Biofísica

Parte de una serie sobre
Física
Índice Describir Glosario Historia ( línea de tiempo )
Sucursales Acústica Astrofísica Física atómica Biofísica Física clásica Electromagnetismo Geofísica Mecánica Física moderna Física nuclear Óptica Termodinámica
Investigación Físico ( lista ) Lista de premios de física Lista de revistas Lista de problemas sin resolver
Portal de física  Categoría
en a mi

La biofísica es una ciencia interdisciplinaria que aplica enfoques y métodos tradicionalmente utilizados en física para estudiar los fenómenos biológicos . ^{[1] [2] [3]} La biofísica cubre todas las escalas de organización biológica , desde la molecular hasta la organicística y las poblaciones . La investigación biofísica comparte una superposición significativa con la bioquímica , la biología molecular , la química física , la fisiología , la nanotecnología , la bioingeniería , la biología computacional , la biomecánica , la biología del desarrollo y la biología de sistemas .

El término biofísica fue introducido originalmente por Karl Pearson en 1892. ^{[4] [5]} El término biofísica también se utiliza regularmente en el ámbito académico para indicar el estudio de las cantidades físicas (por ejemplo, corriente eléctrica , temperatura , estrés , entropía ) en sistemas biológicos. Otras ciencias biológicas también realizan investigaciones sobre las propiedades biofísicas de los organismos vivos, incluidas la biología molecular , la biología celular , la biología química y la bioquímica .

La biofísica molecular aborda normalmente cuestiones biológicas similares a las de la bioquímica y la biología molecular , buscando encontrar los fundamentos físicos de los fenómenos biomoleculares. Los científicos de este campo realizan investigaciones relacionadas con la comprensión de las interacciones entre los diversos sistemas de una célula, incluidas las interacciones entre el ADN , el ARN y la biosíntesis de proteínas , así como la forma en que se regulan estas interacciones. Se utiliza una gran variedad de técnicas para responder a estas preguntas.

Las técnicas de imágenes fluorescentes , así como la microscopía electrónica , la cristalografía de rayos X , la espectroscopia de RMN , la microscopía de fuerza atómica (AFM) y la dispersión de ángulo pequeño (SAS) tanto con rayos X como con neutrones (SAXS/SANS) se utilizan a menudo para visualizar estructuras de importancia biológica. La dinámica de las proteínas se puede observar mediante espectroscopia de eco de espín de neutrones . El cambio conformacional en la estructura se puede medir utilizando técnicas como la interferometría de polarización dual , el dicroísmo circular , SAXS y SANS . La manipulación directa de moléculas utilizando pinzas ópticas o AFM también se puede utilizar para monitorear eventos biológicos donde las fuerzas y las distancias están en la nanoescala. Los biofísicos moleculares a menudo consideran los eventos biológicos complejos como sistemas de entidades interactuantes que se pueden entender, por ejemplo, a través de la mecánica estadística , la termodinámica y la cinética química . Al aprovechar conocimientos y técnicas experimentales de una amplia variedad de disciplinas, los biofísicos a menudo pueden observar, modelar o incluso manipular directamente las estructuras e interacciones de moléculas individuales o complejos de moléculas.

Además de los temas biofísicos tradicionales (es decir, moleculares y celulares) como la biología estructural o la cinética enzimática , la biofísica moderna abarca una gama extraordinariamente amplia de investigaciones, desde la bioelectrónica hasta la biología cuántica que involucra herramientas tanto experimentales como teóricas. Es cada vez más común que los biofísicos apliquen los modelos y las técnicas experimentales derivadas de la física , así como de las matemáticas y la estadística , a sistemas más grandes como tejidos , órganos , ^[6] poblaciones ^[7] y ecosistemas . Los modelos biofísicos se utilizan ampliamente en el estudio de la conducción eléctrica en neuronas individuales , así como en el análisis de circuitos neuronales tanto en tejidos como en todo el cerebro.

La física médica , una rama de la biofísica, es cualquier aplicación de la física a la medicina o la atención sanitaria , que va desde la radiología hasta la microscopía y la nanomedicina . Por ejemplo, el físico Richard Feynman teorizó sobre el futuro de la nanomedicina . Escribió sobre la idea de un uso médico para las máquinas biológicas (véase nanomáquinas ). Feynman y Albert Hibbs sugirieron que ciertas máquinas de reparación podrían algún día reducirse en tamaño hasta el punto de que sería posible (como dijo Feynman) " tragarse al médico ". La idea fue discutida en el ensayo de Feynman de 1959 There's Plenty of Room at the Bottom . ^[8]

Los estudios de Luigi Galvani (1737-1798) sentaron las bases para el campo posterior de la biofísica. Algunos de los primeros estudios en biofísica fueron realizados en la década de 1840 por un grupo conocido como la escuela de fisiólogos de Berlín. Entre sus miembros se encontraban pioneros como Hermann von Helmholtz , Ernst Heinrich Weber , Carl FW Ludwig y Johannes Peter Müller . ^[9]

A William T. Bovie (1882-1958) se le atribuye el mérito de haber impulsado el desarrollo de este campo a mediados del siglo XX. Fue un pionero en el desarrollo de la electrocirugía .

La popularidad de este campo aumentó cuando se publicó el libro ¿Qué es la vida? de Erwin Schrödinger . Desde 1957, los biofísicos se han organizado en la Sociedad Biofísica , que hoy cuenta con unos 9.000 miembros en todo el mundo. ^[10]

Algunos autores como Robert Rosen critican la biofísica porque el método biofísico no tiene en cuenta la especificidad de los fenómenos biológicos. ^[11]

Aunque algunas universidades y colegios tienen departamentos dedicados a la biofísica, generalmente a nivel de posgrado, muchas no tienen departamentos de biofísica a nivel universitario, sino que tienen grupos en departamentos relacionados, como bioquímica , biología celular , química , informática , ingeniería , matemáticas , medicina , biología molecular , neurociencia , farmacología , física y fisiología . Dependiendo de las fortalezas de un departamento en una universidad, se dará un énfasis diferente a los campos de la biofísica. Lo que sigue es una lista de ejemplos de cómo cada departamento aplica sus esfuerzos hacia el estudio de la biofísica. Esta lista no es exhaustiva. Tampoco cada tema de estudio pertenece exclusivamente a un departamento en particular. Cada institución académica establece sus propias reglas y hay mucha superposición entre los departamentos. ^{[ cita requerida ]}

• Biología y biología molecular – Regulación genética , dinámica de proteínas individuales , bioenergética , patch clamping , biomecánica , virofísica .
• Biología estructural : estructuras con resolución Ångstrom de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, carbohidratos y complejos de los mismos.
• Bioquímica y química : estructura biomolecular, ARNi, estructura de ácidos nucleicos, relaciones estructura-actividad.
• Ciencias de la computación – Redes neuronales , bases de datos biomoleculares y de fármacos.
• Química computacional : simulación de dinámica molecular , acoplamiento molecular , química cuántica
• Bioinformática : alineamiento de secuencias , alineamiento estructural , predicción de la estructura de proteínas
• Matemáticas : teoría de grafos y redes, modelado de poblaciones, sistemas dinámicos, filogenética .
• Medicina : investigación biofísica que pone énfasis en la medicina. La biofísica médica es un campo estrechamente relacionado con la fisiología. Explica diversos aspectos y sistemas del cuerpo desde una perspectiva física y matemática. Algunos ejemplos son la dinámica de fluidos del flujo sanguíneo, la física de los gases de la respiración, la radiación en el diagnóstico y el tratamiento, y mucho más. La biofísica se enseña como materia preclínica en muchas facultades de medicina , principalmente en Europa.
• Neurociencia : estudio de redes neuronales de forma experimental (cortes cerebrales) y teórica (modelos informáticos), permitividad de la membrana .
• Farmacología y fisiología : canalómica , electrofisiología , interacciones biomoleculares, membranas celulares, policétidos .
• Física : negentropía , procesos estocásticos y desarrollo de nuevas técnicas físicas e instrumentación , así como su aplicación.
• Biología cuántica : el campo de la biología cuántica aplica la mecánica cuántica a objetos y problemas biológicos. Isómeros descoheridos para producir sustituciones de bases dependientes del tiempo. Estos estudios implican aplicaciones en computación cuántica.
• Agronomía y agricultura

Muchas técnicas biofísicas son exclusivas de este campo. Los esfuerzos de investigación en biofísica suelen ser iniciados por científicos que eran biólogos, químicos o físicos de formación.

En Wikiversidad , puedes aprender más y enseñar a otros sobre Biofísica en el Departamento de Biofísica.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Biofísica .

• Sociedad Biofísica
• Revista de Fisiología: número virtual de 2012 Biofísica y más allá
• wiki de biofísica
• Archivo de enlaces con recursos de aprendizaje para estudiantes: biophysika.de (60 % inglés, 40 % alemán)