ความเชื่อมโยงระหว่างฟิสิกส์และชีววิทยามีความใกล้ชิดกันมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มหาวิทยาลัยหลายแห่งในสหรัฐอเมริกาได้ลงทุนในสถาบันวิจัยสหวิทยาการ และรัฐบาลสหราชอาณาจักรได้จัดสรรเงินทุนสำหรับสิ่งที่เรียกว่าส่วนต่อประสานวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต เมื่อแรกเห็น ไม่มีส่วนใดของฟิสิกส์ที่ดูเหมือนเกี่ยวข้องกับชีววิทยามากไปกว่าสสารควบแน่นอย่างอ่อน ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งมีชีวิตถูกสร้างขึ้น
จากของไหล
เชิงซ้อน ซึ่งเป็นของเหลวที่มีโครงสร้างระดับเมโสสโคปที่มีมาตราส่วนความยาว 1 µm หรือน้อยกว่า และนักฟิสิกส์ได้ศึกษาของไหลเชิงซ้อนมาอย่างยาวนาน เช่น คอลลอยด์ โพลิเมอร์ ผลึกเหลว และสารละลายที่มีโมเลกุลคล้ายสบู่ ในความเป็นจริง ฟิสิกส์ของสสารควบแน่นอย่างอ่อนเพิ่งได้รับความนิยม
อย่างมากเมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งส่วนหนึ่งมาจากความก้าวหน้าทางเคมีสังเคราะห์ การพัฒนาเหล่านี้นำไปสู่วัสดุที่มีลักษณะเฉพาะที่นักฟิสิกส์ชอบใช้ การส่งเสริมที่สำคัญอีกประการหนึ่งมาจากการตระหนักว่าเครื่องมือทางคณิตศาสตร์จำนวนมากที่พัฒนาขึ้นสำหรับสาขาอื่นๆ ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสามารถนำมาใช้
เพื่ออธิบายสสารที่อ่อนนุ่มได้ ปัจจัยสำคัญประการที่สามคือแบตเตอรี่ของเทคนิคใหม่ๆ ที่มีให้สำหรับการศึกษาตัวอย่างด้วยกล้องจุลทรรศน์ วิธีการเหล่านี้รวมถึงการใช้กล้องจุลทรรศน์ใหม่ๆ ตลอดจนการทดลองการกระเจิงที่โรงงานระดับชาติและระดับนานาชาติ
การศึกษาของไหลเชิงซ้อนในปัจจุบันเป็นสาขาย่อยที่สอดคล้องกันภายในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น ในขณะเดียวกัน อาสาสมัครยังคงรักษารสชาติของสหวิทยาการไว้อย่างชัดเจน และโครงการวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับนักเคมีสังเคราะห์และนักกายภาพ นักวัสดุศาสตร์ วิศวกรเคมี ตลอดจนนักฟิสิกส์
อย่างไรก็ตาม บทสนทนาระหว่างฟิสิกส์ของสสารควบแน่นกับชีววิทยานั้นไม่ได้พัฒนาเท่าที่ควร ส่วนหนึ่งเป็นเพราะสสารอ่อนเป็นวิชาย่อยที่ค่อนข้างใหม่ทางฟิสิกส์ นอกจากนี้ยังมีอุปสรรคตามปกติระหว่างสาขาวิชาต่างๆ เช่น ศัพท์เฉพาะและวารสารที่แตกต่างกัน และการใช้คณิตศาสตร์เป็นอุปสรรคเฉพาะ
ที่นักฟิสิกส์
และนักชีววิทยาต้องเอาชนะ แต่ในความเห็นของเรา ยังมีอุปสรรคอีกประการหนึ่งที่เฉพาะเจาะจงกับบทสนทนาระหว่างฟิสิกส์ของสสารควบแน่นอย่างอ่อนและชีววิทยา วิธีการที่แตกต่างกันชีววิทยาสมัยใหม่ทำหน้าที่ภายใต้กระบวนทัศน์เกี่ยวกับอะตอมเป็นหลัก โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยา
จำนวนมากสามารถกำหนดได้จากความละเอียดของอะตอมและสามารถเกี่ยวข้องกับวิธีที่โมเลกุลทำงาน ตัวอย่างเช่น หากอะตอมที่อยู่ในรอยแยกของโปรตีนเคลื่อนที่เพียงไม่กี่อังสตรอม (10 -10เมตร) ผลลัพธ์อาจหมายถึงความแตกต่างระหว่างความเป็นกับความตายอย่างแท้จริง รายละเอียดมีความสำคัญ
ในทางชีววิทยา ท้ายที่สุดแล้ว ไม่มีโปรตีนใดที่เหมือนกับโปรตีนชนิดอื่นจริงๆ ชีววิทยาที่ปราศจากอะตอมนั้นเป็นสิ่งที่นักปฏิบัติสมัยใหม่นึกไม่ถึง ในทางกลับกัน นักฟิสิกส์ของสสารที่ควบแน่นอย่างอ่อนมีเป้าหมายที่จะค้นหาความคล้ายคลึงกันระหว่างของไหลเชิงซ้อนประเภทต่างๆ ในแนวทาง “เนื้อหยาบ” นี้
โพลิเมอร์ทั้งหมดจะมีลักษณะทั่วไปบางอย่างร่วมกัน โดยไม่คำนึงถึงรายละเอียดทางเคมี เนื่องจากเป็นสายโซ่ยาวที่ยืดหยุ่นได้ทั้งหมด คุณลักษณะดังกล่าวสามารถเข้าใจได้โดยการศึกษาโพลิเอทิลีนซึ่งเป็นระบบแบบจำลองที่ง่ายที่สุด ความซับซ้อนระดับถัดไปคือการเชื่อมโยงโทโพโลยีของโซ่เข้ากับ
คุณสมบัติทั่วไป เช่น ความหนืดของสารละลายโพลิเมอร์และของหลอมเหลว ตอนนี้น่าจะชัดเจนแล้วว่าทำไมบทสนทนาระหว่างผู้ที่ศึกษาเรื่องเนื้ออ่อนโดยทั่วไปกับผู้ที่ศึกษาเรื่องเนื้อนุ่มที่มีชีวิตจึงอาจเต็มไปด้วยปัญหา อะตอมเปิดนักชีววิทยา แต่ปิดนักฟิสิกส์ นักชีววิทยาสงสัยนักฟิสิกส์ที่บอกพวกเขาว่าโปรตีน
ชนิดหนึ่งก็เหมือนกันเพราะทั้งคู่เป็น “โพลิเมอร์” บางทีทัศนคตินั้นมักเป็นข้อแก้ตัวสำหรับนักฟิสิกส์ที่ไม่ได้เรียนรู้ชีววิทยาอย่างเพียงพอก่อนที่จะแสดงความคิดเห็น ในทางกลับกัน ผู้เชี่ยวชาญด้านฟิสิกส์ของสสารควบแน่นอย่างอ่อนสามารถคิดได้อย่างง่ายดายว่าพวกเขาไม่มีอะไรจะช่วยเหลือ
หลังจาก
ได้ยินคำอธิบายเกี่ยวกับอะตอมของปัญหาทางชีววิทยาทั่วไป นี่เป็นสถานการณ์ที่โชคร้ายเพราะสสารที่ควบแน่นแบบอ่อนมีสิ่งที่น่าสนใจสำหรับนักชีววิทยาอย่างแท้จริง ในบทความนี้ เราอธิบายถึงปัญหาหลายประการที่เนื้อหยาบได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับสสารที่อ่อนนุ่มทางชีวภาพ
พื้นที่เหล่านี้รวมถึงการตกผลึกของโปรตีน เยื่อหุ้มเซลล์ การสร้างโปรตีนที่ก่อให้เกิดโรค “วัวบ้า” และโรคอัลไซเมอร์ และการยึดเกาะของเซลล์ในพืช รายการนี้ไม่ได้ครอบคลุมทั้งหมด แต่แสดงให้เห็นหลักการ เราหวังว่าตัวอย่างเหล่านี้อาจทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อส่งเสริมการสนทนาระหว่างนักฟิสิกส์
และนักชีววิทยาเกี่ยวกับสสารควบแน่นอย่างอ่อน การตกผลึกของโปรตีนแม้ว่าร่างแรกของจีโนมมนุษย์จะได้รับการเผยแพร่เมื่อต้นปีนี้ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงต้องเอาชนะอุปสรรคสำคัญมากมายก่อนที่จะสามารถเก็บเกี่ยวความร่ำรวยได้ อุปสรรคอย่างหนึ่งคือความจำเป็นในการกำหนดโครงสร้าง
ของโปรตีน ยีนของเราควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนที่มีบทบาทสำคัญในโครงสร้างและการทำงานของสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ อย่างไรก็ตาม โมเลกุลของโปรตีนจะทำหน้าที่ทางชีววิทยาก็ต่อเมื่อพวกมัน “พับขึ้น” เพื่อสร้างโครงสร้าง 3 มิติโดยเฉพาะ ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้าง 3 มิตินี้จึงเป็นจุดเริ่มต้นที่ละเอียดที่สุด
สำหรับการทำความเข้าใจว่าโปรตีนทำงานอย่างไรปัจจุบันวิธีที่นิยมใช้ในการกำหนดโครงสร้างของโปรตีนผลึกโปรตีนมักเกิดจากการเติมเกลือหรือโพลิเมอร์ เช่น พอลิเอทิลีนไกลคอล เพื่อกระตุ้นให้เกิดการตกผลึกในสารละลายโปรตีน น่าแปลกที่คริสตัลที่ได้นั้นมีน้ำมากถึง 50% ดังนั้น โมเลกุลขนาดเล็กสามารถแพร่ผ่านผลึกโปรตีนได้มากหรือน้อยอย่างอิสระ ทำให้เป็นแม่แบบใหม่สำหรับการเร่งปฏิกิริยา
แนะนำ ufaslot888g
