Utilisateur:Apach/Biophysique
L'appellation biophysique désigne l'étude des êtres vivants au moyen de théories physiques de portée plus générale, par exemple la thermodynamique. Il s'agit donc d'un domaine scientifique transdisciplinaire, comparable à la physique mésoscopique ou à la planétologie. Les questions traitées par la biophysique proviennent souvent de la biologie ou de la médecine. Les centres de recherche possèdent parfois un laboratoire voire un département entier consacré à la biophysique, mais on trouve aussi des collaborations transversales regroupant des physiciens, des chimistes, des biologistes voire des informaticiens. Les deux domaines de la biologie où la physique s'applique le mieux sont la biologie cellulaire et la biologie moléculaire.
L'intérêt pour la biophysique s'est développé tout au long de la deuxième moitié du vingtième siècle suite à l'apparition de nouvelles techniques expérimentales, qui ont permis :
- de mettre en évidence des éléments constitutifs du vivant jusque là hypothétiques ou inconnus
- de mesurer des grandeurs microscopiques jusque là inaccessibles
- de manipuler de plus en plus précisément la matière vivante microscopique.
Ces avancées expérimentales donnent lieu à de nombreux travaux théoriques, qu'on peut regrouper en deux catégories :
- les modèles physiques proposant des explications qualitatives à des phénomènes biologiques
- les simulations numériques de systèmes biologiques.
De plus, la stimulation et le champ nouveau d'expérimentation apportés par le monde biologique à des domaines physiques parfois très théoriques en font un moteur important pour la recherche. Les applications technologiques des découvertes liées à la biophysiques sont déjà très importantes.
Bref historique
[modifier | modifier le code]Une approche qu'on pouvait déjà qualifier de biophysique a été historiquement mise en place pour contrer les tenants du vitalisme. Les physiologistes, qui furent les premier biophysiciens, demontrerons que seules les lois de la physique sont nécessaires et suffisantes pour expliquer tout le vivant. Recemment, puisque plus personne n'invoque la theorie du vitalisme, cette discipline a muté et a pour but premier la caractérisation des molécules du vivant au moyen de techniques physiques et chimiques.
Aspect théorique
[modifier | modifier le code]La physique prétend expliquer les phénomènes biologiques par les mêmes lois qui s'appliquent au reste du monde. Comme pour beaucoup d'autres systèmes possédant un intérêt particulier (liquides, plasmas, supraconducteurs...) les physiciens cherchent à développer des théories adaptées aux phénomènes typiques du monde vivant. Dans bien des cas, de telles théories mettent en évidence certains points communs entre observations a priori très différentes, et ouvrent de nouvelles perspectives. Il se trouve que les organismes vivants font partie des systèmes physiques les plus complexes et les plus variés qui soient accessibles à nos expériences. Pourtant il existe une unité remarquable au niveau cellulaire, déjà mise en évidence par les premières observations de cellules au microscope (Scleiden 1838, Schwann 1839, Virchow 1855).
La découverte progressive de la similitude des processus physiques intervenant dans toutes les cellules vivantes a été un moteur important pour le développement de la biophysique. Les physiciens cherchent en effet à expliquer l'essentiel des observations en proposant des théories synthétiques. Les succès les plus importants sont obtenus lorsque plusieurs observations dans des contextes différents, chez des organismes différents, sont ratachées à une même explication physique.
Articles spécialisés :
- Biophysique des membranes
- Polymères biologiques
- Biomécanique
- Moteurs moléculaires
- Vésicules
Domaines de la physique théorique particulièrement importants en biophysique :
- Physique statistique hors d'équilibre
- Dynamique des fluides
- Rhéologie
- Physique des polymères
- Physique de la matière molle
Aspect expérimental
[modifier | modifier le code]Techniques d'observation développées essentiellement grâce aux progrès en physique :
- la RMN, résonance magnétique nucléaire, qui permet de resoudre la structure tridimensionnelle de petites molecules
- l'IRM, imagerie par résonance magnétique,
- les rayons X utilisés en cristallographie, qui permettent de resoudre la structure de molecules de toute taille, a la condition qu'elles forment des cristaux reguliers
- utilisés en diffractomètrie sur un diffractomètre
- composé d'un goniomètre et d'une caméra CCD
- la RPE, résonance paramagnétique électronique
- la SPR, surface plasmon resonance
- la spectrométrie de masse, qui permet d'identifier des proteines
- l'électrophysiologie, qui mesure l'activité electrique des cellules
- la biophotonique et la microscopie de fluorescence
- la microcalorimétrie, qui mesure les changement de chaleur au cours d'une reaction, par exemple la laison de molecules d'eau a une proteine
- la microtensométrie, qui permet de mesurer les forces d'interaction au sein d'une bicouche lipidique
- La Réaction en chaîne par polymérase (polymerase chain reaction ou PCR), dont les applications dans le domaine de la manipulation de l'ADN sont innombrables.
Tout ceci nécessite la manipulation et la purification de ces molécules en utilisant la chromatographie liquide à haute pression ou en anglais HPLC, l'électrophorèse, la cristallogénèse, la cytométrie en flux, le génie génétique et des techniques permettant d'obtenir en quantité suffisante des molécules identiques, telle que la réaction en chaîne par polymérase.
Les appareillages ne sont pas encore capables de « voir » une molécule mais en « éclairant » un grand nombre de molécules identiques avec un rayonnement contrôlé, des rayons X aux ondes radio (RMN, RPE), il est possible d'en déduire leur structure commune par l'analyse du rayonnement réémis. Ceci nécessite la manipulation d'un très grand nombre de mesures. L'utilisation d'un modèle théorique fondamental à base de physique quantique et donc l'emploi de l'outil informatique est indispensable et souvent relié à l'internet.
Le rayonnement réémis est aussi utilisé pour localiser ces molécules dans l'espace ; c'est ce qui est utilisé en imagerie. Cela implique souvent le couplage de la molecule d'interet a un fluorophore biophotonique.
Les exemple d'utilisation de ces techniques en médecine sont innombrable. On pourra retenir, par exemple, le génome décodé, sida et protéine TAT, Utilisation de la RPE. Une discipline utilise ces différents outils et techniques afin de les appliquer à la médecine : génomique structurale
Voir aussi
[modifier | modifier le code]Liens externes
[modifier | modifier le code]- http://www.dnaftb.org/dnaftb/41/concept/index.html (en anglais)
- http://molvis.sdsc.edu/visres/index.html (en anglais)