B E N G I N E E R I N G O P H Y S I C S M A T H E M A T I C S Y S B I O L O G Y C C H E M I S T R Y
B B I O L Ó G I A O F I Z I KA M A T E M A T I K A Z M É R N Ö K I T U D. K K É M I A
FIZIKA A BIOLÓGIÁBAN BIOLÓGIA A FIZIKÁBAN Szalay László, Maróti Péter Utak a biofizikához Fizikai szemle, 1996. (6) 186. old. Biológiai (orvosi) fizika Galvani (anatómus): békacomb kísérlet (1780); életerő (1791) Du Bois Reymond (fiziológus) (1849-50): Az élettani fizika fő képviselője. Elsőként regisztrálta az idegek körüli oldat elektromos jelét. Azt gondolta, hogy a szövetek különböző elektromos tulajdonságú molekulákból épülnek fel. Young (fizikus-orvos): Young modulus, kapillaritás, hanglebegés, fényinterferencia, fényelhajlás, a fény hullámtermészete ( Newton). A szem alkalmazkodása, színek látása (1973). Az egyiptomi hieroglifák megfejtése. Seebeck (fizikus-orvos): A cukoroldat optikai forgatóképessége (szachariméter), Seebeck-hatás : termoelektromos jelenség (1825). Helmholtz (anatómus-fiziológus): szemtükör, oftalmométer, miográf és a kimográf feltalálása. Du Boi Reymonddal együttműködve elsőként sikerült az idegszálakban megmérnie az ingerületvezetés sebességét. Az ún. Helmholtz-féle rezonátorokkal hanganalitikai vizsgálatokat végzett. A hidrodinamikában megalkotta a Helmholtz-féle örvénytételeket. Abbe-vel meghatározta a mikroszkóp feloldóképességét. Elsőként mérte meg az ultraibolya fény hullámhosszát. Továbbfejlesztette a színes látás elméletét. Akinetikai hőelméletre alapozott energiaelv egzakt megfogalmazása (Helmholtz-féle szabadenergia). Bernoulli (orvos): kinetikus gázelmélet, mechanikai hőelmélet, Bernoulli-tétel: a súrlódásmentes folyadékok nyomás- és sebességviszonyai közötti összefüggés. Mayer (orvos): energiamegmaradás elvének megfogalmazása (1842). Fizikai biológia Fizikus biológusok: Mariotte: felfedezi a vakfoltot; a párizsi tudományos akadémia egyik megalapítója
Laplace: az ingerület-vezetést azzal magyarázza, hogy az ideg optikai félvezető, amely akaratunktól függően az agyban keletkező éterrezgéseket szilárd, átlátszó és homogén kapillárisokként továbbítja az izmokhoz és azokat összehúzódásra kényszeríti. Laplace-tétel Maxwell: foglalkozott a színeslátással. Rayleigh: a binaurális hallás intenzitás- és fázisviszonyokon alapszik (irányhallás). Becquerel és a Curie házaspár: radioaktivitás Röntgen: X-sugárzás (példamutatóan gyors orvosi alkalmazások). Franck: Frank-Hertz kísérlet (Nobel dij, 1925), a fotoszintézissel is foglalkozott Szilárd Leo: Novick-Szilárd féle kemosztát Delbrück, Tyimofejev-Reszovszkij, Zimmer: felfedezik a mutáció fizikai természetét Onsager, Prigogine: a biológiai folyamatok termodinamikájának modern elmélete (nemegyensúlyi termodinamika). Volterra: egymással versengő populációk matematikai modellje (ragadozó-préda modell). Crick (Watson-nal és Wilkins-szel együtt): a DNS kettős hélix modellje. Kendrew (mioglobin) Perutz (hemoglobin) Michel, Deisenhofer, Huber (fotoszintetikus reakciócentrum) röntgenkrisztallográfia és molekulaszerkezet Binning és Rohrer: pásztázó atomerő mikroszkópia Purchell és Bloch: NMR spektroszkópia Hounsfield: CT Chance: optikai tomográfia Spudich: optikai csipesz A (BIO)FIZIKA ÉS A NOBEL-DÍJAK 1. Elválasztási (szeparációs) módszerek (biokémia, molekuláris biológia) T. Svedberg (kémiai, 1926): ultracentrifugák, molekulatömeg szerinti analízis elvégzésére A. W. K. Tiselius (kémiai, 1948): elektroforézis és kromatográfia Hevesy György (kémiai, 1943): izotóp nyomjelzési technika 2. Szerkezetkutatás - Röntgenkrisztallográfia
W. C. Röntgen (fizikai, 1901): a röntgen-sugarak felfedezése M. Laue (fizikai, 1914): kristályokon történő röntgensugár-diffrakció felfedezése W. H. Bragg és W. L. Bragg (fizikai, 1915): röntgensugarakkal való kristályszerkezetanalízis P. Debye (kémiai, 1936): dipólusmomentumok vizsgálata gázokban röntgensugár és elektronok elhajlásával J. C.Kendrew és M. F. Perutz (kémiai, 1962): globuláris fehérjék (mioglobin, hemoglobin) szerkezete Dorothy Crowfoot-Hodgkin (kémiai, 1964): B 12 -vitamin és a penicillin kristályszerkezete J. Deisenhofer, R. Huber, H. Michel (kémiai, 1988): a fotoszintetikus reakciócentrumfehérje kristályszerkezete - Mikroszkópi eljárások R. Zsigmondy (kémiai, 1925): ultramikroszkóp F. Zernike (fizikai, 1953): fáziskontraszt mikroszkóp A. Claude, Ch. De Duve és G.E. Palade (orvosi, 1974): sejtes struktúrák szerkezete és működése (elektronmikroszkópos vizsgálatok) A. Klug (kémiai, 1982): krisztallográfiai elektronmikroszkópia és nukleinsavfehérjekomplexek (vírusok, kromatin) vizsgálata E. Ruska (fizikai, 1986): elektronmikroszkóp G. Binning és H. Rohrer (fizikai, 1986): pásztázó alagútmikroszkóp - Spektroszkópia F. Bloch és E.M. Purcell (fizikai, 1952): NMR spektroszkópia R.L. Mössbauer (fizikai, 1961): Mössbauer spektroszkópia Ch. H. Towns, N. G. Basov és A. M. Prokhorov (fizikai, 1964): mézerek és lézerek R. R. Ernst (kémiai, 1991): nagyfelbontású magmágneses rezonancia spektroszkópia - képalkotó eljárások A. M. Cormack és G. N. Hounsfield (orvosi, 1979): számítógépes tomográfia 3. Élő rendszerek szerveződése és működése
- Bioenergetika (egyensúlyi termodinamika), fotoszintézis és légzés M. Calvin (kémiai, 1961): a szén-dioxid asszimilációja P. Mitchell (kémiai, 1978): kemiozmotikus elmélet J. Deisenhofer, R. Huber és H. Michel (kémiai, 1988): fotoszintetikus reakciócentrum fehérje R. Marcus (kémiai, 1992): elektrontranszfer elmélet - irreverzibilis termodinamika L. Onsager (kémiai, 1968): irreverzibilis folyamatok termodinamikájának alapelvei (reciprocitási összefüggések) I. Prigogine (kémiai, 1977): nem-egyensúlyi termodinamika, disszipatív rendszerek elmélete - gyors reakciók M. Eigen (kémiai, 1967): ultragyors kémiai reakciók R. G. W. Norrish és G. Porter (kémiai, 1967): flash-fotolízis A. H. Zewail (kémiai, 1999): femtoszekundumos spektroszkópia - egyedi molekula/ioncsatorna-működés E. Neher és B. Sakmann (orvosi, 1991): egyedi ioncsatorna áramának mérése sejtekben P. D. Boyer és J. E. Walker (kémiai, 1997): az ATP szintézis enzimatikus mechanizmusa J. C. Skou (kémiai, 1997): az első iontranszportáló enzim (Na + /K + /ATP-áz) működésének leírása John B. Fenn, Koichi Tanaka, Kurt Wüthrich (kémiai, 2002): a biológiai makromolekulák azonosítása és szerkezeti analízisééert Peter Agre (kémiai, 2003) a víz mozgását lehetővé tevő sejtmembrán-csatornák felfedezéséért Roderick Mackinnson (kémiai, 2003) az ioncsatornák szerkezeti és mechanikai tulajdonságainak tanulmányozásáért