biofisika adalah studi tentang hukum-hukum fisika yang beroperasi dalam organisme hidup. Ini adalah ilmu interdisipliner yang menerapkan pendekatan dan metode fisika untuk mempelajari fenomena biologis.
Biologi fisik yang juga dikenal, dimulai dari gagasan bahwa semua fenomena yang diamati di alam memiliki penjelasan ilmiah yang dapat diprediksi dan bahwa semua sistem kehidupan terdiri dari proses berdasarkan hukum fisika.
Heliks ganda untai DNA . Salah satu temuan utama dalam biofisika. Sumber: Joseluissc3 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Diskusi di mana biofisika dianggap sebagai cabang fisika, biologi atau keduanya adalah umum. Dalam hal ini, penting untuk dicatat bahwa kecenderungannya adalah menganggapnya sebagai cabang biologi.
Ini karena pertukaran pengetahuan biasanya dihasilkan dari fisika ke biologi, yang telah diperkaya dengan kemajuan dan konsep fisik. Tetapi kontribusi yang sama tidak dapat ditegaskan secara terbalik, yaitu, dari sudut pandang fisika murni, tidak dapat dikatakan bahwa biofisika menawarkan pengetahuan baru.
Biofisika memberikan bukti eksperimental untuk fisika dan dengan demikian memungkinkan untuk menguatkan teori, tetapi pertukaran antara fisika dan biologi jelas searah.
Ahli biofisika dilatih dalam ilmu kuantitatif fisika, matematika, dan kimia untuk mempelajari segala sesuatu yang berkaitan dengan fungsi, struktur, dinamika, dan interaksi sistem biologis. Sistem ini termasuk molekul kompleks, sel, organisme, dan ekosistem.
Indeks artikel
Sejarah
Asal usul biofisika berasal dari abad ketujuh belas ketika ilmu alam belum dibagi sebagai disiplin ilmu yang terpisah dan pada saat penyelidikan pertama bioluminescence berada.
Studi pertama yang terdeteksi adalah yang dilakukan oleh Jesuit Jerman, Athanasius Kircher (1602-1680), yang menerbitkan karyanya Ars Magna Lucis et Umbrae dan mendedikasikan dua bab untuk pendaran hewan.
Hubungan antara listrik dan biologi menjadi bahan spekulasi tidak hanya pada abad ketujuh belas, tetapi juga pada dua abad berikutnya. Selama pendekatannya, ketertarikan manusia pada hewan dan listrik alami, seperti kunang-kunang atau kilatan petir alami, menjadi jelas.
Dalam garis penelitian ini, di Italia, dan di pertengahan abad ke-18, eksperimen Giovanni Beccaria pada stimulasi listrik otot terdeteksi, yang menghasilkan pengetahuan di bidang ini.
Pada tahun 1786, Luigi Galvani memulai kontroversi seputar potensi listrik pada hewan. Lawannya tidak lain adalah Alessandro Volta yang, dengan mengembangkan baterai listrik, agak mengekang minat ilmiah tentang potensi listrik pada makhluk hidup.
abad XIX
Salah satu kontribusi utama pada abad ke-19 adalah profesor fisiologi Du Bois-Reymond di Berlin, yang membangun galvanometer dan melakukan studi tentang arus otot dan potensi listrik saraf. Objek kajian ini menjadi salah satu titik asal biofisika.
Lain dari mereka adalah kekuatan yang bertanggung jawab untuk aliran pasif materi dalam organisme hidup, khususnya gradien difusi dan tekanan osmotik. Sepanjang garis ini, kontribusi Abbé JA Nollet dan Adolf Fick menonjol.
Yang terakhir adalah orang yang menerbitkan teks biofisik pertama Die medizinische Physik atau Fisika Medis dalam bahasa Spanyol . Dalam karya Fick, tidak ada eksperimen yang dilakukan, melainkan analogi dengan hukum aliran panas dimunculkan, yang memungkinkan untuk mengucapkan hukum yang mengatur difusi. Percobaan selanjutnya di laboratorium menunjukkan bahwa analogi itu tepat.
Abad ke dua puluh
Abad kedua puluh ditandai dengan dimulainya dominasi tertentu ilmuwan Jerman, yang berkonsentrasi mempelajari efek radiasi.
Tonggak penting periode ini adalah penerbitan buku Qué es la vida? , oleh Erwin Schrödinger pada tahun 1944. Ini mengusulkan keberadaan molekul pada makhluk hidup yang mengandung informasi genetik dalam ikatan kovalen.
Buku ini dan gagasan itu mengilhami ilmuwan lain dan menuntun mereka untuk menemukan struktur heliks ganda DNA pada tahun 1953. James Watson, Rosalind Franklin, dan Francis Crick-lah yang membuat penemuan itu.
Pada paruh kedua abad ke-20, ada bukti kematangan biofisika. Pada masa itu program universitas sudah dipresentasikan dan populer di negara-negara lain di luar Jerman. Selain itu, penyelidikan semakin mendapatkan ritme.
Apa yang dipelajari (objek studi)
Biomekanika adalah salah satu cabang dari biofisika. Sumber: Mutuauniversal [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Bidang studi biofisika meluas ke semua skala organisasi biologis, dari molekuler hingga organik dan sistem lain yang lebih kompleks. Tergantung pada fokus perhatiannya, biofisika dapat dibagi menjadi cabang-cabang berikut:
– Biomekanika: mempelajari struktur mekanik yang ada pada makhluk hidup dan yang memungkinkan pergerakannya.
– Bioelectricity: mempelajari proses elektromagnetik dan elektrokimia yang terjadi pada organisme atau yang menghasilkan efek pada mereka.
– Bioenergi: objek kajiannya adalah transformasi energi yang terjadi dalam biosistem.
– Bioakustik: itu adalah ilmu yang menyelidiki produksi gelombang suara, transmisi mereka dengan beberapa cara dan ditangkap oleh hewan lain atau sistem kehidupan.
– Biophotonics: berfokus pada interaksi makhluk hidup dengan foton.
– Radiobiologi : mempelajari efek biologis radiasi (pengion dan non pengion) dan aplikasinya di lapangan dan laboratorium.
– Dinamika protein: mempelajari pergerakan molekul protein dan mempertimbangkan struktur, fungsi, dan pelipatannya.
– Komunikasi molekuler : berfokus pada mempelajari generasi, transmisi dan penerimaan informasi antara molekul.
Kegunaan
Topik yang diselidiki oleh biofisika mungkin tumpang tindih dengan topik biokimia, biologi molekuler, fisiologi, nanoteknologi, bioteknologi, biologi sistem, biologi komputasi atau kimia-fisika, antara lain. Namun, kita akan mencoba membatasi aplikasi utama biofisika.
Dengan ditemukannya DNA dan strukturnya, biofisika telah berkontribusi pada pembuatan vaksin, pengembangan teknik pencitraan yang memungkinkan diagnosis penyakit dan pembuatan metode farmakologis baru untuk mengobati patologi tertentu.
Dengan pemahaman biomekanik, cabang biologi ini memungkinkan untuk merancang prostesis yang lebih baik dan bahan nano yang lebih baik yang dapat digunakan untuk mengantarkan obat.
Saat ini, biofisika telah mulai fokus pada isu-isu yang berkaitan dengan perubahan iklim dan faktor lingkungan lainnya. Misalnya, pekerjaan sedang dilakukan pada pengembangan biofuel melalui mikroorganisme hidup untuk menggantikan bensin.
Komunitas mikroba juga sedang diselidiki dan polutan di atmosfer sedang dilacak dengan pengetahuan yang diperoleh.
Konsep utama
– Sistem : merupakan kumpulan unsur-unsur yang teratur yang termasuk di antara batas-batas nyata atau imajiner, yang saling terkait dan berinteraksi satu sama lain.
– Protein : molekul besar yang ditemukan di semua sel hidup. Mereka terdiri dari satu atau lebih rantai panjang asam amino yang berperilaku seperti mesin yang melakukan berbagai fungsi, seperti struktural (sitoskeleton), mekanik (otot), biokimia (enzim) dan pensinyalan sel (hormon).
– Biomembran : sistem cairan yang memenuhi berbagai fungsi biologis dimana mereka harus menyesuaikan komposisi dan keragamannya. Mereka adalah bagian dari sel semua makhluk hidup dan itu adalah tempat di mana molekul kecil yang tak terhitung jumlahnya disimpan dan berfungsi sebagai jangkar untuk protein.
– Konduksi : itu adalah aliran panas melalui media padat karena getaran internal molekul, serta elektron bebas dan tumbukan di antara mereka.
– Konveksi : mengacu pada aliran energi melalui arus fluida (cair atau gas), itu adalah pergerakan volume cairan atau gas.
– Radiasi : perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik.
– Deoxyribonucleic acid (DNA) : nama kimia dari molekul yang mengandung informasi genetik pada semua makhluk hidup. Fungsi utama mereka adalah untuk menyimpan informasi jangka panjang untuk membangun dengan komponen sel lainnya, mereka juga memiliki instruksi yang digunakan untuk pengembangan dan fungsi semua organisme hidup.
– Impuls saraf : merupakan impuls elektrokimia yang berasal dari sistem saraf pusat atau organ indera dengan adanya stimulus. Gelombang listrik yang berjalan melalui seluruh neuron ini selalu ditransmisikan secara searah, masuk melalui dendrit sel dan keluar melalui akson.
– Kontraksi otot: proses fisiologis di mana otot-otot mengencang, menyebabkan mereka memendek, tetap atau meregang karena geser dari struktur yang menyusunnya. Siklus ini terkait dengan struktur serat otot dan transmisi potensial listrik melalui saraf.
Metode
Ahli biofisika AV Hill menganggap bahwa sikap mental akan menjadi alat utama ahli biofisika. Dengan ini sebagai dasar, ia berpendapat bahwa ahli biofisika adalah individu yang dapat mengekspresikan masalah dalam istilah fisik, dan yang tidak dibedakan oleh teknik tertentu yang digunakan tetapi dengan cara mereka merumuskan dan menyerang masalah.
Ditambah dengan ini adalah kemampuan untuk menggunakan teori fisika yang kompleks dan alat fisik lainnya untuk mempelajari benda-benda alam. Selain itu, mereka tidak bergantung pada instrumen yang dibuat secara komersial, karena mereka biasanya memiliki pengalaman merakit peralatan khusus untuk memecahkan masalah biologis.
Otomatisasi analisis kimia dan proses diagnostik lainnya menggunakan komputer adalah aspek yang perlu dipertimbangkan dalam metode biofisika saat ini.
Selain itu, ahli biofisika mengembangkan dan menggunakan metode pecaralan komputer, yang dengannya mereka dapat memanipulasi dan mengamati bentuk dan struktur molekul kompleks, serta virus dan protein.
Referensi
- Solomon, A. (2018, 30 Maret). Biofisika. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan di britannica.com
- Biofisika. (2019, 18 September). Wikipedia, Ensiklopedia. Dipulihkan dari wikipedia.org
- Kontributor Wikipedia. (2019, 23 September). Biofisika. Di Wikipedia, Ensiklopedia Bebas . Dipulihkan dari wikipedia.org
- Apa itu biofisika? Ketahui cabang-cabang studinya dan sejarahnya. (2018, 30 November). Dipulihkan dari branchdelabiologia.net
- Masyarakat Byofisika. (2019) Apa Itu Biofisika . Dipulihkan dari biophysics.org
- Nah, Nasif. (2007) Artikel Didaktik: Biofisika. Organisasi Kabinet Biologi. Dipulihkan dari biocab.org
