الفيزياء الحيوية2

السيد/ حسام دالحيوية الفيزياء مدرس

العيون أمراض بحوث معهد

أفرع الفيزياء الحيوية يمكن تقسيم تخصصات الفيزياء! الحيوية حسب

أفرع 3حجم المادة أو المجال المدروس الى رئيسية كالتالى:

الفيزياء الحيوية الجزيئية و التحت -خلوية

الفيزياء الحيوية الفسيولوجية -والتشريحية

الفيزياء الحيوية البيئية-سنقوم باختصار بعرض بعض مجاالت كل •

تخصص والتعرض ألحد المجاالت بالشرح

خلوية التحت و الجزيئية الحيوية الفيزياءالموضوعات دراسة يمكن الفرع هذا تحت

التالية:البيولوجية 1. الجزيئات وتشكل هيكلللبروتين 2. الحيوية الفيزياءالهيكلية 3. الوظيفية العالقاتالجزيئي 4. والنقل اإلنتشار خواصاألغشية 5. بيوفيزياءالنووية 6. األحماض بيوفيزياءالحيوية 7. والطاقة الطاقة تدفقالحرارية 8. الديناميكااإلحصائية 9. الميكانيكا

الجزيئية 10. اآلالت

الحيوية والتشريحية الفيزياء الفسيولوجيةالموضوعات دراسة يمكن الفرع هذا تحت

التالية:الحيوية الميكانيكاالكهروفسيولوجىالحسية األعضاء بيوفيزياء

البيئية الحيوية الفيزياءالموضوعات دراسة يمكن الفرع هذا تحت

التالية:البيئية • الحرارية والتأثيرات الحرارة بيوفيزياءالبيئية • الموارد بيوفيزياءاإلشعاعية • الحيوية الفيزياءالبيئية • الحيوية الهندسة

التحت و الجزيئية الحيوية للفيزياء مثال خلويةالبيولوجية الجزيئات وتشكل هيكل

الئى للبنية تصورات البيوفيزيائيون وضعالجزيئات عليه تتواجد أن يمكن

بشكل الحية الخلية داخل فى البيولوجيةالمحتملة األوضاع تصنيف وتم دقيق

للجزيء الهيكلى الشكل لتركيب:) كمثال) البروتين جزيئ سنستخدم

عاٍل جزيئي وزن ذو التركيب معّقد عضوي مركب البروتينبواسطة بعضها مع مرتبطة أمينية أحماض من يتكون

. ببتيدية رابطةالحية الخاليا كّل ووظيفة تركيب في ضروري البروتين

. الفيروسات وحتىبروتينية وحدات أUو االنزيمات تشكل البروتينات من العديد . بأدوار البروتين يقوم كما اإلنزيماِت تركيب في تدخل

الدعامات تشكيل مثل ميكانيكيِة، أUو هيكليِة أخرى . البروتينات تلعب الخلوي الهيكل ضمن والمفاصل

االستجابة في مهم عضو فهي أ]خرى حيوية مهامكما الحيوية الجزيئات ونقل تخزين وفي المناعية

التي للكائنات بالنسبة األمينية لألحماض مصدرا تشكل. بنفسها األمينية األحماض هذه تشكيل تستطيع ال

الضخمة • الجزيئات من واحدة البروتيناتالسكريدات عديدات جانب إلى الحيوية

الجزيئات وهذه النووية، واألحماض والدهونمكونات بمجموعها تشكل الحيوية الضخمة

. األساسية الحية المادةمواد • هى للبروتين المكونة األمينية األحماض

كربوكسيل مجموعة على - COOH تحتويأمين ومجموعة فإن- NH2حمضية لذا قاعدية

مع - األحماض تلك ترتبط متعادل تأثير لها ) ثم ) الببتيدية الروابط كيميائية بروابط بعضها

أشكال إلى األولي الشكل هذا من تتشكلأخرى - لروابط طبقا ورابعية وثالثية ثانوية

شكل - على تحافظ وأيونية هيدروجينيةكروي إما خيطي globularالبروتين .fibrousأو

البروتينات • عن مختلفة ببنية بروتين كل يتميزاألصلية بالحالة البنية هذه تدعى األخرى،

األحماض ترتيب حسب وتتحدد للبروتينتشكل التي الترابط عملية في األمينية

. البروتينية السالسل

كيماوية • جزيئات بها تربط ان للبروتينات يم!كنفي خاصة تجويفات ضمن معدنية وشوارد متنوعة

االرتباط : مواقع تدعى ومع Bindingsites بنيتهاعالية كيميائية باصطفائية البروتينات تتميز ذلك . المركبات تدعى بها ترتبط التي المركبات تجاه

لجينات بالبروتينات ترتبط شدة ligandالتي أما ،خصائص إحدى فهي البروتين و اللجين ب!ين االرتباط

األلفة وتدعى االرتباط .affinityموقعضمن • تتم عملية كل في تتدخل البروتينات أن بما

العمليات في التحكم فإن لذلك الحية، الخالياهذه بفعالية التحكم طريق عن يتم أن يمكن الحيوية

أن. يمكن البروتينات لعمل التنظيم هذا البروتيناتتركيزها : أو البروتينات شكل طريق عن يتم

تفارغي • Allosteric modulationتحويرتساهمي • .Covalent modulationتحوير

•1 : لترتيب- وصف وفيها األولية البنيةفى متصلة كمتتابعة األمينية األحماض

فقط الجزيئتوجد وفيه األمينى الحمض تركيب هنا

سلسلة الى حمض من تختلف التى هى جانبية

حمضصفاته االحماض من واحد كل لتعطى

المميزة

الهيكلية للبنية الصورالمختلفةللجزيئ

طريق • عن ببعض بعضها االمينية األحماض ترتبطالكامل الشكل يتكون حتى وهكذا ببتيدية رابطة

سلسلة شكل على البروتين لجزيئ

األبعاد: • ثالثى للشكل وصف وفيها البنيةالثانويةوجود الحتمالية مبسط بشكل البروتين لجزيئ

حلزونى شكل على إما منه بعض أو الجزيئ ) ( ) بالرسم) كما بيتا منثنى شريط أو ألفا

: الجزييءالنهائي عليها يكون التى للحالة وصف وفيها الثالثية البنيةيكون حتى ومرات مرات نفسه حول الحلزون أو الشريط ينثنى حينما

فقط األمينية األحماض من السلسلة لنفس ولكن تقريبا كرويا شكال

: لشكل التصور وضع يتم وفيها الرابعية البنيةسلسلة من أكثر من تكونه حال فى الجزيئ

حول ثم نفسها حول كل ملتفة أمينية أحماضاألخرى

صورة على تتواجد قد البيولوجية الجزيئات بعضالسكريات لذلك مثال فقط والثانوية األولية البنيةالجزيئات معظم أما االمينية واالحماض البسيطة

وأحيانا الثالثية البنية صورة فى ففتواجد البيولوجيةالبنية صورة على المعقدة البروتينات مثل بعضها

الرابعية بروتين لجزيئ هنا النموذج

متكونا الرابعية الصورة على الميوجلوبينمتداخلة سالسل عدة من

جزيء اإلنسولين

التصورات هذه تضع للجزيئات البيوفيزيائية الدراسةبين المتواجدة القوى حسابات على بناء الدقيقة

هذا وتماسك لتكون الالزمة والطاقة المكوناتالحيوى الجزيئ

الهيكلية الوظيفية العالقاتللجزيئ] المستنتج الشكل تأثير دراسة يتم

التى التغيرات ودراسة بوظائفه قيامه علىعليه تطرأ

أخرى جزيئات مع التفاعل فىأن الممكن من البروتينات فمعظم

مختلفة نشطة صورة فى تتواجدوذلك النشطة غير صورتها عن

محفزة عناصر وجود طريق عنالوضعين بين للتحول

ماتتعلق عادةً والثالثية والثانوية األولية البنية. المطوية التراكيب ذات بالبروتينات

ماتتعلق عادةً فهي الرابعية للبنية بالنسبة اماالذاتي التجمع ذات الدهون أو -selfبالبروتينات

assembly .لتأدية تتغير بل إطالقا ثابتة غير البروتينية البنيةالبنيوي التغيير هذا ولتحقيق المختلفة وظائفها

والرابعية، الثالثية البنية ارتباطات في تغير يحدثبالتشكيالت والرابعية الثالثية البنية تسمى لذلك

بالتغيرات تغيرات من لها يحدث وما الكيميائيةconformational changesالتشكيلية

الهامة البيوفيزيائية الدراسات جوانب أحد وهىبوظائفه قيامه أثناء البروتين هوية توضح التى

كاألمراض طبيعية الغير الحاالت فى وأيضا الطبيعيةمثال.