Формирование отдельных областей Б.
Молекулярная
Б. исследует механизм биол. явлений с точки зрения взаимодействия атомов
и молекул, ионов и радикалов. В задачу этого раздела входит изучение пространств,
строения, физико-химич. свойств биологич. систем на молекулярном уровне.
Эта проблематика тесно связана с биохимией, что особенно ярко видно
на примере изучения строения биологически важных макромолекул, выяснение
пространственной структуры к-рых требует биофизич. подхода и решается методом
рентгеноструктурного анализа. Последний был успешно использован для расшифровки
относительно простых биологич. молекул (в 20-х гг. в Англии В. Астбери
удалось частично расшифровать структуру молекулы целлюлозы). Работы
по структуре белка были начаты в 30-х гг. англ, учёным Дж. Берналом. К
1954 англ, исследователи Дж. Кендрю и М. Перу ц нашли метод расчёта пространственного
расположения атомов в молекуле белка. Это позволило рассчитать структуру
миоглобина и гемоглобина, что позволило вскрыть механизм возникновения
серповиднокле-точной анемии и глубже понять природу активного центра
белковой
молекулы. Работы по изучению пространственной структуры белков ведутся
в СССР на физич. ф-те МГУ, в Ин-те биофизики АН СССР и др. учреждениях.
Исследования структуры фибриллярных белков (коллагена, фиброина шёлка)
показали наличие регулярной структуры с периодически чередующимися группами
аминокислот. Построена статистич. теория редупликации (удвоения) дезоксирибонуклеиновой
кислоты (ДНК). К 1968 определена структура ок. 200 белков. Наряду с
изучением строения отдельных молекул большие успехи достигнуты в исследовании
молекулярных комплексов - ультраструктур, создающих функциональные единицы
клетки.
Исследования по молекулярной Б. тесно связаны
с биохимией, генетикой и цитологией, молекулярной биологией.
Значит, место в молекулярной Б. занимает
проблема возбуждённых состояний молекул в биологич. системах; такие молекулы
приобретают высокую химич. активность. Наиболее изучены возбуждённые состояния,
возникающие на первичной стадии фотобиологич. процессов - фотосинтеза,
зрения и биолюминесценции.
Оригинальным направлением в отечеств. Б.
можно считать изучение сверхслабого ультрафиолетового свечения биологич.
систем (митогенетического излучения, А. Г. Гурвич, 1923-48). В 30-е
гг. Г. М. Франк и С. Ф. Родионов разработали физич. метод обнаружения сверхслабых
свечений биологич. объектов. Успехи в разработке методов регистрации сверхслабых
световых потоков с помощью фотоэлектронных умножителей привели в 50-х гг.
20 в. к открытию сверхслабого свечения ряда животных и растит, объектов
в видимой области спектра. Была показана связь этого свечения с рекомбинацией
свободных радикалов. А. Н. Терениным с сотрудниками были исследованы механизмы
элементарных фотофизич. процессов с участием пигментов, указана роль состояний
молекул, открыт механизм миграции энергии в них при фотохимич. реакциях,
изучен механизм люминесценции белков (1950-65). А. А. Красновский открыл
и исследовал реакцию обратимого фотохимич. восстановления
хлорофилла
и
его аналогов (1949-60). Эти работы способствовали развитию биологич. фотохимии.
В одном из важных разделов Б. рассматривается
превращение энергии в живых организмах, начиная с превращения и миграции
энергии на молекулярном уровне и кончая энергетич. балансом целого организма
(см. Биоэнергетика). Исследование взаимной трансформации химич.
и механич. энергии при сокращении мышечного волокна, молекулярные механизмы
движения ресничек и жгутиков у простейших, движения протоплазмы и клеточных
органелл стали предметом изучения механохимии, находящейся на стыке биохимии
и молекулярной Б. В 1938 в работе сов. учёных В. А. Энгельгардта и М. Н.
Любимовой, изучавших механизм мышечного сокращения, было впервые продемонстрировано
наличие прямой связи между механич. и химич. процессами. В дальнейшем эти
работы были развиты амер. учёным А. Сент-Дьёрдьи.
Традиционный раздел Б.- изучение физик
о-х и ми ч. свойств клетки и проницаемости биологических мембран для
различных веществ. Всё большее значение приобретают проблемы моделирования
искусств, мембран и активного транспорта ионов. Одним из примеров
практич. применения знаний, полученных в этой области ,Б., биохимией и
физиологией, является создание искусственной почки.
Важной проблемой Б. является изучение биоэлектрич.
явлений. В этой области Б. тесно связана с физиологией (см. Биоэлектрические
потенциалы). Исследования показали, что между наружной и внутр. средой
каждой живой клетки поддерживается разность потенциалов ок. 0,1 в. Её источник
- создаваемый клеткой ионный градиент между наружной и внутриклеточной
средой. Эти данные послужили основой для создания мембранной теории генерации
потенциалов в клетке, выдвинутой в начале века нем. учёным Д. Бернштейном
и экспериментально обоснованной в 50-60-е гг. работами англ, учёных А.
Ходжкина, А. Хаксли и Б. Каца, изучавших изменение проницаемости мембраны
нервного волокна и ионные потоки в нерве при возбуждении (см. Мембранная
теория возбуждения). Значит, место занимают также исследования др.
физико-химич. свойств клеток - вязкости, оптических свойств, их изменений
при
различных физиологич. состояниях и тех или иных воздействиях.
Биофизич. закономерности, свойственные
организму в целом, рассматриваются в соответствующих разделах биоэнергетики
(изучение механизма теплоотдачи, теплоизоляции, теплопродукции,
скорости
охлаждения при различных условиях и т. п.).
Б. процессов управления неразрывно связана
с кибернетикой биологической и биомеханикой. Созданию систем
управления, выяснению принципов управления движениями животных и человека
положили начало исследования сов. учёного Н. А. Бернштейна. Он первым приступил
к изучению обратной связи в биологич. системах (1934). Изучение
биомеханики движений (ходьба, бег, трудовые движения и др.), дыхания и
кровообращения имеет исключит, важность в связи с вопросами физиологии
труда и спорта, космическими полётами, а также для изучения причин сердечных
и сосудистых заболеваний и создания аппаратов искусств, дыхания и кровообращения.
Биофизич. исследования ведутся в СССР во
мн. науч. учреждениях, в частности в Ин-те биофизики АН СССР, Ин-те цитологии
АН СССР, Ин-те молекулярной биологии АН СССР, на кафедрах биофизики в МГУ,
ЛГУ и в др. учреждениях. Одна из первых в мире кафедр Б. была осн. в МГУ
в 1953 Б.Н.Тарусовым. Исследования по Б. и подготовка кадров ведутся во
мн. странах мира. Великобритания - Лондонский ун-т, Ин-т молекулярной биологии,
Кембридж; Венгрия - ун-т в г. Печ; Г Д Р-Ин-т биологии и медицины, Берлин;
И з-р а и л ь - Ин-т Вейцмана, г. Реховот; Индия - Ин-т кристаллографии,
молекулярной биологии и ядерной физики в Дели и ун-т в Мадрасе; К Н Р-Ин-т
биофизики, Пекин; Польша - Варшавский ун-т и Ин-т биохимии и биофизики
АН ПНР; Румыния - Ин-т биофизики, Бухарест; США - Йельский ун-т, Массачусетсский
технологич. ин-т, Калифорнийский ун-т, Гарвардский ун-т, Рокфеллеровский
ин-т и мн. др.; Франция - Ин-т физико-химич. биологии в Париже, Ин-т макромолекулярных
исследований в Страсбуре и др.; Ф Р Г-Ин-т биофизики об-ва М. Планка, Франкфурт-на-Майне,
Ин-т биологич. и мед. физики при Гёттингенском ун-те и др.; Чехословакия
- Ин-т биофизики в Брно, Пражский ун-т; Швеция - Отделение биофизики при
Нобелевском ин-те в Стокгольме; Япония - Ун-т в Осака, Ин-т белка, там
же, Токийский ун-т.
На 1-м Международном биофизич. конгрессе,
состоявшемся в Стокгольме в 1961, был создан Международный союз теоретич.
и прикладной биофизики, в центральный совет к-рого входят представители
СССР.
Периодические издания, в к-рых публикуются
работы по Б.: "Биофизика" (М., 1956-); "Молекулярная биология" (М., 1967-);
"Радиобиология" (М., 1961 -); "Advances in Biological and Medical Physics"
(N. Y., 1948-); "Bio-chimica et Biophysica Acta" (N. Y.-Amst., 1947-);
"Biophysical Journal" (N. Y., I960-); "Bulletin of Mathematical Biophysics"
(Chi, 1939-); "Journal of Cell Biology" (N. Y., 1962-; в 1955-1961 наз.-"Journal
of Biophysical and Biochemical Cytology"); "Journal of Molecular Biology"
(N. Y.- L., 1959-); "Journal of Ultrastructure Research" (N. Y.- L., 1957-);
"Progress in Biophysics and Biophysical Chemistry" (L., 1950-).
Лит.: Бернштейн Н. А., О построении
движений, М., 1947; Лазарев П. П., Сочинения, т. 2, М.- Л., 1950; Б р е
с л е р С. Е., Введение в молекулярную биологию, М. -Л., 19б"6; Молекулярная
биология. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1963; П а с ы н с к и й А. Г., Биофизическая
химия, М., 1963; Аккерман Ю., Биофизика, пер. с англ., М., 1964; Вопросы
биофизики. Материалы I Международного биофизического конгресса. Стокгольм,
июль - август 1961, М., 1964; Сетлоу Р., Поллард Э., Молекулярная биофизика,
пер. с англ., М., 1964; Волькенштейн М. В., Молекулы и жизнь. Введение
в молекулярную биофизику, М., 1965; Биофизика, М., 1968; Саsеу Е., Biophysics.
Concepts and mechanisms, N. Y. -L., 1962; Physical techniques in biological
research, v. i -5, N. Y., 1955-64. Б. Н. Вепринцев.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я