Читать онлайн «Курс лекций по биофизике»
Автор Бакулина Анна Александровна
ВВЕДЕНИЕ
Физика получила свое наименование от греческого слова физис – природа. Физические явления происходят в космосе и микромире, в неорганических и органических веществах, в неживой и живой природе. В настоящее время физику можно определить как науку о свойствах и строении материи, о простейших и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и об их взаимных превращениях. Поэтому понятия и законы физики лежат в основе всего естествознания.
Многообразные формы движения материи, будучи качественно различными, изучаются разными науками: физикой, химией, биологией и др. Материалистическая философия утверждает, что высшую форму движения материи (например, биологическую) нельзя свести к низшей, физической, форме движения, однако, не принимая во внимание физических явлений, невозможно понять механизм явлений более высокого порядка. Животные и растения представляют собой системы, в которых протекают физические и химические процессы, но жизнь как высшую, биологическую, форму движения материи можно понять только на основе комплексного к ней подхода. Развитие биологии показало, что для познания элементарных биологических явлений необходимо применение понятий и методов точных наук. И поэтому на стыке биологии, физики и химии возникла новая наука – биофизика, изучающая физические и физико-химические процессы в биологических системах на всех уровнях их организации и влияние различных физических факторов на живые организмы.
Нелегко было дать определение этой новой науки, что видно из высказываний ведущих советских биофизиков 60–70-х годов. Так, Л. А. Блюменфельд считал биофизику разделом биологии, использующим для объяснения биологических процессов физические, химические и математические методы, и это было оправдано, поскольку предметом исследования биофизики являются биологические объекты. Б. Н. Тарусов, учитывая огромное значение для этой науки физической химии, определял биофизику как «физическую химию и химическую физику биологических систем», а М. В. Волькенштейн считает, что, поскольку биофизическое исследование начинается с физической постановки задачи, относящейся к живой природе, то биофизика есть «физика явлений жизни, изучаемых на всех уровнях, начиная с молекул и кончая биосферой в целом». Такое различие в определениях не случайно и каждое из них по-своему верно. В самом деле, по изучаемым объектам биофизика близка к биологии, а по области исследуемых явлений и по применяемым методам – к физике. В настоящее время биофизика – наука вполне сформировавшаяся и самостоятельная.
Как самостоятельная отрасль науки биофизика оформилась в 1961 г. в соответствии с решением I Международного биофизического конгресса. Согласно классификации, принятой этим конгрессом, биофизика включает четыре раздела. Молекулярная биофизика, которая рассматривает строение и физические свойства биологических макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и др. ) и молекулярных комплексов, составляющих основу живых организмов, а также происходящие в этих системах превращения и миграцию энергии. Биофизика клетки исследует структуру клетки и ее органелл, происходящие в них физико-химические процессы, проявления физико-химической активности клетки, ее электрические свойства, клеточную энергетику и термодинамику.
Физика получила свое наименование от греческого слова физис – природа. Физические явления происходят в космосе и микромире, в неорганических и органических веществах, в неживой и живой природе. В настоящее время физику можно определить как науку о свойствах и строении материи, о простейших и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и об их взаимных превращениях. Поэтому понятия и законы физики лежат в основе всего естествознания.
Многообразные формы движения материи, будучи качественно различными, изучаются разными науками: физикой, химией, биологией и др. Материалистическая философия утверждает, что высшую форму движения материи (например, биологическую) нельзя свести к низшей, физической, форме движения, однако, не принимая во внимание физических явлений, невозможно понять механизм явлений более высокого порядка. Животные и растения представляют собой системы, в которых протекают физические и химические процессы, но жизнь как высшую, биологическую, форму движения материи можно понять только на основе комплексного к ней подхода. Развитие биологии показало, что для познания элементарных биологических явлений необходимо применение понятий и методов точных наук. И поэтому на стыке биологии, физики и химии возникла новая наука – биофизика, изучающая физические и физико-химические процессы в биологических системах на всех уровнях их организации и влияние различных физических факторов на живые организмы.
Нелегко было дать определение этой новой науки, что видно из высказываний ведущих советских биофизиков 60–70-х годов. Так, Л. А. Блюменфельд считал биофизику разделом биологии, использующим для объяснения биологических процессов физические, химические и математические методы, и это было оправдано, поскольку предметом исследования биофизики являются биологические объекты. Б. Н. Тарусов, учитывая огромное значение для этой науки физической химии, определял биофизику как «физическую химию и химическую физику биологических систем», а М. В. Волькенштейн считает, что, поскольку биофизическое исследование начинается с физической постановки задачи, относящейся к живой природе, то биофизика есть «физика явлений жизни, изучаемых на всех уровнях, начиная с молекул и кончая биосферой в целом». Такое различие в определениях не случайно и каждое из них по-своему верно. В самом деле, по изучаемым объектам биофизика близка к биологии, а по области исследуемых явлений и по применяемым методам – к физике. В настоящее время биофизика – наука вполне сформировавшаяся и самостоятельная.
Как самостоятельная отрасль науки биофизика оформилась в 1961 г. в соответствии с решением I Международного биофизического конгресса. Согласно классификации, принятой этим конгрессом, биофизика включает четыре раздела. Молекулярная биофизика, которая рассматривает строение и физические свойства биологических макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и др. ) и молекулярных комплексов, составляющих основу живых организмов, а также происходящие в этих системах превращения и миграцию энергии. Биофизика клетки исследует структуру клетки и ее органелл, происходящие в них физико-химические процессы, проявления физико-химической активности клетки, ее электрические свойства, клеточную энергетику и термодинамику.
