Wybrane zagadnienia biofizyki molekularnej 1100-5BM15

Biofizyka jest dziedziną nauk przyrodniczych rozwiniętą w drugiej połowie XIX wieku w środowisku fizjologów związanych z Wydziałem Chemii Uniwersytetu w Glasgow. Jak to zauważył słynny amerykański fizyk Richard Feynman: “nie ma takiej czynności wykonywanej przez żywe istoty, której nie można by wyjaśnić korzystając z założenia, że składają się one z atomów, zachowujących się zgodnie z prawami fizyki”. Nie dziwi więc, że biofizyka molekularna stała się bardzo ważną częścią biofizyki, a niezwykły postęp jaki dokonał się w ostatnich dekadach w rozwoju technologii umożliwiających prowadzenie eksperymentów na pojedynczych komórkach i pojedynczych molekułach oraz rozwój metod modelowania molekularnego, sprawiły, że biofizyka molekularna stała się również ważną częścią współczesnej fizyki.

Jednym z najważniejszych pytań w biofizyce jest pytanie o pochodzenie zjawiska życia: Wszystkie formy życia składają się z molekuł, które same nie są żywe. Ale czym różnią się materia żywa i nieożywiona? Jak prymitywna forma życia mogła powstać ze zbioru nieożywionych cząsteczek? Mamy więc do czynienia z zagadką przejścia od materii nieożywionej do żywej. Drugie, równej rangi zagadnienie biofizyki molekularnej to pytanie o fizyczne procesy zachodzące w mózgach ludzi, umożliwiające odwzorowywanie się w nich świata i istnienie naszej ludzkiej świadomości. Choć jeszcze daleko w badaniu tych problemów do ich rozwiązania, lektura prac im poświęconych jest niezwykle ciekawa.

Mamy również w biofizyce molekularnej wiele zagadnień nie związanych bezpośrednio z powyższymi problemami natury fundamentalnej lecz równie interesującymi, z których wiele ma potencjalne zastosowania praktyczne w medycynie czy biotechnologii. Należą do nich fizyka enzymów, mechanizmy rozpoznawania się molekuł, molekularne mechanizmy ekspresji genów, mechanizmy sygnalizacji wewnątrz- i międzykomórkowej, rola reakcji kwasowo-zasadowych oraz pH w przebiegu i regulacji molekularnych procesów wewnątrzkomórkowych, rola procesów dyfuzji w przebiegu procesów biomolekularnych, w szczególnosci tych zachodzących w cytoplazmie, woda jako ważny składnik materii żywej i wiele innych. Zagadnienia związane z dyfuzją, szybkością procesów molekularnych, wpływem zatłoczenia molekularnego w cytoplazmie na równowagi molekularne i szybkość procesów molekularnych to przykłady problemów, które stanowią atrakcyjny materiał dla ćwiczen rachunkowych.