Biofizika faniga muqaddima

Biofizika faniga muqaddima
Biofizika predmetining mazmuni, tadqiqot obyektlari
Biofizika predmetining mazmuni, tadqiqot obyektlari. Biofizika umuman biologiya sohasining biologik sistemalarda kechadigan va ular faoliyati asosida yurutuvchi fizikaviy va fizika-kimviy jarayonlarni tekshiruvchi fundamental fanlarining biridir. Biofizikaning asosiy prinsiplaridan biri - biologik qonunlarning fizika-kimyoviy, ayniqsa fizikaviy kimyoning umumiy qonuniyatlariga asoslanib, ularning oziga xos rivojlanishidan iborat ekanligini takidlashdir. Bunday hol, biologik jarayonlarga chiziqli emas jarayonlar termodinamikasi mavqyeidan qaraganda faqat ravshan bolib qoladi. Biofizika uzoq vaqtlar davomida, unga murakkab va yuqori sezgirlikka ega uskunalar, uslubiy yondashuvlar, bir qator hollarda esa fundamentan nazariyalar taqdim etgan aniq falarning "istemolchisi" bolib keldi. Yuqori darajada farqlay olish xossasiga ega elektrol mikroskop, spektroskopik va elektrometrik olchash asboblari, hisoblash texnikasining qudratli vositalari va boshqalar shular jumlasidandir. Biofizikaviy tadqiqotlarning rivojlanishi sanab otilgan osha metodlar texnikaviy imkoniyatlarning takomillashtirilishi hamda ularning biologik obyektlar xosliklariga moslashtirilishini talab etdi.
Biofizikaning predmeti va vazifalari. Biofizika yosh fanlardan bolib, akademik Frank sozi boyicha u barcha biologiya fanlarining nazariy poydevori dir. Tabiiy fanlarning jadal suratlar bilan rivojlanishi, bilimlarning yangi sohalarining kelib chiqishi zamonamizning xarakterli xususiyatidir. Fizika va texnika fanlarining taraqqiyoti boshqa fanlar qatori biologiyaga ham katta tasir korsatmoqda. Fizikaviy uslublar va tahlillarni barcha tabiiy fanlarda, shu jumladan biologiyada ham keng miqyosda qollanishi natijasida biologik tizimlarda kechadigan fizikaviy va fizik-kimyoviy jarayonlarni va fizik omillarning ularga tasirini organuvchi biofizika fani rivojlandi va u hozirgi vaqtda fundamental biologik fanlarning biri bolib hisoblanadi. Biofizika fani bu biologik tizimlarda kechadigan va ular faoliyati asosida yotuvchi fizikaviy hamda fizik-kimyoviy jarayonlarni tadqiq etuvchi fandir. Biofizika fanining termodinamika bolimida qaytmas jarayonlarda entropiya tushunchasining mavjudligini hisobga olgan holda tizimda barqaror holatni yuzaga keltirish masalalari korib chiqiladi. Molekulyar biofizika makromolekulalarning elektron-konformatsiya tuzilishi asosida faoliyat mexanizmlarini tadqiq etadi. Bunda makromolekula faoliyat dinamikasidagi ozgarishlar, energiya shakli ozgarishlari kabi tizim xususiyatlari ozgarishlarini keltirib chiqaruvchi mexanizmlar statistik usulda tadqiq etiladi.
Biofizikaning asosiy bolimlari, uning shakllanishida boshqa fanlarning roli, ular bilan aloqasi.
Biofizikaning bolimlari. Biofizika fani bir necha bolimlarga bolib organiladi, lekin bu bolimlar bir-biri bilan ozaro uzviy bogliq va hech qanday chegara bilan ularni ajratish mumkin emas. Molekulyar biofizika, membranalar biofizikasi, hujayraviy jarayonlar biofizikasi, qisqaruvchan tizimlar biofizikasi, bioenergetika, fotobiologiya, radiobiologiya, biologik jarayonlar kinetikasi, murakkab tizimlar biofizikasi biofizikaning asosiy bolimlari hisoblanadi. Molekulyar biofizika biomolekulalarning fazoviy tuzilishi va xossalarini, ularning ozaro tasir kuchlarini organadi. Ayniqsa, makromolekulalarning tuzilishi va funktsiyasini organishning ahamiyati katta bolib, oqsillar, nuklein kislotalar, uglevodlar va boshqa biopolimerlarning biologik tizimlarda tutgan ornini tushunishga yordam beradi. Membranalar biofizikasi biomembranalarning tuzilishi va fizikaviy xususiyatlarini, suniy membranalar tuzilishi va xossalari, membrana potentsiallarining hosil bolish qonuniyatlarini organadi. Hujayraviy jarayonlar biofizikasi hujayrada kechadigan fizikaviy va fizik-kimyoviy jarayonlarni organadi. Qisqaruvchan tizimlar biofizikasi mushaklarning ultrastrukturasi, qisqarishning molekulyar mexanizmlari, mushaklar mexanikasini organadi. Bioenergetika tirik tizimlarda energiya hosil bolishi, transformatsiyasi, yani bir turdan ikkinchi turga otish va sarflanish qonuniyatlarini organuvchi bolimdir. Radiobiologiya tirik organizmlarga va umuman biologik tizimlarga ionlovchi nurlar tasiri qonuniyatlarini organuvchi biofizikaning bolimi hisoblanadi. Fotobiologiya bolimi esa fotokimyoviy reaktsiyalar va energiyaning uzatilishi va almashinishi, fotosintez mexanizmini, turli xil tolqin uzunligidagi nurlarning biologik tizimlarga tasir jarayonlarini organadigan biofizika fanining bolimi hisoblanadi. Murakkab tizimlar biofizikasi hujayra, organ, organizm, tur, populyatsiyalar, umuman biotsenozda boladigan murakkab jarayonlarning fizik-kimyoviy asoslarini va ularga turli xil fizik omillarning tasirini organadi.
Biofizik tadqiqotlarning usullari..Elektron mikroskopiya usuli bilan makromolekulalar, membranalar, hujayra organoidlarining holati, shakl va olchamlari organiladi.Spektrofotometriya usuli eritmalardan otgan nurning bir qismi yutilishini olchashga asoslangan. Ushbu usul bilan eritmalarda modda kontsentratsiyasi olchanadi, makromolekulalarning ikkilamchi strukturasi, molekula ayrim guruhlarining ionlashuvi organiladi. Rentgen nurlari difraktsiyasi usuli bilan biomolekulalarning fazoviy strukturasi, ularning shakli va olchamlari, ikkilamchi struktura elementlarining fazoviy joylashish holatlari aniqlanadi.Fluorestsent zondlar usuli. Ushbu usulda maxsus kimyoviy organik moddalar - zondlardan foydalaniladi. Zond tikilgan biomolekulaga malum bir tolqin uzunligidagi nur bilan tasir etganimizda, ushbu molekula qozgalgan holatga otadi va ozidan boshqa tolqin uzunligidagi nurni chiqaradi hamda ushbu nur spektri fluorimetr asbobi bilan olchanadi. Fluorestsentsiya usuli bilan makromolekulalarning konformatsiya holati, xromofor guruhlarning harakatchanligi, bazi ionlarning membranalar orqali transporti organiladi.Doiraviy dixroizm usuli asosida qutblangan nurning optik faol molekulaga tasiri yotadi. Makromolekulalarning turli qismlari anizotrop bolganligi sababli nurni turlicha yutadi, hamda makromolekulalarning ikkilamchi strukturasi va tolqinsimon dinamikasi organiladi.Differentsial spektrofotometriya usuli makromolekulalarning konformatsion holati, xromofor guruhlarning erituvchi molekulalari bilan ozaro tasirini organadi.Elektron paramagnit rezonans (EPR) usuli bilan makromolekulalar konformatsiyasi, strukturalar va gidrat qavatlari lokal harakatchanligini aniqlanadi.Yadro magnit rezonans usuli makromolekulalar va ayrim guruhlarining konformatsiyasini, dinamik xossalari, ligandlarning boglanish darajasini aniqlashda qollaniladi.Yuqorida korib chiqilgan usullardan tashqari potentsiometriya, rN-metriya, fotometriya va polyarografiya usullardan biofizikada keng foydalaniladi.
Biofizikaning rivojlanishi
Biofizika fanining shakllanishida kopgina fizik, kimyogar va fiziolog olimlarning xizmatlari katta boldi. XVIII asr oxirlari va XIX asr boshlarida biofizika alohida fan sifatida organila boshlandi. Gelmgoltsning biologiyada termodinamika hamda energetika muammolari, sezgi organlari va qozgalishni nerv tolalari boyicha otishi ustida ilmiy ishlari, rus olimi I.M. Sechenovning fizik-kimyoviy uslublarni fiziologiyaga qollashi, nafas olish jarayoni dinamikasi, biologik suyuqlik va gazlar aralashmasini hisoblash kabi tadqiqotlari alohida ahamiyatga ega. Fizkolloid kimyo yutuqlarini biologiyada qollash natijasida muhim jarayonlarning mexanizmlarini tushunishga va ilmiy asoslarini yaratishga muvaffaq bolindi. Biofizikani fan sifatida tan olinishida olimlar Lyob va Shadelarning xizmatlari katta boldi. Ularning partenogenez, yalliglanish va serpushtlilik kabi jarayonlarni fizik kimyoviy nuqtai nazardan organishi katta ahamiyatga ega boldi. Rossiyada olimlardan P.P.Lazarev, S.I.Vavilov, P.A.Rebinder, N.K.Koltsova, B.N.Tarusov, V.V. Yefimov, S.V.Kravkovlarning fundamental tadqiqotlari natijasida oziga xos biofizika maktabiga asos solindi. Otgan asrning ortalarida biofizikaning rivojlanishida sobiq Ittifoq Fanlar akademiyasining Biofizika instituti, M.V.Lomonosov nomidagi Moskva davlat universiteti Biofizika kafedrasi ilmiy xodimlarining tadqiqotlari katta ahamiyatga ega boldi. Ozbekistonda birinchi bor 1963 yilda akademik Yo.X.Turaqulov Toshkent Davlat universitetida biokimyo va biofizika kafedrasiga asos soldi va ushbu kafedrada biofizik mutaxassislar tayyorlana boshlandi. 1979 yil esa ushbu kafedradan akademik B.O.Toshmuhamedov rahbarligida biofizika va tabiatni muhofaza qilish kafedrasi ajralib chiqdi. Ozbekistonda biofizika maktabini asosiy yonalishi biologik membranalarda ionlar transporti, ion kanallari va biologik faol moddalarning membranalarga tasir qilish mexanizmlarini organishdan iborat.