ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТОК И ОРГАНИЗМОВ НА МОЛЕКУЛЯРНОМ, ФУНКЦИОНАЛЬНОМ И СТРУКТУРНОМ УРОВНЯХ

STUDY OF THE MECHANISMS OF THE LIFE ACTIVITIES OF CELLS AND ORGANISMS AT THE MOLECULAR, FUNCTIONAL AND STRUCTURAL LEVELS

Zulikhan Khagaeva

Student, Department of General Physics, Chechen State University. A.A. Kadyrov,

Russia, Grozny

Malika Osmanova

Assistant of the Department of General Physics, Chechen State University. A.A. Kadyrov

Russia, Grozny

АННОТАЦИЯ

В данной рассматриваются биофизические методы, которые позволяют изучить структуру биомолекул. Описываются механизмы жизнедеятельности живых организмов на молекулярном, функциональном, а также на структурном уровнях. Затрагивается необходимость исследований в данной области, благодаря которым появляется возможность понять основные процессы, происходящие в организме, вследствие чего появляется возможность разработки новых методов диагностики и лечения различных заболеваний.

ABSTRACT

This article discusses biophysical methods that allow us to study the structure of biomolecules. The mechanisms of vital activity of living organisms are described at the molecular, functional, and also at the structural levels. The need for research in this area is touched upon, thanks to which it becomes possible to understand the main processes occurring in the body, as a result of which it becomes possible to develop new methods for diagnosing and treating various diseases.

Ключевые слова: биофизические методы,  биомолекула,  флуоресценция, компьютерная томография, спектроскопия, антитела, магнитно-резонансная томография, ядерный магнитный резонанс.

Keywords: biophysical methods, biomolecule, fluorescence, computed tomography, spectroscopy, antibodies, magnetic resonance imaging, nuclear magnetic resonance.

Исследования механизмов жизнедеятельности клеток и организмов на молекулярном, функциональном и структурном уровнях является актуальной темой в современной биофизике и физике. С помощью физических методов исследования можно изучить различные биологические процессы и выявить основные механизмы, лежащие в их основе. Существует несколько методов изучения структуры биомолекул с помощью биофизических методов:

- Рентгеноструктурный анализ: используется для определения 3D структуры белков, нуклеиновых кислот и других биомолекул. В этом методе рентгеновские лучи проходят через кристалл биомолекулы, который дает дифракционную картину, с помощью которой рассчитывается пространственное расположение атомов внутри молекулы.

- Флуоресцентная спектроскопия: используется для изучения взаимодействия биомолекул с помощью эффекта флуоресценции.

- Рассеяние света: используется для получения информации о размере и форме молекулы. Для этого свет рассеивается биомолекулой в разные направления.

- Компьютерное моделирование: позволяет создавать представление о структуре биомолекул на основе существующих данных и проводить виртуальные эксперименты.

- Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) спектроскопия: позволяет получать информацию о структуре и подвижности молекулы. Метод основан на взаимодействии между ядрами атомов в молекуле и внешним магнитным полем [2, с. 162].

Например, последний биофизический метод широко применяется при изучении химических свойств биомолекул на молекулярном уровне, таких как ДНК, РНК, белков, липидов и углеводов. С помощью него можно определить структуру биомолекул и изучить взаимодействие между ними.

На функциональном уровне исследуются процессы, связанные с регуляцией жизнедеятельности клеток и организмов, такие как метаболизм, дыхание и транспорт веществ. С помощью методов флюоресцентного микроскопирования и электрофизиологии можно изучить активность клеток и тканей и выявить причины возникновения различных заболеваний.

Приведём несколько примеров данных болезней:

1. Аутоиммунные заболевания – при помощи флюоресцентной микроскопии можно диагностировать некоторые виды аутоиммунных заболеваний, такие как ревматоидный артрит и системная красная волчанка, через выявление антител в крови.
2. Грибковые инфекции – при помощи флюоресцентных красителей, специфических для грибов, можно выявить грибковые инфекции.
3. Онкология – использование флуоресцентной микроскопии для определения наличия опухолей в тканях и органах пациента [3, с. 358]

На структурном уровне исследуются следующие физические свойства тканей и органов:

1. Плотность – определяется количеством ткани в единице объема и представляет собой величину, обратную объему.
2. Твердость – определяется сопротивлением ткани деформации или разрушению под воздействием механических нагрузок.
3. Эластичность – характеризует возможность ткани восстанавливать свою первоначальную форму после того, как на нее было оказано воздействие.
4. Растяжимость – характеризует максимально возможный уровень растяжения ткани без ее разрушения.
5. Прочность – оценивается сопротивлением ткани разрыву под воздействием механических нагрузок.
6. Упругость – определяется способностью ткани восстанавливаться после деформации.
7. Проводимость – количество энергии, которая может пройти через ткань, определяется ее проводимостью.
8. Вязкость – связана с сопротивлением ткани тому, чтобы изменить свою форму или движение [1, с. 216].

Эти свойства могут быть изучены на структурном уровне при помощи различных методов исследования, таких как микроскопия, рентгенография, компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ). Кроме того, на структурном уровне также исследуются форма, размер и конфигурация тканей и органов. С помощью методов механики можно изучить механизмы сжатия, растяжения и сгибания, которые играют важную роль в жизнедеятельности организма [1, с. 241].

В целом, исследования механизмов жизнедеятельности клеток и организмов на молекулярном, функциональном и структурном уровнях являются необходимыми для понимания основных процессов, происходящих в организме. Они могут помочь в разработке новых методов диагностики и лечения различных заболеваний и повысить качество жизни человека в целом.

Список литературы:

1. Антонов В.Ф., Козлова Е.К., Черныш А.М. Физика и биофизика, 2022. – 472 с.
2. Иванов И.В. Основы физики и биофизики, 2012. – 208 с.
3. Самойлов В.О. Медицинская биофизика, 2013. – 591 с.