Metody biofizyczne w badaniach biologicznych

Dwojaki charakter tych procesów (fizyczny i chemiczny) spowodował powstanie dwóch nowych dyscyplin nauki:

• biochemii

• biofizyki

Biofizyka

Stosunkowo nowa dyscyplina badań interdyscyplinarnych wyrosła na gruncie:

• BIOLOGII (pojmowanej jako nauka o organizmach żywych)

• FIZYKI (nauki zajmującej się badaniem określonej klasy zjawisk - zjawisk fizycznych zachodzących na poziomie materii nieożywionej)

Zadania biofizyki

• Badanie zjawisk życiowych metodami fizycznymi

• Badanie zjawisk i procesów fizycznych zachodzących w żywych organizmach

• Specyficzna interpretacja zjawisk życiowych, oparta na metodologii zapożyczonej z nauk fizycznych

WIELKOŚCI FIZYCZNE

BAZOWE:

• Temperatura (T),

• Czas (t),

• Długość (l),

• Masa (m)

POCHODNE:

• Prędkość (V=l/t, gdzie l-droga, t-czas),

• Przyspieszenie(a=V/t),

• Pęd (p=mV, gdzie m-masa)

POMIAR WIELKOŚCI FIZYCZNYCH:

• Wyznaczanie ich wartości liczbowych

WARTOŚCI LICZBOWE WIELKOŚCI FIZYCZNYCH

muszą być podawane w odpowiednich jednostkach

ODDZIAŁYWANIA FUNDAMENTALNE

• Grawitacyjne: prawo powszechnego ciążenia Newtona. Zasięg oddziaływań praktycznie nieograniczony

gdzie stała grawitacji G = 6,67 x 10^-11 [Nm²kg^-2]

^{Elektromagnetyczne: prawo Coulomba. Zasięg praktycznie nieograniczony}

gdzie przenikalność ၥ₀ = 8,85 x 10^-12 [C²N^-1m^-2

• Silne (jądrowe): zasięg bardzo krótki bo do 10^-15m

• Słabe: odpowiedzialne za rozpady wielu cząsteczek elementarnych i spontaniczne przemiany ၢ jąder atomowych; zasięg <10^-15m

IZOTOPY: odmiany tego samego pierwiastka różniące się masą atomową, co wynika z różnej liczby neutronów w jądrze, np. izotopy wodoru: ¹H, ²H, ³H

IZOBARY: odmiany atomu o takiej samej liczbie masowej A, a różniące się liczbą atomową Z

IZOMERY: odmiany atomu o takiej samej liczbie masowej A i atomowej Z, a różniące się stanem energetycznym jądra

Jądro atomowe

Cechy jądra atomowego:

• Ładunek jądra stanowi iloczyn Z x e, gdzie Z - liczba atomowa określająca numer porządkowy pierwiastka w układzie Mendelejewa, a e=1,60 x 10^-19C - określa ładunek elektryczny

• Średnica jądra wynosi 10^-14m

• Masa waha się w granicach 10^-25kg - 10^-27kg

• Gęstość w przypadku jądra uranu osiąga 10¹⁷kg/m³. Jest to wartość porównywalna jedynie z gęstością białych karłów czyli pulsarów!

Energia wiązania nukleonów w jądrze określana jest równaniem: E = mc²

Defekt masy

jest to nierówność sumy mas nukleonów z masą otrzymanego w wyniku ich połączenia jądra:

၄M = ZM_P + (A - Z) x M_n - M_j

Cząsteczki chemiczne

Wiązania chemiczne

• Jonowe (elektrapolarne, heteropolarne) powstają między atomami o różnej elektroujemności, np.

Na⁺ + Cl^- = NaCl

• Kowalencyjne (atomowe, homopolarne). Elementem łączącym jest tu orbital molekularny, np.

H₂, Cl₂, H₂O Wiązania kowalencyjne mają charakter przestrzenny