإنغسترومي للبروتينات, و الحموض النووية, و الليبيدات, و الكربوهيدرات, و البنى الأخرى المعقدة.
- الكيمياء الحيوية و الكيمياء - البنية الجزيئية الحيوية, و الرنا القصير المتداخل siRNA, و بنية الحمض النووي , و علاقة بنية العلاج بنشاطه.
- علوم الحاسب - الشبكات العصبونية , و قاعدة البيانات للجزيئات الحيوية و الأدوية.
- كمياء حاسوبية - محاكاة الديناميكا الجزيئية, و الإقحام الجزيئي, و الكيمياء الكمومية
- معلوماتية حيوية - التراصف التسلسلي, و التراصف البنيوي, و التنبؤ بالبنية البروتينية
- رياضيات - نظرية المخططات/الشبكات , و نمذجة السكانية , و الأنظمة الديناميكية , و علم الوراثة العرقي.
- الطب و علم الأعصاب - التعامل مع الشبكات العصبونية (بتجزئة الدماغ) تجريبياً بالإضافة إلى (النماذج الحاسوبية) نظرياً, و السماحية الغشائية, و العلاج الجيني, و فهم الأورام السرطانية.
- الصيدلة و الفيزيولوجيا - علم الأحياء القنوي channel biology, و تآثرات الجزيئات الحيوية, و الأغشية الخلوية, و عديدة الكيتايدات polyketides.
- فيزياء - طاقة الجزيء الحيوي الحرة, و التفاعلات العشوائية, و ديناميكا التغطية.
- الزراعة و علم الزراعة
العديد من التقنيات الفيزيائية الحيوية تعتبر فريدة من نوعها في هذا الحقل العلمي. تبدأ جهود الأبحاث في الفيزياء الحيوية غالباً من قبل العلماء الين كانوا فيزيائيين و أحيائيين و كيميائيين تقليديين تمت تدريبهم على ذلك.
[عدل] مواضيع في الفيزياء الحيوية و تطبيقاتها
- فيزياء حيوية نظرية
- فيزياء حيوية رياضياتية
- علم أحياء الأنظمة
- فيزياء حيوية طبية Medical biophysics
- فيزياء زراعية Agrophysics
- أصل الحياة
- غشاء حيوي
- غشاء الخلية Cell membrane
- علم الطاقة الحيوي Bioenergetics
- القنوات, المستقبلات عبر-غشائية و النواقل
- حركيات الانزيم Enzyme kinetics
- محرك جزيئي Molecular motors
- فوسفوليبيدات Phospholipids
- بروتينات
- بيوفيلم Biofilm
- تجمعات جزيئية فائقة Supramolecular assemblies
- حمض نووي
- انقسام الخلية Cell division
- هجرة الخلية Cell migration
- تأشير الخلية Cell signalling
- أنظمة ديناميكية Dynamical systems
- فيزيولوجيا كهربائية Electrophysiology
- التأشير الحيوي
- نظرية الأنظمة الكيميائية الحيوية
- تحليل التحكم الأيضي Metabolic control analysis
تقنيات مستعملة في الفيزياء الحيوية
- مجهر القوة الذرية Atomic force microscopy
- فوتونيات حيوية Biophotonics
- حساس حيوي Biosensor و إلكترونيات حيوية Bioelectronics
- تصوير الكالسيوم Calcium imaging
- مسعر Calorimetry
- لونانية دورانية Circular Dichroism
- علم الأحياء القري Cryobiology
- فيزيولوجيا كهربائية Electrophysiology
- فلورية Fluorescence
- مجهرية Microscopy
- تصوير عصبي Neuroimaging
- مطيافية صدى سبين النيوترون Neutron spin echo spectroscopy
- التقاط رقعي Patch clamping
- مطيافية الرنين المغناطيسي النووي Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
- مطيافية Spectroscopy ، تصوير imaging ، الخ.
- تصوير بللوري بأشعة-إكس x-ray crystallography
أخرى
- تنقل الحيوانات Animal locomotion
- صوتيات حيوية Bioacoustics
- ميكانيكا حيوية Biomechanics
- تمعدن حيوي Biomineralisation
- بيونيك Bionics
- نظرية التطور
- خوارزميات تطورية Evolutionary algorithms
- حوسبة تطورية Evolutionary computing
- نظرية تطورية Evolutionary theory
- علم الأحياء الثقالي Gravitational biology
- علم الأحياء الرياضياتي Mathematical biology
- تخلق تشكيلي أو علم التشكل Morphogenesis
- العضلات و قابلية التقلص contractility
- إنتروبية سالبة Negentropy
- تشفير عصبي Neural encoding
- علم الأحياء الإشعاعي Radiobiology
- أنظمة حسية Sensory systems
- علم اعصاب الأنظمة Systems neuroscience
- الانشدادية Tensegrity
- علم الأحياء النظري Theoretical biology
- ترموديناميك بيولوجي Biological thermodynamics
- فيزياء حيوية ضوئية Photobiophysics
- علوم عصبية للأنظمة Systems neuroscience
- غشاء متعدد الكبريت Polysulphur membranes
- علم الأحياء الكمومي Quantum biology .
[عدل] فيزيائيون حيويون مشهورون
- لويغي غالفاني Luigi Galvani ، مكتشف bioelectricity
- هيرمان فون هولمهولتز Hermann von Helmholtz ، أول من قاس سرعة نبض العصب nerve impulses; درس السمع و الرؤية
- آلان هودجكن Alan Hodgkin & أندرو هكسلي Andrew Huxley ، نظرية رياضية حول كيف يمكن لتدفق الأيونات أن تولد نبضات عصبية
- جورج فون بيكيسي Georg von Békésy ، أبحاث حول الأذن البشرية
- بيرنارد كاتز Bernard Katz ، اكتشاف كيفية عمل المشبك
- هرمان جي. مولر, أكتشف بأن أشعة أكس تسبب طفرات
- لينوس باولنغ و روبرت كوري, أكتشفا بنية كلاً من لولب ألفا و صفيحة بيتا في البروتينات
- فرتز البرت بوب Fritz-Albert Popp, الرائد في أبحاث الفوتونات الحيوية
- جون ديسموند بيرنال, قام بتصوير فيروسات النبات و البروتينات باستعمال تقنية التصوير البللوري بأشعة-إكس
- روزاليند فرانكلين, و موريس ويلكنز, و جيمس واتسون و فرنسيس كريك, هم رواد غي عمل التصوير البللوري للدنا و هم أيضاً مكتشفي الشفرة الجينية
- ماكس بيروتس و جون كندرو, هم الرواد في التصزير البللوري للبروتين
- ألان كورماك و غودفري هاونسفيلد, قاموا بتطوير التصوير الطبقي المحوسب
- بول لاوتربر و بيتر مانسفيلد, قاموا بتطوير تصوير بالرنين المغناطيسي
[عدل] فيزيائيون حيويون لامعون
- أدولف يوجين فيك Adolf Eugen Fick, واضع قانون فيك للانتشار و طريقة تحديد خرج القلب Cardiac output.
- هاوارد بيرغ Howard Berg, قام بوصف خواص الانجذاب الكيميائي البكتيري bacterial chemotaxis.
- ستيفن بلوك Steven Block, قام بملاحظة حركة الإنزيمات مثل الكاينزين kinesin و پوليميراز الرنا بواسطة الملقط الضوئي/البصري Optical tweezers.
- كارلوس بوستامانتي Carlos Bustamante, المعروف بأعماله في الفيزياء الحيوية أحادية-الجزيئي للمحركات الجزيئية و في فيزياء البوليمرات الحيوية.
- ستيفن تشو Steven Chu, الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء قام بتطوير تقنيات الألتقاط البصري التي تُستعمل من قبل الكثير من الفيزيائين الحيوين.
- فريدريش ديساور Friedrich Dessauer, الباحث في علوم الأشعاع, و خصوصاً أشعة إكس.
- جوليو فيرناندز Julio Fernandez.
- جون جوزيف هوبفيلد John Joseph Hopfield, كان يعمل على تصحيح الأخطأ في الأنتساخ Transcription و في النقل, و في نماذج الذاكرة الترابطية (شبكة هوبفيلد)
- مارتن كاربلس Martin Karplus, قام بأبحاث في المحاكاة الديناميكية الجزيئية للجزيئات الكبرية الحيوية.
- فرانكلين أوفنير Franklin Offner, هو بروفيسور فخري في جامعة نورث ويسترن في الفيزياء الحيوية, و في الهندسة الطبية الحيوية و في الإلكترونيات. قام بتطوير النموذج البدئي ل مخطط الدماغ الكهربائي و مخطط القلب الكهربائي المسمى بداينوغراف dynograph
- بينويت راوكس Benoît Roux
- ميخائيل فولكينشتاين Mikhail Volkenshtein, و ريفاز دوغونادز Revaz Dogonadze و زوراب يوروشادزي Zurab Urushadze, هم مؤلفين النموذج (الفيزيائي) الميكانيكي-الكمومي الأول للتحفيز الإنزيمي, داعمةً للنظرية التي تقول بأن التحفيز الإنزيمي تستعمل التأثيرات الميكانيكية-الكمومية مثل نفق Quantum tunnelling.
- جون بي. وايكساو John P. Wikswo, قام بأبحاث في المغناطيسية الحيوية .biomagnetism
- دوعلاس واريك Douglas Warrick, متخصص في علم طيران الطيور (طيور الحمام و طيور الطنان).
- بالاجي في. إن Balaji V N, متخصص في علم الأحياء الحاسوبي.
[عدل] مراجع
- Perutz M.F. Proteins and Nucleic Acids, Elsevier, Amsterdam, 1962
- Perutz MF (1969). "The haemoglobin molecule". Proceedings of the Royal Society of London. Series B 173 (31): 113-40. PMID 4389425
- Dogonadze R.R. and Urushadze Z.D. Semi-Classical Method of Calculation of Rates of Chemical Reactions Proceeding in Polar Liquids.- J.Electroanal.Chem., 32, 1971, pp. 235-245
- Volkenshtein M.V., Dogonadze R.R., Madumarov A.K., Urushadze Z.D. and Kharkats Yu.I. Theory of Enzyme Catalysis.- Molekuliarnaya Biologia (Moscow), 6, 1972, pp. 431-439 (In Russian, English summary)
- K. Sneppen and G. Zocchi, (2005) Physics in Molecular Biology, Cambridge University Press, ISBN 0-521-84419-3
