Biyofiziksel kimya
Biyofiziksel kimya, biyolojik sistemleri anlamak için fizik ve fiziksel kimyanın temel ilkelerini kullanan bir bilim dalıdır.[1] Bu alan, biyolojik olayları moleküllerin yapısı ya da bu moleküllerin oluşturduğu daha büyük yapılar, yani supramoleküler düzeylerde açıklamayı hedefler.[2] Biyofiziksel kimyacılar, biyolojik sistemlerdeki çeşitli fenomenleri, bu sistemlerin temel yapı taşları olan moleküller üzerinden inceleyerek anlamaya çalışırlar. Bunun yanında, biyolojik uygulamalarla sınırlı kalmayıp, biyofiziksel kimya, son yıllarda tıbbi araştırmalarda da önemli ilerlemeler kaydetmiştir.[3]
Tarihçe
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyofiziksel kimyanın temelleri, fizikokimyacı Karl Friedrich Bonhoeffer’in biyolojik ve fizyolojik sorunları fizik ve kimya bilgisiyle ele alma çabasından doğmuştur. Bonhoeffer, demirin elektrik akımıyla sinir uyarılarını taklit etmeyi amaçlayan bir çalışma yapmıştır.[4] Göttingen'de biyofiziksel kimya alanının temellerinin atılmasından sonra, Alman Nobel Ödüllü bilim insanı Manfred Eigen, bu alanı önemli ölçüde geliştirmiştir. 1971 yılında, fizikokimya ve spektroskopi enstitülerini birleştirerek araştırma alanını daha da genişletmiştir.[5] Günümüzde, Göttingen’deki biyofiziksel kimya araştırmaları, bilimsel bilgiyi birleştirerek yaşam süreçlerini anlamayı amaçlamaktadır.
Hollandalı bilim insanı Herman Berendsen, Groningen Üniversitesi'nde biyolojik sistemlerde su ve proteinleri izlemek için nükleer manyetik rezonans (NMR) tekniğini kullanan bir araştırma grubu kurmuştur.[6] Bu çalışma, suyun biyolojik bağlanma özellikleri hakkında önemli bilgiler sunmuş ve birçok biyolojik fenomeni daha iyi anlamamıza olanak tanımıştır.[7]
Modern Dönem
[değiştir | kaynağı değiştir]
Günümüzde biyofiziksel kimya, iyon kanalları, genetik materyali aktive eden promotörler, kök hücreler ve biyomoleküllerin tespiti ve analizi gibi birçok farklı konuyu kapsamaktadır.[1][8]
Teknikler
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyofiziksel kimyacılar, biyolojik sistemlerin yapısını incelemek için fizikokimya alanından çeşitli teknikler kullanmaktadır. Bu teknikler arasında, nükleer manyetik rezonans (NMR), X-ışını difraksiyonu ve kriyojenik elektron mikroskopisi gibi spektroskopik yöntemler yer almaktadır. Bu alanda yapılan önemli bir çalışma, 2009 yılında Kimya Nobel Ödülü’nü kazanan ribozom X-ışını kristalografi araştırmalarıdır.[9] Bu çalışmalar, ribozomun mRNA’yı polipeptitlere dönüştüren moleküler makine olarak biyolojik işlevinin temel fiziksel ilkelerini ortaya koymuştur.
Uygulamalar
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyofiziksel kimyanın biyoloji ve tıp alanındaki birçok uygulaması vardır:[10]
Hücre Zarı Çalışmaları
[değiştir | kaynağı değiştir]Çift katlı lipit tabakası, hücre zarlarının yapısının tanımlanmasında kullanılır. Günümüzdeki gelişmiş tekniklerle lipid çift tabakalarının özellikleri, örneğin viskozite gibi özellikleri, daha ayrıntılı şekilde incelenebilir. Yapılan çalışmalar, tek bir fosfolipid çift tabakasından oluşan lipozomlarda bile farklı viskozite seviyelerinin tespit edilebileceğini ortaya koymuştur.[11]
Protein Tepkimeleri Çalışmaları
[değiştir | kaynağı değiştir]Birçok spektral teknik, biyolojik sistemlerdeki protein tepkimelerinin kinetik özelliklerini belirlemeye yardımcı olur. Ayrıca, biyolojik reaksiyonları lazer ışınlarıyla kontrol edebilmek ve yönlendirmek de mümkündür.
Hidrojel Sentezi
[değiştir | kaynağı değiştir]Riboflavin (B2 vitamini), ışık ve oksijenle etkileşime girerek çeşitli reaksiyonlar oluşturabilen bir bileşiktir.[12] Bu reaksiyonlardan biri de hidrojel sentezidir. Hidrojel, şekli bozulmadan büyük miktarda su tutabilen ve çeşitli uygulamalarda kullanılan bir materyaldir. İlaç taşıma, yapay kaslar ve doku mühendisliği gibi alanlarda hidrojel kullanımı yaygındır.[13]
Enzim İyileştirme
[değiştir | kaynağı değiştir]Enzimler, kimyasal reaksiyonları hızlandıran maddelerdir.[14] Ancak, enzimlerin gerçek dünya uygulamalarında bazı sınırlamaları vardır. Biyofiziksel kimya ilkeleri, bu sınırlamaları aşmak ve enzimlerin performansını artırmak için kullanılabilir.[15]
Kanser Tedavisi
[değiştir | kaynağı değiştir]DNA, tüm canlıların temel yapı taşıdır ve kanser tedavisinde önemli bir hedef moleküldür. Kanser ilaçlarının DNA ile etkileşimlerinin incelenmesi, daha etkili tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine olanak sağlar.[16]
Enstitüler
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyofiziksel kimyanın köklü enstitülerinden biri, Almanya’nın Göttingen şehrinde bulunan Max Planck Biyofiziksel Kimya Enstitüsü'dür.[17]
Ayrıca bakınız
[değiştir | kaynağı değiştir]Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ a b Walla, Peter Jomo (8 Temmuz 2014). Modern Biyofiziksel Kimya: Biyomoleküllerin Tespiti ve Analizi. Wiley. ss. 1–. ISBN 978-3-527-68354-3.
- ^ Ball, Vincent; Maechling, Clarisse (28 Temmuz 2009). "Isotermal Mikrokalorimetri ile Biyofiziksel Kimyada Spesifik Olmayan Etkileşimlerin Araştırılması" 25 Şubat 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Uluslararası Moleküler Bilimler Dergisi, 10 (8): 3283–3315. doi :10.3390/ijms10083283 26 Nisan 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. ISSN 1422-0067. PMC 2812836. PMID 20111693. 25 Şubat 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- ^ Alotaibi, Hmoud; Momen, Saad Abdalla; Khalid, A. A. (Ed.) (19 Şubat 2020). "Kanser İlaçlarının Deoksiribonükleik Asit (DNA) ile Etkileşimleri", 9 Eylül 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Biyofiziksel Kimya - İleri Uygulamalar, IntechOpen. doi:10.5772/intechopen.85794. 9 Eylül 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ISBN 978-1-78984-047-6. Erişim: 2 Nisan 2023.
- ^ Bonhoeffer, K. F. (20 Eylül 1948). "Pasif Demirin Uyarılması ve Sinir Uyarım Modeli Olarak Kullanımı". Genel Fizyoloji Dergisi, 32 (1): 69–91. doi :10.1085/jgp.32.1.69. ISSN 1540-7748. PMC 2213747. 10 Şubat 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. PMID 18885679. 8 Kasım 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- ^ "Manfred Eigen". Max Planck Biyofiziksel Kimya Enstitüsü. Erişim: 2 Nisan 2023.
- ^ Hemminga, Marcus A. (16 Mart 2023). "Groningen'de Biyofiziksel Kimya – Kişisel Bir Not". 2 Nisan 2023 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. The Protein Journal, 42 (3): 162–164. doi:10.1007/s10930-023-10097-6. ISSN 1875-8355.
- ^ Berendsen, Herman J. C. (15 Haziran 1962). "Kolajen Hidratasyonunun Nükleer Manyetik Rezonans ile İncelenmesi". 14 Haziran 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Kimyasal Fizik Dergisi, 36 (12): 3297–3305. doi:10.1063/1.1732460. 14 Haziran 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ISSN 0021-9606.
- ^ "Eski Biyofiziksel Kimya Bölümü" 19 Ocak 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Max Planck Biyofiziksel Kimya Enstitüsü. Erişim: 15 Nisan 2023.
- ^ "2009 Kimya Nobel Ödülü – Basın Bülteni". 28 Temmuz 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Nisan 2025.
- ^ Khalid, Mohammed A. A. (Ed.) (19 Şubat 2020). Biyofiziksel Kimya - İleri Uygulamalar. 3 Eylül 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. IntechOpen. doi :10.5772/intechopen.73426. 3 Eylül 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ISBN 978-1-78984-048-3.
- ^ Iwata, Koichi; Terazima, Masahide; Masuhara, Hiroshi (1 Şubat 2018). "Biyofiziksel Araştırmalarda Lazerlerin Gelişmiş Uygulamalarıyla Yeni Fiziksel Kimya Yaklaşımları: Tespit ve Manipülasyon" 9 Temmuz 2023 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Genel Konular, 1862 (2): 335–357. doi:10.1016/j.bbagen.2017.11.003. ISSN 0304-4165. PMID 29108958. 4 Şubat 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- ^ Ionita, Gabriela; Matei, Iulia (19 Şubat 2020). Khalid, A. A. (Ed.), "Riboflavinin Fotokimyasal Özelliklerinin Hidrojel Sentezindeki Uygulamaları" 2 Nisan 2023 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Biyofiziksel Kimya - İleri Uygulamalar, IntechOpen. doi:10.5772/intechopen.88855. 2 Nisan 2023 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ISBN 978-1-78984-047-6. Erişim: 2 Nisan 2023.
- ^ Fu, Jun; in het Panhuis, Marc (2019). "Hidrojel Özellikleri ve Uygulamaları" 26 Nisan 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Malzeme Kimyası B Dergisi, 7 (10): 1523–1525. doi:10.1039/C9TB90023C. 26 Nisan 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ISSN 2050-750X. PMID 32254899. 4 Şubat 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- ^ Berg, Jeremy M. (2002). Biyokimya. John L. Tymoczko, Lubert Stryer (5. baskı). New York: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-3051-0.
- ^ Osbon, Yauheniya; Kumar, Manish (19 Şubat 2020). Khalid, A. A. (Ed.), "Biyokataliz ve Enzim İyileştirme Stratejileri" 3 Ekim 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Biyofiziksel Kimya - İleri Uygulamalar, IntechOpen. doi :10.5772/intechopen.85018. 9 Eylül 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ISBN 978-1-78984-047-6. Erişim: 2 Nisan 2023.
- ^ Alotaibi, Hmoud; Momen, Saad Abdalla; Khalid, A. A. (Ed.) (19 Şubat 2020). "Kanser İlaçlarının Deoksiribonükleik Asit (DNA) ile Etkileşimleri" 9 Eylül 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Biyofiziksel Kimya - İleri Uygulamalar, IntechOpen. doi:10.5772/intechopen.85794. ISBN 978-1-78984-047-6. Erişim: 2 Nisan 2023.
- ^ "Enstitünün Kuruluşu ve Tarihi" 20 Ocak 2025 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Max Planck Biyofiziksel Kimya Enstitüsü. Erişim: 1 Nisan 2023.
