Биофизика

Молекуляр, күзәнәк, катлаулы биологик системалар биофизикасы (тукымалар, организм һәм организмнар бергәлеге дәрәҗәсендә биологик процессларның үзара көйләнүен һәм үзара тәэсирләшүен тикшерә) аерып өйрәнелә.

Биофизика физик химия, физика, математика ысуллары һәм идеяләре белән биологик якын килүне берләштерү һәм үзара тәэсирләшү юлы белән үсә. XVII йөздә организм функцияләрен өйрәнгәндә (кан әйләнеше, тавыш һәм яктылыкны кабул итү һ.б.) механика законнарын куллану омтылышы ясала. Биофизиканың төп үсеш этаплары хайван тукымаларындагы электр күренешләрен ачу (Л.Гальвани), физиологик акустика һәм оптика үсеше (Г.Гельмгольц), тере организмнар механикасы һәм энергетикасы, ярсынуның ион теориясен төзү (П.П.Лазарев) белән бәйле. ХХ йөз башында Казан университетында электрокардиография буенча үткәрелгән А.Ф.Самойлов тәҗрибәләре (йөрәк эшчәнлегенең биоэлектрик потенциалларын теркәү) беренче биофизик эшләр исәбенә керә. ХХ йөздә биофизика радиобиология, биоэнергетика, фотобиология һ.б. юнәлешләргә аерыла. 1919 елда Мәскәүдә Биологик физика институты ачыла (П.П.Лазарев), 1961 елда беренче Халыкара биофизика конгрессы уздырыла (Стокгольм, Швеция).

Татарстанда биофизиканың формалашуы 1960 елларда биологиядә, аеруча физиологиядә тикшеренүләрнең физика ысулларын гамәлгә кертү белән бәйле. СССР Фәннәр Академиясенең Казан филиалы Биология институтында Н.А.Мальцев җитәкчелегендә тере тукымаларда арка һәм молекуляр система параметрларын үлчәү мөмкинлеге бирә торган (релаксация вакыты, үзлегеннән диффузияләнү коэфф.) Төш магнит резонансы – релаксометр җайланмасы төзелә. Шуннан соң күзәнәкләрдә су торышын тикшерүнең беренче нәтиҗәләре алына һәм тукымалардагы суның төзелеше һәм динамик параметрлары җансыз системалардагы параметрлардан аерылмавы исбатлана (Л.Н.Абецедарская, Ф.Г.Мифтахетдинова, В.Д.Федотов). 1970 елларда СССРда беренче мәртәбә магнит кырының импульс градиенты белән төш магнит резонансы – диффузометр эксперименталь җайланмасы эшләнә. Тукымалардагы суның диффузион күчешенә комплекслы сыйфатлама бирелә, плазмодесмалар буенча агымнарга аерыла (А.В.Анисимов), ион каналларының эшләү механизмнары турында яңа мәгълүматлар алына (Г.А.Великанов). Вакытлы диэлектрик спектроскопия ысулы үсә (Ю.Д.Фельдман, Ю.Ф.Зуев, В.М.Вәлитов), шуның нигезендә 1980 еллар ахырыннан аксымнар хәрәкәтен һәм гидратациясен тикшерүләр алып барыла. Төш магнит резонансы – релаксация ысулы белән 102 – 1012 Гц ешлыклардагы диапазонда аксымнарда күп кенә релаксацион күчешләр табыла һәм сан ягыннан сыйфатлама бирелә (В.Д.Федотов, А.Г.Крушельницкий, Н.П.Обухов, Р.А.Задиханов). Аксымда конформацион хәрәкәтләр белән билгеләнә торган ферментның актив үзәгендәге электр кыры флуктуацияләре параметрлары һәм ферментатив реакцияләр тизлеге арасындагы сан ягыннан бәйләнеш ачыклана (А.Э.Ситницкий). Электрның үзара бәйләнеше хисабына аксымнарның үзара ориентлашуы нәтиҗәсендә хасил булган эремәләрдәге глобуляр аксымнарда Броун хәрәкәте анизотропиясе табыла (В.Д.Федотов, А.Г.Крушельницкий, И.В.Ермолина). 1990 еллардан мембраналы модель системаларындагы биологик актив кушылмалар (нигездә ферментлар) хәрәкәтенең молекуляр механизмнары тикшерелә (С.Ю.Зуев).

1970 еллардан Казан авыл хуҗалыгы академиясенең үсемлекләр физиологиясе кафедрасында үсемлек тукымаларындагы суның торышын өйрәнү буенча тикшеренүләр үткәрелә. Әйләнә торган һәм лаборатор координатлар системаларындагы үсемлек тукымаларында протон релаксациясе вакыты, орлыкларда метаболик процесслар баруы һәм күзәнәк структуралары үсеше уңае белән шыткан орлыклардагы су торышы өйрәнелә (Ф.Д.Самуилов, В.И.Никифорова, Е.А.Никифоров). Үсемлек күзәнәкләрендә төрле фракциядәге су булуы күрсәтелә һәм аның күләме бәяләнә. Нык бәйләнгән суның, бозның торышын, шулай ук орлык тукымалары ультраструктурасындагы протоннарның хәрәкәтчәнлеген характерлаучы күренеш – әйләнә торган координатлар системасында төш магнит резонансы ысулы белән 103–105Гц ешлыгындагы гадәттән тыш акрын молекуляр хәрәкәт ачыклана. Түбән темп-ралы үлчәнеш буенча су молекулаларының сыек халәттән каты халәткә фаза күчеше теркәлә, орлыклардагы суның –40°C кадәр температурада катмавы билгеләнә.

Татарстанда биофизиканың интенсив үсеш юнәлешләренең берсе – периферик һәм үзәк синапсларда ярсуының күчеш процессларын тикшерү. Шундый тикшеренүләрнең үзәге – Казан медицина университеты. 1960 елларда Г.И.Полетаев тарафыннан беренче мәртәбә микроэлектродлы тикшерүләр технологиясе гамәлгә кертелә, 1970 еллар башында синаптик процессларның квантлы анализы ысулы кулланыла. Соңрак аның шәкертләре тарафыннан синаптик аппаратның иң төп принциплары ачыклана. Нерв-мускул синапсында ацетилхолинның постсинаптик мембрананы ярсытып кына калмавы, бәлки махсус рецептор структураларның активлыгын көчәйтеп, хәрәкәтләнүчән нерв очларында медиаторның шуннан соңгы порцияләрне азат итүенә йогынты ясавы ачыклана; шундый модульләүнең молекуляр механизмнары билгеләнә (Е.Е.Никольский, Э.А.Бохараева). Нерв очларыннан медиатор бүленеп чыгуның импульсив булмаган формасы – нәквант секрециясе тикшерелә, нерв очларында тупланган махсус актив транспорт системаларның эшчәнлеге белән бәйле молекуляр механизм өйрәнелә, хәрәкәтләнү нервлары зарарланганда нәквант секрециясенең беренче чиратта бозылуы күрсәтелә (Е.Е.Никольский, В.А.Воронин). Җылы канлылар синапсларында газсыман арадашчы N0ның медиаторның нәквант чыгышын, аның квантлы чыгышына тәэсир итми генә, сайлап модульләштерүе (М.Р.Мохтаров, Е.Е.Никольский, А.Х.Уразаев), шул ук вакытта салкын канлылар синапсларында N0ның квант секрециясенә тәэсир итүе ачыклана (А.Л.Зефиров, Р.Р.Хәлиуллина). Субсинаптик зонадагы мишень-күзәнәкләрнең билгеле бер дәрәҗәдәге тикторышын саклауда нәквант секрециясенең физиологик роле билгеләнә. Квант медиаторлары секрециясенең вакыт буенча үзгәрүе ярсынуның синаптик күчеш модуляциясендәге иң мөһим пресинаптик механизмнарның берсе булуы тәҗрибәдә исбатлана (Э.А.Бохараева, Е.Е.Никольский). Умырткалыларның хәрәкәтләндерү нерв очларында АТФ өчен махсус рецепторлар булуы, аларның синаптик күчешне үзгәртә алуы ачыклана (Р.Ә.Гыйниятуллин, Е.М.Соколова).

1960–1980 елларда Казан ветеринария институтында фоно-һәм электрокардиография, реография, электроэнцефалография, радиотелеметрия ысуллары белән төрле төр хайваннарның йөрәк-кан юллары эшчәнлегендәге электр күренешләре тикшерелә (Г.П.Новошинов, Р.Х.Тукшаитов). 1970 еллардан агулану һәм инфекция тәэсирендә хайваннар организмында бара торган биофизик процессларны тикшерү эшләре үткәрелә (Г.П.Новошинов, М.Я.Тремасов, П.К.Сметов). Фосфорорганик пестицидлар һәм микотоксиннарның мембранотроп эффекты механизмы, аларның синаптик структураларның функциональ торышына тәэсир итү үзенчәлекләре турында мәгълүматлар алына, патологияләр вакытында «кечкенә» җылылык эффектларының роле ачыклана. Тикшеренү нәтиҗәләре пестицидлар һәм микотоксиннар индикациясе һәм антидот терапиянең биологик чараларын эшләүдә нигез булып тора. «Вирус-күзәнәк» тәэсирләшүенең матем. моделе эшләнә (Ф.Б.Тәхаутдинов). 1990 еллар башыннан Бөтенроссия ветеринария институтында кан күзәнәкләренең электрокинетик үзенчәлекләре (Р.Я.Гыйльметдинов), хайваннар организмының инфекцияле авырулар вакытындагы иммунодефицит халәте тикшерелә (Г.Х.Ильясова, Р.Х.Юсупов).

Биофизиканың чикләре шактый дәрәҗәдә шартлы; тикшеренү объекты һәм ысуллары буенча ул молекуляр биология, биоорганик химия, биохимия белән тыгыз бәйләнгән, еш кына алар белән бергә физик-химик биология фәненә дә керә. Биофизиканың күп кенә юнәлешләре гамәли әһәмияткә ия (биологик медицина приборлары ясау, медицина диагностикасы, тикшеренүләрне үткәрү техникасын камилләштерүһ.б.).

Самуилов Ф.Д., Никифоров Е.А., Никифорова В.И. Исследование состояния воды в тканях растений методом ядерного спинового эха // Доклады Академии Наук СССР. 1971. Т. 196, № 3.

Самуилов Ф.Д., Никифоров Е.А., Никифорова В.И. Исследование ядерной магнитной релаксации протонов в растительной ткани во вращающейся и лабораторной системах координат // Доклады Академии Наук СССР. 1976. Т. 229, № 4.

Тукшаитов Р.Х., Новошинов Г.П. Биофизические основы ветеринарной реовазографии. Казань, 1975.

Анисимов А.В., Раткович С. Транспорт воды в растениях. Исследование импульсным методом ЯМР. М., 1992.

Гильмутдинов Р.Я., Равилов А.З., Титов В.В. Клеточный электрофорез при изучении инфекционной патологии сельскохозяйственных животных. Казань, 1992.

Федотов В.Д., Шнайдер Х. Структура и динамика полимеров. Исследование методом ЯМР. М., 1992.

Великанов Г.А., Нуриев И.Х., Ценцевицкий А.Н. Электрическое возбуждение вакуоли непосредственно внутри протопласта, изолированного из клеток высшего растения // Биологические мембраны. 1996. Т. 13, № 4.

The role of non-quantal release of acetylcholine in regulation of postsynaptic membrane electrogenesis // J. of Physiol. Paris. 1995. V.89.

Effect of nitric oxide and O synthase inhibition on nonquantal acetylcholine release in the rat diaphragm // Eur. J. of euroscience. 2000. 12.

Авторлар – Р.Х.Тукшаитов, В.Д.Федотов