PALESTRA Nº 8. Biofísica

1. Conceitos gerais e história

Biofísica é uma ciência que estuda os fenômenos físicos e físico-químicos que ocorrem nos organismos vivos. Além disso, esta ciência estuda a estrutura e as propriedades dos biopolímeros, bem como a influência de vários fatores físicos em organismos vivos e sistemas vivos.

Durante o período mais longo da história humana, as ciências foram consideradas "imiscíveis". Muitos séculos se passaram, e a humanidade percebeu que para um maior desenvolvimento é necessário estudar "ciências híbridas". As primeiras tentativas do mundo de aplicar métodos e ideias físicas ao estudo de um organismo vivo foram feitas já no século XVII.

O desenvolvimento adicional da biofísica está associado a:

1) estudando as obras de Luigi Galvani. Em suas obras, ele apresentou a existência de "eletricidade animal" (mais sobre isso será discutido abaixo);

2) o estudo das obras de G. Helmholtz, bem como o estudo e desenvolvimento de acústica e óptica;

3) o estudo da mecânica e energética dos organismos vivos;

4) o estudo das obras de P. P. Lazarev e as obras de Yu. Bernshtein, bem como o estudo da teoria da excitação iônica e da membrana.

A biofísica estuda sistemas integrais sem decompô-los em suas partes componentes. Se, no entanto, as partes componentes são isoladas, então no processo de tal "alocação" do particular do todo, as propriedades do sistema integral que são importantes para a existência normal do sistema serão perdidas. Isso terá principalmente um impacto negativo na própria ciência biofísica. Os polímeros funcionam normalmente apenas nas condições de um sistema integral não perturbado. Portanto, os biofísicos devem inventar novas técnicas e métodos de pesquisa. A principal característica desses métodos é que eles estudam os polímeros precisamente nas condições em que vivem.

Se as propriedades e processos da célula, importantes para a existência normal, foram violados, então, seus parâmetros físicos e químicos também mudam. Sob certas influências, uma célula pode perder várias de suas habilidades (por exemplo, a capacidade de polarizar), embora a aparência das células possa permanecer inalterada.

Mas uma célula pode não apenas perder suas habilidades, mas também adquirir os chamados artefatos.

Artefato para biofísica são estruturas e compostos recém-formados. A principal característica dos artefatos é que eles não estão presentes em células não danificadas, ou seja, em células inteiras.

Com o advento dos microscópios, e depois com o uso de microscópios eletrônicos, os limites do estudo da biologia, química, biofísica e muitas outras ciências se expandiram significativamente. Os cientistas, usando os métodos de microscopia eletrônica, estão tentando revelar os detalhes da estrutura fina de uma substância molecular. Ao mesmo tempo, eles podem tropeçar em artefatos. A que isso pode levar? E aqui está o que:

1) se o artefato for indistinguível por recursos externos, isso pode levar a resultados errôneos. Além da "semelhança externa", aqui também desempenham um papel significativo fatores como a presença de conhecimento suficiente do cientista e a manifestação de sua atenção máxima no processo de estudo da célula;

2) um artefato pode ser descoberto se o cientista tiver conhecimento e informações suficientes e também demonstrar atenção máxima.

A ciência biofísica enfrenta uma série de tarefas teóricas e práticas complexas. Essas tarefas são da competência da biofísica, e outras ciências podem auxiliá-la:

1) a questão da troca de energia em um substrato biológico;

2) estudo do papel das propriedades e estruturas submicroscópicas e físico-químicas na atividade vital das células e tecidos;

3) o surgimento da excitação e a origem dos potenciais bioelétricos;

4) questões de autorregulação de processos físicos e químicos em organismos vivos.

O significado da quarta tarefa, ou seja, a tarefa relativa às questões de autorregulação de processos físico-químicos em organismos vivos, reside no fato de que estruturas supramoleculares ausentes em organismos vivos foram identificadas em preparações histológicas. Está bem estabelecido que as células vivas tem as seguintes propriedades:

1) a presença de um potencial elétrico entre a própria célula e seu ambiente;

2) uma célula viva mantém um gradiente de íons em potássio e sódio entre a célula e seu ambiente;

3) a capacidade de polarizar a corrente elétrica.

Essas propriedades são exclusivas das células vivas. Um dos papéis mais proeminentes na história do surgimento e desenvolvimento da biofísica foi desempenhado pelo notável cientista Luigi Galvani.

2. Luigi Galvani, sua teoria. Disputa com Volt

Luigi Galvani (1737-1798) - um cientista notável, estudou anatomia e fisiologia. Galvani tornou-se um dos fundadores da doutrina da eletricidade. Luigi Galvani também é conhecido por ser o primeiro a chamar a atenção para o fato de que fenômenos elétricos ocorrem durante a contração muscular (esse efeito, ou melhor, o fenômeno, foi chamado de "eletricidade animal").

Luigi Galvani nasceu em 9 de setembro de 1737 na Itália, na cidade de Bolonha. Ele não planejava estudar ciências, mas buscava a solidão e queria conversar em suas orações com o Criador, Deus. Portanto, Galvani primeiro se preparou para tomar o véu como monge, mas não conseguiu sair para morar em um mosteiro. Muito provavelmente, Galvani percebeu que o modo de vida ascético não era para ele, e a história do mundo adquiriu outro cientista notável.

Galvani ingressou na universidade local, depois de se formar, na qual em 1759 começou a preparar sua dissertação científica. Luigi Galvani passa anos inteiros em seu trabalho científico. Em 1762, Galvani defendeu com sucesso sua dissertação, que foi chamada "On Bones". O sucesso de Galvani foi tão grande que ele imediatamente assumiu o cargo de chefe do departamento de anatomia da universidade, na qual havia se formado recentemente. Assim, o trabalho do jovem cientista foi apreciado.

Paralelamente ao seu trabalho científico, Luigi Galvani também se dedicava à prática: cirurgia e obstetrícia. Após 12 anos, em 1774, Galvani, realizando um experimento em um sapo, descobre a "eletricidade animal". Luigi Galvani se interessou por esse fenômeno como fisiologista. Ele estava interessado na capacidade de uma droga morta se manifestar como um material vivo. Ele mudou a posição do fio de metal no corpo do sapo, mudou as fontes de corrente e muitos outros parâmetros.

Conduzindo tal experimento, Luigi Galvani queria usar eletricidade natural como fonte de corrente, mas o tempo estava claro e não havia uma nuvem no céu. O cientista, por puro acaso, pressionou os eletrodos, que estavam presos na medula espinhal do sapo, na grade de ferro em que o sapo estava deitado. Luigi Galvani ficou muito surpreso ao ver que as mesmas contrações apareciam durante os experimentos realizados durante uma tempestade.

Luigi Galvani ficou ainda mais surpreso quando descobriu que os músculos se contraem mesmo quando não há fonte de corrente externa. Descobriu-se que os músculos começam a se contrair mesmo quando duas placas de metais diferentes são simplesmente colocadas sobre eles, conectadas por um condutor.

Outro conhecido cientista, o físico Alessandro Volta, interessou-se por esses experimentos do fisiologista Luigi Galvani. Volta sugeriu que a eletricidade reside nessas duas placas de metais diferentes que Galvani usou. E a eletricidade surge quando essas placas são conectadas por um condutor. Assim, o físico Alessandro Volta tornou-se adversário em uma disputa científica com o fisiologista Luigi Galvani.

Assim começou a maior polêmica entre os dois cientistas. Alessandro Volta insistiu que a fonte de eletricidade eram os metais, enquanto outro insistia que a fonte de corrente eram os animais. Ambos os cientistas conduziram experimentos para confirmar sua teoria. Luigi Galvani, ao que parecia, encontrou evidências irrefutáveis ​​para seu ponto de vista, que consiste em dois elementos:

1) provou que a eletricidade surge sem a participação dos metais;

2) tendo retirado a pele do nervo da perna da rã, Luigi Galvani a trouxe para os músculos. O músculo começou a se contrair.

Alessandro Volta, porém, não se acalmou e não recuou.

Ele também deu provas muito, muito convincentes em favor de seu ponto de vista.

Embora Galvani e Volta acreditassem que apenas um deles estava certo na disputa, depois de um longo período de tempo ficou claro que ambos os pontos de vista têm o direito de existir.

Alessandro Volta era compatriota de Luigi Galvani, pois ambos nasceram na Itália, mas em cidades diferentes. Sua contribuição mais importante para o desenvolvimento da ciência foi a invenção de uma fonte de corrente contínua fundamentalmente nova. Em 1800, Alessandro Volta criou o chamado pilar voltaico. Foi a primeira fonte química de eletricidade. O nome de Alessandro Volta foi imortalizado pelo fato de que a unidade de diferença de potencial do campo elétrico (volt) recebeu seu nome. Volta recebeu seu merecido reconhecimento no século XIX. Em 1800, Napoleão Bonaparte abriu uma universidade em Pavia e Volta foi nomeado professor de física experimental.

Volta também foi apresentado à comissão do Instituto da França; alguns anos depois recebe uma medalha de ouro, bem como o prêmio do primeiro cônsul; ele é convidado a trabalhar em São Petersburgo. O Papa atribui-lhe uma pensão vitalícia e, em França, recebe a Ordem da Legião de Honra.

Mais tarde, Volta mudou-se para viver e trabalhar na Áustria, na Universidade de Pavia. A essa altura, o cientista já havia recebido o nobre título de conde.

As autoridades austríacas cuidaram tanto de Volt que permitiram que ele trabalhasse sem comparecer ao serviço e também confirmaram seu direito a uma pensão vitalícia. Em Pavia, Volta era o reitor da Faculdade de Filosofia.

Alessandro Volta morreu em 5 de março de 1827 em sua terra natal, na cidade italiana de Como.

Autor: Filin S.P.

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