BIOFISIKA: SEJARAH, APA YANG DIPELAJARI, APLIKASI, KONSEP, METODE - BIOLOGI - 2025

The biofisika adalah studi tentang hukum-hukum fisika yang beroperasi dalam organisme hidup. Ini adalah ilmu interdisipliner yang menerapkan pendekatan dan metode fisika untuk mempelajari fenomena biologis.

Juga dikenal sebagai biologi fisika, bagian dari gagasan bahwa semua fenomena yang diamati di alam memiliki penjelasan ilmiah yang dapat diprediksi dan bahwa semua sistem kehidupan terdiri dari proses-proses berdasarkan hukum fisika.

Heliks ganda rantai DNA. Salah satu temuan utama dalam biofisika. Sumber: Joseluissc3

Diskusi di mana biofisika dianggap sebagai cabang fisika, biologi atau keduanya adalah hal biasa. Dalam hal ini, penting untuk dicatat bahwa kecenderungannya adalah menganggapnya sebagai cabang biologi.

Ini karena pertukaran pengetahuan biasanya dihasilkan dari fisika ke biologi, yang telah diperkaya oleh kemajuan dan konsep fisik. Tetapi kontribusi yang sama tidak dapat ditegaskan secara terbalik, yaitu dari sudut fisika murni tidak dapat dikatakan bahwa biofisika menawarkan pengetahuan baru.

Biofisika memberikan bukti eksperimental pada fisika dan dengan demikian memungkinkannya untuk menguatkan teori, tetapi pertukaran antara fisika dan biologi jelas searah.

Ahli biofisika dilatih dalam ilmu kuantitatif fisika, matematika, dan kimia untuk mempelajari segala sesuatu yang berkaitan dengan fungsi, struktur, dinamika, dan interaksi sistem biologis. Sistem ini mencakup molekul kompleks, sel, organisme, dan ekosistem.

Sejarah

Asal usul biofisika berasal dari abad ketujuh belas ketika ilmu pengetahuan alam belum dibagi sebagai disiplin ilmu yang terpisah dan pada saat penyelidikan pertama bioluminesensi ditemukan.

Studi pertama yang terdeteksi adalah yang dilakukan oleh Yesuit Jerman, Athanasius Kircher (1602-1680), yang menerbitkan karyanya Ars Magna Lucis et Umbrae dan mendedikasikan dua bab untuk luminescence hewan.

Hubungan antara listrik dan biologi menjadi subyek spekulasi tidak hanya di abad ketujuh belas, tetapi juga di dua abad berikutnya. Dalam pendekatannya, ketertarikan manusia pada hewan dan listrik alami, seperti kunang-kunang atau petir alami, menjadi jelas.

Dalam jalur penelitian ini, di Italia, dan pada pertengahan abad ke-18, eksperimen Giovanni Beccaria pada stimulasi listrik otot terdeteksi, yang menghasilkan pengetahuan di bidang ini.

Pada 1786, Luigi Galvani memulai kontroversi seputar potensi listrik pada hewan. Lawannya tak lain adalah Alessandro Volta yang, dengan mengembangkan baterai listrik, agak mengekang minat ilmiah tentang potensi listrik pada makhluk hidup.

Abad XIX

Salah satu kontribusi utama di abad ke-19 adalah kontribusi Du Bois-Reymond, profesor fisiologi di Berlin, yang membuat galvanometer dan melakukan studi tentang arus otot dan potensi listrik saraf. Objek kajian inilah yang menjadi salah satu titik asal mula biofisika.

Yang lainnya adalah gaya yang bertanggung jawab atas aliran pasif materi dalam organisme hidup, khususnya gradien difusi dan tekanan osmotik. Sejalan dengan itu, kontribusi Pater JA Nollet dan Adolf Fick menonjol.

Yang terakhir adalah orang yang menerbitkan teks biofisik pertama Die medizinische Physik atau Fisika Medis dalam bahasa Spanyol. Dalam karya Fick, tidak ada eksperimen yang dilakukan, melainkan analogi dengan hukum aliran panas yang dimunculkan, yang memungkinkan untuk menyatakan hukum yang mengatur difusi. Eksperimen laboratorium selanjutnya menunjukkan bahwa analoginya tepat.

Abad ke dua puluh

Abad kedua puluh ditandai dengan diawali dengan penguasaan tertentu ilmuwan Jerman, yang berkonsentrasi mempelajari efek radiasi.

Tonggak penting dari periode ini adalah penerbitan buku ¿Qué es la vida? , oleh Erwin Schrödinger pada tahun 1944. Dalam hal ini, diusulkan keberadaan molekul pada makhluk hidup yang mengandung informasi genetik dalam ikatan kovalen.

Buku ini dan ide itu menginspirasi ilmuwan lain dan menuntun mereka untuk menemukan struktur heliks ganda DNA pada tahun 1953. Adalah James Watson, Rosalind Franklin dan Francis Crick yang membuat penemuan.

Pada paruh kedua abad ke-20 ada bukti kematangan biofisika. Pada masa itu, program universitas telah disajikan dan populer di negara lain di luar Jerman. Selain itu, investigasi itu mendapatkan ritme yang semakin banyak.

Apa yang dipelajari (objek studi)

Biomekanik merupakan salah satu cabang ilmu biofisika. Sumber: Mutuauniversal

Bidang studi biofisika meluas ke semua skala organisasi biologis, dari molekuler hingga organik dan sistem lain yang lebih kompleks. Tergantung pada fokus perhatiannya, biofisika dapat dibagi menjadi cabang-cabang berikut:

- Biomekanik: mempelajari struktur mekanis yang ada pada makhluk hidup dan yang memungkinkan terjadinya pergerakan.

- Bioelectricity: mempelajari proses elektromagnetik dan elektrokimia yang terjadi pada organisme atau yang menghasilkan efek pada organisme tersebut.

- Bioenergetika: objek kajiannya adalah transformasi energi yang terjadi dalam biosistem.

- Bioakustik: ini adalah ilmu yang menyelidiki produksi gelombang suara, transmisi mereka dengan beberapa cara dan ditangkap oleh hewan lain atau sistem kehidupan.

- Biophotonics: berfokus pada interaksi makhluk hidup dengan foton.

- Radiobiologi : mempelajari efek biologis radiasi (pengion dan non-pengion) serta aplikasinya di lapangan dan laboratorium.

- Dinamika protein: pelajari pergerakan molekul protein dan pertimbangkan struktur, fungsi, dan lipatannya.

- Komunikasi molekuler : berfokus pada mempelajari pembuatan, transmisi dan penerimaan informasi antar molekul.

Aplikasi

Topik yang diselidiki oleh biofisika mungkin tumpang tindih dengan topik biokimia, biologi molekuler, fisiologi, nanoteknologi, bioteknologi, biologi sistem, biologi komputasi atau kimia-fisika, antara lain. Namun, kami akan mencoba membatasi aplikasi utama biofisika.

Dengan penemuan DNA dan strukturnya, biofisika telah berkontribusi pada pembuatan vaksin, pengembangan teknik pencitraan yang memungkinkan diagnosis penyakit, dan generasi metode farmakologis baru untuk mengobati patologi tertentu.

Dengan pemahaman biomekanik, cabang biologi ini telah memungkinkan untuk merancang protesa yang lebih baik dan bahan nano yang lebih baik untuk mengantarkan obat.

Saat ini, biofisika mulai fokus pada isu-isu yang berkaitan dengan perubahan iklim dan faktor lingkungan lainnya. Misalnya, pekerjaan sedang dilakukan untuk mengembangkan biofuel melalui mikroorganisme hidup untuk menggantikan bensin.

Komunitas mikroba juga sedang diselidiki dan polutan di atmosfer dilacak dengan pengetahuan yang diperoleh.

Konsep utama

- Sistem : ini adalah kumpulan elemen yang teratur termasuk antara batas nyata atau imajiner, yang saling terkait dan berinteraksi satu sama lain.

- Protein : molekul besar ditemukan di semua sel hidup. Mereka terdiri dari satu atau lebih rantai panjang asam amino yang berperilaku seperti mesin yang menjalankan berbagai fungsi, seperti struktural (sitoskeleton), mekanik (otot), biokimia (enzim) dan pensinyalan sel (hormon).

- Biomembran : sistem fluida yang memenuhi berbagai fungsi biologis yang harus disesuaikan dengan komposisi dan keragamannya. Mereka adalah bagian dari sel semua makhluk hidup dan itu adalah tempat di mana molekul kecil yang tak terhitung jumlahnya disimpan dan berfungsi sebagai jangkar bagi protein.

- Konduksi : aliran panas melalui media padat akibat getaran internal molekul, serta elektron bebas dan tumbukan di antara mereka.

- Konveksi : mengacu pada aliran energi melalui arus fluida (cair atau gas), itu adalah pergerakan volume cairan atau gas.

- Radiasi : perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik.

- Asam deoksiribonukleat (DNA) : nama kimiawi dari molekul yang mengandung informasi genetik pada semua makhluk hidup. Fungsi utamanya adalah untuk menyimpan informasi jangka panjang untuk membangun dengan komponen sel lainnya, mereka juga memiliki instruksi yang digunakan untuk pengembangan dan pengoperasian semua organisme hidup.

- Impuls saraf : ini adalah impuls elektrokimia yang berasal dari sistem saraf pusat atau di organ indera dengan adanya stimulus. Gelombang listrik yang mengalir melalui seluruh neuron ini selalu dikirim secara searah, masuk melalui dendrit sel dan keluar melalui akson.

- Kontraksi otot: proses fisiologis di mana otot-otot menegang, menyebabkannya memendek, bertahan atau meregang karena tergelincirnya struktur yang menyusunnya. Siklus ini terkait dengan struktur serat otot dan transmisi potensi listrik melalui saraf.

Metode

Ahli biofisik AV Hill menganggap bahwa sikap mental akan menjadi alat utama seorang ahli biofisika. Dengan dasar ini, ia berpendapat bahwa ahli biofisika adalah individu yang dapat mengungkapkan suatu masalah dalam istilah fisik, dan yang tidak dibedakan oleh teknik tertentu yang digunakan tetapi dengan cara mereka merumuskan dan menyerang masalah.

Selain itu, kemampuan untuk menggunakan teori fisika kompleks dan alat fisik lainnya untuk mempelajari objek alam. Selain itu, mereka tidak bergantung pada instrumen yang dibuat secara komersial, karena mereka biasanya memiliki pengalaman merakit peralatan khusus untuk memecahkan masalah biologis.

Otomatisasi analisis kimia dan proses diagnostik lainnya menggunakan komputer merupakan aspek yang perlu dipertimbangkan dalam metode biofisik saat ini.

Selain itu, ahli biofisika mengembangkan dan menggunakan metode pemodelan komputer, yang dengannya mereka dapat memanipulasi dan mengamati bentuk dan struktur molekul kompleks, serta virus dan protein.

Referensi

1. Solomon, A. (2018, 30 Maret). Biofisika. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan di britannica.com
2. Biofisika. (2019, 18 September). Wikipedia, Ensiklopedia. Dipulihkan dari wikipedia.org
3. Kontributor Wikipedia. (2019, 23 September). Biofisika. Di Wikipedia, The Free Encyclopedia. Dipulihkan dari wikipedia.org
4. Apa itu biofisika? Ketahui cabang studi dan sejarahnya. (2018, 30 November). Dipulihkan dari Branchdelabiologia.net
5. Masyarakat Byofisika. (2019) Apa Itu Biofisika. Dipulihkan dari biophysics.org
6. Nahle, Nasif. (2007) Artikel Didaktik: Biofisika. Organisasi Kabinet Biologi. Dipulihkan dari biocab.org