生物物理简介

1、孙婧 生物物理生物物理研究内容与生物物理研究内容与研究状况研究状况目录1.什么是生物物理2.生物物理研究的内容及其分支领域3.目前研究现状及其研究进展4.发展趋势一.什么是生物物理学 生物物理学是物理学与生物学相互结合产生的一门交叉学科，它是研究生命物质的物理性质、生命过程的物理和物理化学规律以及物理因素对生命系统作用机制的一门新兴学科。 二.生物物理研究的内容及其分支领域 生物物理学主要包含三方面的内容：1.用物理学理论和方法研究生命活动中的物理规律2.生物物质的物理性质3.外界物理因素与生物的相互作用 分子生物物理学 膜与细胞生物物理学 感官与神经生物物理 生物物理技术与方法 光生物物理

2、生物控制论与生物信息论 辐射生物物理（或环境辐射生物物理） 生物力学与生物流变学 （1）分子生物物理学 分子生物物理学是最基本最重要的一个分支，运用物理学的理论、技术与方法研究生物大分子及分子聚集体的空间结构、结构动力学、分子间的相互作用、物理性质的变化与生物学功能的关系。 （2）膜与细胞生物物理学 对细胞与膜的结构及功能研究，是从分子水平向更复杂层次的自然延伸。如膜脂运动、构象，膜蛋白运动与构象，膜脂与膜蛋白相互作用，外界物理因子对生物膜结构的影响与能量传输关系的研究等。 （3）感官与神经生物物理 主要内容为：神经递质、受体与离子通道、感觉信息加工的神经生物学、脑的高级功能和行为及神经机制、

3、神经系统的计算理论与模型以及神经信号和脑活动的物理测量技术研究等。 （4）理论生物物理学 理论生物物理学是运用数学和理论物理学研究生命现象的一个领域。在生物物理学的每一个分支学科中，都有理论生物物理能够发挥作用的地方，它既包括量子生物学和分子动力学等微观方面的研究，也包括对进化、遗传、生命起源、脑的功能及生物系统的复杂性等宏观方面的研究。 （5）生物物理技术与方法 生物物理技术与方法的目的是寻找合理的方法解决生物物理学问题，方法种类多样，如核磁共振（NMR）分为一维和多维。 分以下几类：生物分子高分辨空间结构测定技术、时间分辨技术、显微成像技术、计算机与自动化技术。（1）分子生物物理学）分子生

4、物物理学 分子生物物理学是最基本最重要分子生物物理学是最基本最重要的一个分支，运用物理学的理论、技的一个分支，运用物理学的理论、技术与方法研究生物大分子及分子聚集术与方法研究生物大分子及分子聚集体的空间结构、结构动力学、分子间体的空间结构、结构动力学、分子间的相互作用、物理性质的变化与生物的相互作用、物理性质的变化与生物学功能的关系。学功能的关系。（2）膜与细胞生物物理学）膜与细胞生物物理学 对细胞与膜的结构及功能研究，是对细胞与膜的结构及功能研究，是从分子水平向更复杂层次的自然延伸。从分子水平向更复杂层次的自然延伸。如膜脂运动、构象，膜蛋白运动与构象，如膜脂运动、构象，膜蛋白运动与构象，膜脂

5、与膜蛋白相互作用，外界物理因子膜脂与膜蛋白相互作用，外界物理因子对生物膜结构的影响与能量传输关系的对生物膜结构的影响与能量传输关系的研究等。研究等。（3）感官与神经生物物理）感官与神经生物物理主要内容为：神经递质、受体与离子通主要内容为：神经递质、受体与离子通道、感觉信息加工的神经生物学、脑的道、感觉信息加工的神经生物学、脑的高级功能和行为及神经机制、神经系统高级功能和行为及神经机制、神经系统的计算理论与模型以及神经信号和脑活的计算理论与模型以及神经信号和脑活动的物理测量技术研究等。动的物理测量技术研究等。（4）理论生物物理学）理论生物物理学 理论生物物理学是运用数学和理论物理理论生物物理学是

6、运用数学和理论物理学研究生命现象的一个领域。在生物物理学研究生命现象的一个领域。在生物物理学的每一个分支学科中，都有理论生物物学的每一个分支学科中，都有理论生物物理能够发挥作用的地方，它既包括量子生理能够发挥作用的地方，它既包括量子生物学和分子动力学等微观方面的研究，也物学和分子动力学等微观方面的研究，也包括对进化、遗传、生命起源、脑的功能包括对进化、遗传、生命起源、脑的功能及生物系统的复杂性等宏观方面的研究。及生物系统的复杂性等宏观方面的研究。（6）生物控制论与生物信息论）生物控制论与生物信息论 综合生物学知识与实践结果抽提出有综合生物学知识与实践结果抽提出有关信息加工处理、条控原理、构建模

7、型是这关信息加工处理、条控原理、构建模型是这一分支领域的主要任务，包括对感觉信息的一分支领域的主要任务，包括对感觉信息的处理机制，神经网络，脑的活动在语言、思处理机制，神经网络，脑的活动在语言、思维、运动控制、内环境稳定性控制方面的研维、运动控制、内环境稳定性控制方面的研究，各种无损伤成象术对脑智能活动的研究，究，各种无损伤成象术对脑智能活动的研究，免疫调控机制与模拟，信息分子的识别机制，免疫调控机制与模拟，信息分子的识别机制，基因信息的表达与调控机制及其模拟，大型基因信息的表达与调控机制及其模拟，大型生物系统的模型建立与系统识别，非线性理生物系统的模型建立与系统识别，非线性理论在信息科学中的

8、应用等。论在信息科学中的应用等。（7）光生物物理）光生物物理 主要研究可见光和紫外线生物学作用主要研究可见光和紫外线生物学作用的光物理机制，包括光合作用的原初过的光物理机制，包括光合作用的原初过程菌紫质的质子泵机制，视紫质光原初程菌紫质的质子泵机制，视紫质光原初过程及其与菌紫质的比较研究，光动力过程及其与菌紫质的比较研究，光动力学研究，生物发光以及激光生物物理研学研究，生物发光以及激光生物物理研究等。究等。（8）辐射生物物理（或环境辐射生物物理）辐射生物物理（或环境辐射生物物理） 着重研究电离辐射及各种非电离辐射对着重研究电离辐射及各种非电离辐射对生物体系作用的原初过程，及对生物大分子和生物体

9、系作用的原初过程，及对生物大分子和细胞的作用机理。在辐射作用机制中，自由基细胞的作用机理。在辐射作用机制中，自由基的产生及其作用又是一个重要方面，而且自由的产生及其作用又是一个重要方面，而且自由基的作用还涉及正常生理和病理过程，因此已基的作用还涉及正常生理和病理过程，因此已形成了自由基生物学和医学这样一个分支。此形成了自由基生物学和医学这样一个分支。此外，不同频段电磁波及不同强弱的电场与磁场外，不同频段电磁波及不同强弱的电场与磁场的效应不同，细胞机体本身也产生电磁辐射，的效应不同，细胞机体本身也产生电磁辐射，这就形成了生物磁学和生物电磁学这就形成了生物磁学和生物电磁学。（9）生物力学与生物流变

10、学）生物力学与生物流变学 生物力学是在原有的生理学、解剖学生物力学是在原有的生理学、解剖学基础上，运用现代力学理论和方法对生物基础上，运用现代力学理论和方法对生物体结构、功能、受力、运动给出量值关系体结构、功能、受力、运动给出量值关系的规律表述，并为临床医学及生物医学工的规律表述，并为临床医学及生物医学工程服务。内容包括：生物流体力学、生物程服务。内容包括：生物流体力学、生物固体力学、和其它生物力学问题。固体力学、和其它生物力学问题。四.生物物理目前研究现状 四、生物物理学的现在 1、国内外生物物理学的概况 （1）国内外生物物理学的诞生 近代生物物理学的诞生大致始于20世纪50年代，X射线衍射

11、晶体结构分析对核酸与蛋白质空间结构的研究，开创了分子生物学发展的新纪元，而应用生物信息论与生物控制论、非平衡态热力学、非线性与复杂性等的研究，从宏观角度对生命现象进行了探讨，成为宏观生物物理学发展的基础。 （2）国内生物物理学的发展）国内生物物理学的发展 1958年，中国科学院生物物理研究所年，中国科学院生物物理研究所 成立。成立。 1980年，全国生物物理学会正式成立。年，全国生物物理学会正式成立。 1982年，我国加入国际生物物理学联合年，我国加入国际生物物理学联合 会会（3）生物物理学在近代生命科学中的地）生物物理学在近代生命科学中的地位位 生物物理学的一大贡献在于使人们认生物物理学的一

12、大贡献在于使人们认识物理学和化学规律在生命系统中同样是识物理学和化学规律在生命系统中同样是有效和正确的。有效和正确的。 分子生物学的出现，其中生物物理学分子生物学的出现，其中生物物理学起到了奠基和使之向精确、定量及深入机起到了奠基和使之向精确、定量及深入机理研究的作用。与此同时，也带动了生命理研究的作用。与此同时，也带动了生命科学中的各门学科向近代化方向发展。如科学中的各门学科向近代化方向发展。如生物学中比较经典的生理学、生物化学、生物学中比较经典的生理学、生物化学、乃至医学的各个领域。乃至医学的各个领域。 五.研究进展六.生物物理发展趋势 1、生物物理学将在、生物物理学将在21世纪继续发挥世

13、纪继续发挥重要作用重要作用 有待解决的难题，如：生物大分子动态有待解决的难题，如：生物大分子动态结构的实时监测及其与功能关系的研究，结构的实时监测及其与功能关系的研究，膜蛋白构象的高分辨测定，神经活动特别膜蛋白构象的高分辨测定，神经活动特别是思维与创造性活动的具体监测，基因组是思维与创造性活动的具体监测，基因组作图和测序计划完成之后人们如何读懂其作图和测序计划完成之后人们如何读懂其“句法句法”、“语法语法”，并掌握其规律，如何把，并掌握其规律，如何把生物物理学基础研究的成果应用于医学、生物物理学基础研究的成果应用于医学、农业、工业等重要领域，农业、工业等重要领域，这些都需要生物物理学在这些都需

14、要生物物理学在21世纪继续世纪继续发展前进，以取得更大成就。发展前进，以取得更大成就。2、未来生命科学的研究将从分析走向综、未来生命科学的研究将从分析走向综合合 从生命科学来说，物质输运、能量转从生命科学来说，物质输运、能量转换与信息传递是三种最基本过程，机体在换与信息传递是三种最基本过程，机体在正常状态下的上述过程以及异常状态下的正常状态下的上述过程以及异常状态下的变化及其纠正应该是全体生命科学各个分变化及其纠正应该是全体生命科学各个分支的共同任务。因此，学科间的联系将是支的共同任务。因此，学科间的联系将是十分紧密，不可能截然划分的，对生物物十分紧密，不可能截然划分的，对生物物理学来说也不例外。理学来说也不例外。我国生物物理学的发展与现状 我国生物物理学的发展始于20世纪50年代后期，与国际