Biophysique

Définition

La biophysique est la science qui étudie la biologie avec les principes et les méthodes de la physique appliqués à la molécule. Elle étudie des phénomènes de la vie en faisant un large appel aux méthodes et appareillage de la physique, incluant le niveau moléculaire.

Photographie numérique de biophysique moléculaire :

La biophysique peut, par exemple, théoriser et calculer la diffusion de la chaîne peptidique pour créer une image biomoléculaire. Ces images numériques de biophysique sont spectaculaires.

Explications

La biophysique est la branche du savoir qui applique les principes de la physique et de la chimie ainsi que les méthodes d'analyse mathématique et de modélisation informatique aux systèmes biologiques, avec pour objectif ultime de comprendre à un niveau fondamental la structure, la dynamique, les interactions et, en fin de compte, la fonction des systèmes biologiques. La biophysique cherche à expliquer la fonction biologique en termes de propriétés physiques de molécules spécifiques. La taille de ces molécules varie des petits acides gras et sucres (~1 nm) aux macromolécules comme les protéines (5–10 nm), les amidons (> 1000 nm) et les molécules d'ADN extrêmement allongées (plus de 10 000 000 nm = 1 cm de long mais seulement 20 nm de large).

La biophysique est une branche de la biomécanique et la biochimie, ou de la biologie. Au nombre des chapitres de la biologie spécialement appréhendés par ce biais efficace, il y a : l'action des diverses formes d'énergie sur les êtres vivants ou les répercussions sur la vie cellulaire des phénomènes liés à l'ionisation, à l'état colloïdal, au potentiel hydrogène (ou pH).

Domaine d'études

D'un point de vue biophysique, il est concevable que les connaissances et les approches accumulées dans la physique "pure" peuvent être appliquées à l'étude des systèmes biologiques. Dans ce cas, la biophysique donne connaissance à la biologie, mais pas à la physique; cependant, elle offre des preuves expérimentales physiques qui corrobore les théories. Des exemples à cet égard sont la physique de l'audition, la biomécanique, le biomimétisme, les processus moléculaires, la communication moléculaire, entre autres domaines de la biologie connectés par la physique.

D'autres études estiment qu'il y a des branches de la physique à développer en profondeur comme des problèmes physiques spécifiquement liés à la matière vivante. Par exemple, les polymères biologiques, typiquement chez les protéines, ne sont pas assez grandes afin qu'elles puissent être traitées comme un système mécanique, tandis qu'elles ne sont pas assez petites pour être traitées comme des molécules uniques en solution. Des variations d'énergie qui existent au cours d'une réaction chimique catalysée par une enzyme, ou des phénomènes tels que le couplage chimique osmotique, semblent nécessiter une approche physique théorique profonde en plus d'une évaluation biologique.

Entre ces deux extrêmes, il y a des problèmes tels que la génération et la propagation de l'influx nerveux où une pensée biologique plus une pensée physique doivent être considérées comme quelque chose de qualitativement nouveau qui apparaît avec la vision intégrée du problème.

Dynamique moléculaire

Une sous-discipline de la biophysique est la dynamique moléculaire, qui tente d'expliquer les propriétés chimiques de biomolécules à travers sa structure et les propriétés dynamiques et l'équilibre.

En biophysique, de nombreux efforts sont consacrés à la détermination de la structure et de la dynamique de molécules biologiques spécifiques et de l'architecture plus vaste dans laquelle elles s'assemblent. Une partie de ces efforts consiste à inventer de nouvelles méthodes et à construire de nouveaux instruments pour observer ces structures dynamiques en action. En outre, les biophysiciens s'intéressent de plus en plus aux propriétés mécaniques des systèmes biologiques, sur des échelles de longueur allant du nanomètre au mètre.

La biophysique est pertinente pour la médecine, et de nombreux biophysiciens orientent leurs recherches vers les biomolécules qui jouent un rôle clé dans les maladies. Les exemples incluent la maladie d'Alzheimer, la SLA ("maladie de Lou Gehrig"), le VIH, le diabète, le cancer du sein et la sclérose en plaques. Par conséquent, bien que l'accent principal de la biophysique soit mis sur la science fondamentale plutôt que sur les applications médicales, bon nombre de biophysiciens ont des interactions étroites avec le corps enseignant des facultés de médecine, et beaucoup occupent des postes au sein des facultés de médecine.

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