سرفصل های درس بیوفیزیک

نام بسته درسی : بیو فیزیک

————————————————–

فهرست:

آغاز علوم جدید

ماکرومولکول­ها

آرایش فضایی مونومرها

اسیدهای آمینه

طبقه­ بندی انواع ساختارهای پروتئین­ها

اسید و باز

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

اتم هیدروژن

اتم­های چند الکترونی

پتانسیل و نیروهای مولکولی

برهم کنشهای غیر کووالان

گرما

انرژی آزاد

واکنشهای کوپل شده

طیف سنجی

رسوب­گذاری

بخش هایی از بسته درسی بیو فیزیک

آغاز علوم جديد :

شايد سرآغاز علوم جديد با مطالعه و فرمول بندي کرن قوانين حرکت سياره ها توسط يوهان کپلر بنا نهاده شد. قوانين سياره‌اي کپلر نه تنها به علت نتايج‌شان بلکه به علت تغيير روش در بحث و دليل آوري از اهميت بنيادي برخوردارند. کپلر در کتابش اشاره مي‌کند که معيار اعتبار يک بحث، گذراندن آن از خلال آزمايشهاي متعدد و ملموس است.

کپلر يک ستاره شناس بود که در 1571 ميلادي در آلمان به دنيا آمد. تمايل وي براي يافتن کاربردهاي دقيق‌تر تأثيرات جادويي سياره‌ها و ستاره ها در زندگي انسان، به کنجاوي در مورد چگونگي حرکت سياره‌ها منجر شد. وي به پديده عليت معتقد بود و اين باور درآن دوره، افراطي به شمار مي‌آمد. کپلر اعتقاد داشت که سيارات به سبب حضور نيرويي خاص در مدارهاي خود حرکت مي‌کنند، نيرويي که «مانند نور خورشيد پخش مي‌شود» و سيارات را در حرکت نگه مي‌دارد. با وجود اين که نيوتن بعدها نشان داد اين ايده اشتباه است، اين تفکر که «پديده ها به علت نيروهايي مکانيکي و قابل اندازه گيري» اتفاق مي‌افتد. در آن زمان تفکري نوآورانه بود. اين طرف تفکر مبتني بر اصل عليت نشان مي‌داد که اين نيروهاي مکانيکي را مي‌توان مشاهده، اندازه گيري و استفاده نمود تا يک مدل هندسي دقيق براساس نيروها (علتها) براي پيش گويي آينده (معلولها) بنا کرد. همچنين اين طرز تفکر نشان مي‌داد که اعمال نيروهاي (شرايط) مساوي بر يک سيستم، نتايج مشابهي ايجاد مي‌کند.

از ديدگاهي ديگر، کپلر يکي از نخستين بيوفيزيکدانها بود. وي بدون هيچ دليل واضحي، باور داشت که مي‌توان با جايگاه سيارات و ستاره‌ها، نيروهاي اسرار آميز حيات را تحت تأثير قرار داد. به عنوان يک ستاره شناس او باور داشت که نيروهايي که بين اجرام آسماني و دنياي انسانها حکمفرما هستند الگويي قابل پيش بيني دارند.

وي همچنين باور داشت که قوانين حاکم بر ارتباطات بين رفتار انسانها و جايگاه سيارات را يافته است. وي چنين فرض کرد که بر نيروهاي نجومي قوانين مکانيکي حکمفرماست؛ بنابراين اگر او مي‌توانست دقيقاً اعمال (حرکات و جايگاه‌هاي) اجرام سماوي را بشناسد، مي‌توانست از اين قوانين براي پيش بيني اثرات آنها بر حيات استفاده کند. با استفاده از فيزيک اجرام آسماني، وي مي‌توانست پديده‌هاي زيستي را بهتر درک کند. امروزه ما در مورد صحت قوانين ستاره شناسي وي ترديد داريم و اين قوانين از اعتبار کافي برخوردار نيستند، و در واقع آنها را با قوانين شيمي و زيست شناسي سلولي مولکولي جايگزين کرده‌ايم، اما فرض اين که رفتارهاي زيستي را با درک قوانين فيزيکي حاکم بر جهان مي‌توان پيش بيني کرد فرض بنياديني است که اساس شيمي فيزيک^[1] جديد را تشکيل مي‌دهد.

زماني که پلر ارتباط بين ماهيت فيزيکي جهان و سيستم‌هاي زيستي را دريافت، سعي کرد مدلي از جهان درست کند که معرف سيستم‌هاي طبيعي (سياره‌ها و ستاره‌ها) باشد. برخلاف شيوه سنتي ارسطويي و افلاطوني و بطلميوسي، مدل کپلر براساس تفکر صرف اعتبار نمي‌يافت بلکه بيشتر به سبب مشاهدات تجربي معتبر بود. به اين ترتيب کپلر از عناصر اصلي مدل علمي جديد براي وضع قوانين مکانيکي خود بهره گرفت:

1ـ وي از يک سيستم طبيعي استفاده کرد و پديده‌هاي قابل مشاهده را به صورت يک بُعدي بر گزيد.

2ـ اين سيستم‌ با مشخص کردن ويژگي‌هاي اين پديده‌هاي قابل مشاهده و يا مشخص کردن چگونگي ارتباط اين پديده‌ها به يکديگر توصيف مي‌شود.

3ـ با اين که مي‌توان اين مسئله را به صورت نظري (تئوري) حل کرد، تماس با واقعيت سيستم طبيعي کاملاً از طريق پديده‌هاي قابل مشاهده انجام مي‌شود.

در مباحث بیوشیمی – فیزیکی، مطالعه ویژگی ماکرومولکولهای زیستی مانند پروتئینها RNA و DNA و پلی ساکاریدها از اهمیت خاصی برخوردار است. بررسی ویژگیهای فیزیکی این ماکرومولکولها، توصیف ساختار آنها را در سطوح مختلف از سطوح اتمی تا اجتماعات چند زیر واحدی، فراهم می کند. برای سنجش این ویژگیهای فیزیکی، یک بیوشیمی – فیزیکدان باید برهمکنشهای  مولکولی را با انواع تابشها، و نیز رفتار آنها را در حضور میدان های الکتریکی، مغناطیسی یا گریز از مرکز بررسی کند. در این مبحث به اصول اولیه ای که بنیاد این روشها را تشکیل می دهند خواهیم پرداخت.

نخست، برخی از اصول اولیۀ ساختارها و پیچیدگی های آنها را در درشت مولکولهای زیستی مرور خواهیم کرد. قبلاً در مورد ساختار ماکرومولکولهای زیستی در درس بیوشیمی عمومی به تفصیل بحث شده است و در اینجا، از دیدگاه متفاوتی به آن نگاه خواهد شد؛ از آنجایی که بیوشیمی فیزیک روش کمّی در بررسی ساختار  است، مبحث کنونی بر روی ویژگیهایی متمرکز خواهد بود که بطور مستقیم بر روی ساختارهای این ماکرومولکولها تأثیر می گذارند. این مبحث بطور عمده به ساختارهای پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک می پردازد، اما اصول عمومی که در اینجا معرفی می شود به سایر ماکرومولکولها، مثل پلی ساکاریدها و سیستم های غشایی نیز قابل تعمیم است.

برای مشاوره اینجا بزنید