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Biofísica: Descripción e Importancia

La biofísica normalmente se ocupa de cuestiones biológicas similares a las de la bioquímica y la biología molecular, pero más cuantitativamente. Los científicos en esta área se dedican a la comprensión de las interacciones entre los diversos sistemas de una célula, incluyendo las interacciones entre ADN, ARN y la biosíntesis de proteínas, así cómo se regulan estas interacciones.

Una gran variedad de técnicas se utilizan para responder a estas preguntas:

Fluorescentes técnicas de imagen, así como microscopía electrónica, cristalografía de rayos X, espectroscopía de RMN, microscopía de fuerza atómica (AFM) y la dispersión de ángulo pequeño (SAS), ambos con rayos X y neutrones (SAXS / SANS) se utilizan a menudo para visualizar estructuras de importancia biológica.

Proteina dinámica pueden ser observados por eco de espín de neutrones espectroscopia. Cambio conformacional en la estructura se puede medir usando técnicas tales como dual interferometría de polarización, dicroísmo circular, SAXS y SANS.

La manipulación directa de las moléculas utilizando pinzas ópticas o AFM, también se puede utilizar para supervisar los eventos biológicos donde las fuerzas y distancias son a escala nanométrica.

Los biofísicos a menudo consideran eventos biológicos complejos como la interacción de los sistemas de entidades, las cuales pueden ser entendidas por ejemplo a través de la mecánica estadística, la termodinámica y la cinética química. Dibujando conocimientos y técnicas experimentales entre una amplia variedad de disciplinas, son capaces de observar directamente e incluso manipular las estructuras e interacciones de las distintas moléculas.

Además de los temas biofísicos tradicionales (es decir, molecular y celular) como biología estructural o enzimáticos , la biofísica moderna abarca una extraordinariamente amplia gama de investigaciones, desde bioelectrónica de biología cuántica , la cual implica herramientas experimentales y teóricas.

Cada vez es más común que los biofísicos apliquen los modelos y técnicas experimentales derivados de la física, así como las matemáticas y las estadísticas , a los sistemas más grandes, como los tejidos, los órganos, las poblaciones y los ecosistemas. Modelos biofísicos se utilizan extensivamente en el estudio de la conducción eléctrica en neuronas, así como el análisis de circuitos neuronales tanto en el tejido y de todo el cerebro.

Importancia mundial

Desde la antigüedad, el hombre ha tratado de entender los fenómenos que ocurren en la naturaleza. El organismo humano es en sí mismo un sistema histórico, en el sentido de que es el resultado de un desarrollo evolutivo filogenético, y él mismo recorre el camino seguido a lo largo de éste desarrollo evolutivo durante su proceso de crecimiento y cambio, desde el cigoto hasta la vejez y la muerte.

La Física corriente de la naturaleza inerte no tiene relación con la Historia. El electrón, átomo y moléculas se caracterizan por sus propiedades físicas constantes, independientes de su origen.

Naturalmente la Física corriente estudia los procesos cinéticos y dinámicos. Sin embargo, no examina la historia individual del cuerpo físico. Lo dicho no significa que en la física de la naturaleza inanimada, no existan problemas históricos. El mismo origen de la naturaleza viviente, su desarrollo evolutivo y el desarrollo individual de cada sujeto es parte del desarrollo del universo en su conjunto, parte del desarrollo del Sistema Solar, parte del desarrollo de la Tierra. Por consiguiente, tiene sentido considerar la afinidad y la diferencia entre la Biofísica de un lado y la Cosmología, la Astrofísica y la Geología del otro.

El pensamiento de los científicos y los filósofos griegos y romanos que vivieron antes de nuestra era: Arquímedes, Euclides, Lucrecio, Aristóteles, Demócrito, etc., aún en la actualidad ayudan para el desarrollo de las investigaciones científicas. Si se busca un hito de referencia en la historia de la ciencia y su enseñanza, a partir de una mirada general veremos como el organismo de la ciencia es en sí mismo un todo unificado. Así fue concebido por los genios del siglo pasado: Leonardo de Vinci, Newton, Galileo, etc., después de los cuales sobrevino la época de la especialización en la que la complejidad del conocimiento hizo que se especializara cada vez más, ahora la ciencia se encausa de nuevo por el camino de un conocimiento natural unificado a través de muchas intersecciones.

Los sistemas biológicos o vivos, que son los que nos interesan especialmente, son sistemas abiertos, policomponentes, que conjugan en sí no sólo un sorprendente equilibrio, sino también una gran estabilidad y sensibilidad a los cambios externos. Estos sistemas, que precisamente se caracterizan por poseer una gran cantidad de variables interrelacionadas representan una gran dificultad incluso para su descripción y análisis efectivo. El problema es mucho más complicado de lo que aparentemente parece, de tal manera que sin la ayuda de las Matemáticas, sería muy difícil incluso entrar a un análisis preliminar de los biosistemas que contienen más de dos variables (las variables internas del sistema, más las variables del medio exterior suman cientos, miles), elegir el mínimo determinante de ellas, aquellas que en forma determinante influyen sobre el comportamiento del sistema como un todo, se convierte en la tarea básica del biólogo. Fue la gran posibilidad de ofrecer soluciones y métodos de estudio para el comportamiento de los biosistemas que ofrece la Física, lo que contribuyó a la fusión de estas dos ramas del conocimiento mediante la Biofísica.

La Física y la Biología ocupan lugares limítrofes o extremos en la cadena de las ciencias sobre la naturaleza: la Física representa el punto más inferior en el desarrollo de la materia, la Biología el más alto. Por ello, la interrelación entre estas dos ciencias y en particular entre estas dos vías de desarrollo de la naturaleza, representa un gran interés desde los puntos de vista filosóficos y epistemológicos.

La palabra Biofísica ha sido empleada con muchos significados, los temas que estudia esta ciencia son incluidos a veces en otras ciencias (Fisiología, Bioquímica, Genética Molecular, Biología Molecular, etc.), sin que sea posible afirmar con certeza si ello sea correcto desde el punto de vista de la sistematización de las ciencias. La ambigüedad reside, como lo hemos expresado anteriormente, en que la Biofísica como las demás ciencias, es interdisciplinaria.

A nivel mundial, existen programas de especialización en Biofísica en algunos de los más prestigiosos centros de investigación del mundo.El organismo que en el ámbito mundial regula los seminarios, congresos y eventos relacionados con la Biofísica, es la Unión Internacional de Biofísica Pura y Aplicada - IUPAB, a la que están adscritos los organismos locales de los diferentes países en los que ella se desarrolla y dentro de los cuales podemos mencionar: Alemania, Bélgica, Canadá, Croacia, Dinamarca, Egipto, España, Francia, Gran Bretaña, Hungría, Holanda, Israel, Italia, Noruega, Polonia, Rumania, Suecia, Suiza, USA. En Latinoamérica son pocos los países en los que se desarrollan actividades académicas e investigativas en Biofísica, existen grupos consolidados en Brasil, Chile, México y Venezuela.