1. BÀI GIẢNG LÝ SINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN
MỞ ĐẦU
GV: NGUYỄN MINH TRUNG
BMT, 03/2024
2. 1. MỤC TIÊU MÔN HỌC
Trình bày những khái niệm cơ bản về Lý sinh học;
Giải thích cơ chế vật lý của các quá trình sinh học;
Áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế học tập và
nghiên cứu;
Trình bày một số phương pháp vật lý được sử dụng trong
nghiên cứu lý sinh;
Có kỹ năng làm việc với một số thiết bị đo lường lý sinh hiện đại
3. 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Vật lý học là môn
khoa học nghiên cứu
các dạng vận động
tổng quát của thế
giới vật chất trong
không gian và thời
gian, cùng với những
khái niệm liên hệ
năng lượng và lực
Sinh học là môn khoa
học về sự sống. Nó là
một nhánh của khoa
học tự nhiên, tập
trung nghiên cứu các
cơ thể sống, mối
quan hệ giữa chúng
và với môi trường.
4. 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Vật lý học
• Các dạng vận động
vật lý
• Cơ
• Nhiệt
• Hấp dẫn
• Điện từ
• Nguyên tử
• Hạt nhân
Sinh vật học
• Cơ thể sống
• Cấu trúc
• Chức năng
• Sự đa dạng
• Tiến hóa
• Các mối quan hệ
hữu sinh
5. 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Vật lý học
• Mô hình thực nghiệm
• Lý thuyết
Sinh vật học
• Tính phổ biến
• Sự tiến hóa
• Tính đa dạng
• Tính liên tục
• Trạng thái cân bằng
nội môi
7. 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Jacques Lucien Monod (1910 – 1978)
(Nhà di truyền học)
“Life is compatible with the laws of
physics. But not controlled by the
physical laws”
“Sự sống là tương thích với các
quy luật của vật lý. Nhưng nó
không bị kiểm soát bởi các quy luật
đó”
“Science is either physics or stamp
collecting”
Ernest Rutherford (1871 – 1937)
(Nhà vật lý học)
“Khoa học nếu không phải là vật lý
thì chỉ là sưu tập tem”
8. 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Lý sinh học là một môn khoa học ứng
dụng những nguyên tắc cơ bản của vật lý
và hóa học cùng với phương pháp của
toán học thống kê và mô hình máy tính để
tìm hiểu về hoạt động của hệ thống sống.
9. 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Mục đích của lý sinh học:
• Tìm hiểu vai trò của các quy luật vật lý, hóa lý đã chi
phối những quá trình xảy ra trong tổ chức sống từ
mức độ phân tử, tế bào đến cơ thể.
Đối tượng nghiên cứu:
• Cơ thể sống
Phương pháp nghiên cứu:
• Phương pháp vật lý học.
10. 3. VAI TRÒ CỦA VẬT LÝ VÀ SINH
HỌC TRONG LÝ SINH HỌC
Vật lý học cung cấp phương pháp mới:
• Kính hiển vi: quang học, điện tử, AFM, STM, SNOM, SMD
• X-Quang, cộng hưởng từ hạt nhân.
• Mô hình toán học, tin sinh học
Lý thuyết vật lý:
• Phân cực điện hóa (phân cực màng, dẫn truyền thần kinh, …)
• H, S, G (trao đổi chất, cuộn gấp…)
• Khuếch tán (trao đổi chất qua màng tế bào)
• Mô phỏng chuyển động phân tử
• Lý thuyết hệ thống hoàn chỉnh.
Sinh học đóng vai trò như đối tượng nghiên cứu.
• Các hệ thống hoàn chỉnh của sinh học cần được giải thích
• Cung cấp cho vật lý học một đối tượng tuyệt vời cho những khám phá về vật
lý mới.
11. 3. VAI TRÒ CỦA VẬT LÝ VÀ SINH
HỌC TRONG LÝ SINH HỌC
Prof. Hans Frauenfelder
• Trong lý sinh học, vật lý phục vụ với mục
tiêu làm rõ ràng để tìm hiểu về sinh học
trong cơ thể sống.
• Một trong những mục tiêu của lý sinh học
là mô tả về vật lý của các hệ thống sinh
học, khám phá ra các mô hình vật lý, và
tìm ra nguyên lý mới về đặc điểm của các
thực thể sinh học.
12. 4. VỊ TRÍ CỦA LÝ SINH HỌC
SINH HỌC
KỸ THUẬT
Công
Nghệ
Sinh
Học
Cơ
Năng
Học
ĐIỀU
KHIỂN
HỌC
Lý
Sinh
Học
KHÍ
TƯỢNG
HỌC
Sinh Khí
Tượng Học
VẬT LÝ
Sinh Điều
Khiển Học
13. CÁC PHÂN NGÀNH CỦA LÝ SINH HỌC
Dựa trên các cấp độ tổ chức của cơ
thể sống và các lĩnh vực của vật lý học:
Lý sinh
lượng tử
(Quantum
biophysics)
Lý sinh
phân tử
(Molecular
biophysics)
Lý sinh tế
bào
(Cellular
biophysic)
Lý sinh hệ
thống
phức tạp
(Complex
system
biophysics)
14. CÁC PHÂN NGÀNH CỦA LÝ SINH HỌC
Theo các tiêu chuẩn, tên gọi và
lĩnh vực của vật lý:
• Cơ sinh học (Biomechanics)
• Nhiệt động sinh học
(Biothermodynamics)
• Điện sinh học (Bioelectricity)
• Quang sinh học (Photobiophysics)
• Phóng xạ sinh học (Radiation biophysics)
15. 5. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN
LÝ SINH HỌC
Giai đoạn
TK XVII
- XIX
Giai đoạn
đầu TK
XX – 1950
Giai đoạn
1950 –
1970
Giai đoạn
1970 - nay
16. Giai đoạn TK XVII - XIX
1665, Robert
Hooke
1780,
Lavoadie và
Laplace
1791, Galvani
1840, Helmholtz,
Reymond,
Brücke, và Carl
Ludwig
1856, Adolf
Fick
1859,
Reymond
1865,
Holgreen
1875, Calton
1895, Wihelm
Roentgen
19. Helmholtz, Reymond, Brücke, và
Carl Ludwig
“Một hiện tượng chỉ có thể coi như đã được
giải thích nếu chứng minh rằng nó xuất hiện
như một kết quả của sự tương tác của các
thành phần vật chất của các sinh vật sống
theo quy luật tương tác của những thành
phần tương tự bên ngoài hệ thống sống".
20. Helmholtz, Reymond, Brücke, và
Carl Ludwig
Năm 1841, DuBois-Reymond viết: "Tôi dần dần
nhận thấy tầm nhìn của Dutrochet rằng “người
ta càng tiến bộ trong kiến thức về sinh lý học,
người ta càng có lý do để chấm dứt sự tin tưởng
rằng những hiện tượng của cuộc sống về cơ bản
là khác với các hiện tượng vật lý"
22. Giai đoạn đầu TK XX – trước 1950
1911, Ernest
Rutherford
1913, Niels
Bohr
1921, Viện
Frankfurt
1922, Viện lý sinh
ở Liên Xô
1931, nghiên cứu
về bức xạ ion hóa
của Gurwitsch
1942, Max
Delbrück
1943, Erwin
Schrodinger
1944, Joseph
Erlanger và
Herbert Spencer
Gasser
1946, Hermann
Joseph Muller
23. Max Delbrück (1906– 1981)
• Năm 1942, Max Delbrück, một nhà lý sinh học
người Mỹ gốc Đức, cùng cộng sự đã chứng
minh rằng vi khuẩn phát triển kháng lại virus là
kết quả của các đột biến di truyền thuận lợi.
• Phát hiện này đưa ông đến nhận giải thưởng
Nobel vào năm 1969.
• Max Delbrück có ảnh hưởng rất lớn trong cuộc
vận động các nhà vật lý học tham gia nghiên
cứu sinh học trong thế kỷ XX.
24. Erwin Schrödinger
(1887 - 1961)
Trong cuốn sách nhỏ này, Schrodinger đã nêu ý tưởng của
Delbrueck là “gen có thể là một cấu trúc phân tử”, đóng một
vai trò quan trọng trong sự khởi đầu của sinh học phân tử.
25. Giai đoạn 1950 – 1970
• Siêu ly tâm phân tích
• Phương pháp tách các phân tử riêng biệt dựa trên
khả năng tích điện.
• Phương pháp phân tích quang phổ
• Phương pháp phân tích cấu trúc bằng tia X
26. Giai đoạn 1950 – 1970
• Cấu trúc xoắn kép DNA
1953, Jame Watson và
Francis Crick
• Tạp chí lý sinh học
1957, Hội Lý sinh
(Biophysical Society)
• Nobel y học, cơ chế các ion … màng tế
bào thần kinh.
1963, John Carew Eccles,
Alan Lloyd
Hodgkin, Andrew Huxley
• Nobel y học, những quá trình hoá học và
sinh lý học cơ bản của thị giác trong mắt.
1967, Ragnar Granit, Haldan
Keffer, Hartline George Wald
• Nobel y học, cơ chế sao nhân và cấu trúc
gen của các virus.
1969, Max Delbrück, Alfred
Hershey, Salvador Luria
27. • 1971, Hounsfield (Anh) và Cormark (Mỹ) phát minh kỹ thuật CT
Scanner.
• 1977, Rosalyn Sussman Yalow được trao giải Nobel y sinh học vì
đã triển khai thành công phương pháp miễn dịch dùng đánh dấu
phóng xạ (Radioimmunoassay-RIA) đối với các hormone peptide
• 1994, Alfred G.Gilman và Martin Rodbell được trao giải Nobel y
sinh học vì đã phát hiện ra Protei G và vai trò của chúng trong sự
truyền tín hiệu ở tế bào.
Giai đoạn 1970 đến nay
28. • 2003, Paul Lauterbur và Peter Mansfield được trao giải
Nobel Y sinh học vì những khám phá của họ về kỹ thuật
hình ảnh cộng hưởng từ (MRI).
• 2009, Venkatraman Ramakrishnan (Anh), Thomas A. Steitz
(Mỹ) và Ada E. Yonath (Israel) được trao giải Nobel hóa học
vì công trình nghiên cứu cấu trúc và chức năng của
Ribosome
• 2012, Briant Kobika và Robert Lefkowitz được trao giải
Nobel hóa học về công trình nghiên cứu về thụ thể bắt cặp
với Protein G.
Giai đoạn 1970 đến nay
30. Giai đoạn 1970 đến nay
• Giáo sư Randy Schekman
khám phá những gen cần
thiết cho hệ thống giao
thông trong tế bào.
• Giáo sư James Rothman
phát hiện một hệ thống
protein cho phép các
vesicles kết hợp với nhau để
chuyển tải các "kiện hàng"
trong tế bào.
• Giáo sư Thomas Südhof
mô tả các tín hiệu hóa học
làm việc như thế nào để
hướng dẫn các vesicles giải
phóng các "kiện hàng" đến
nơi (mục tiêu) một cách
chính xác.
31. Một số vấn về đã được giải quyết
hiệu quả
Sự cuộn gấp của protein, cơ chế đóng mở các gen,
tương tác giữa các phân tử khi thực hiện các chức năng
sống;
Cấu trúc phân tử của màng tế bào;
Cơ chế tạo năng lượng của các protein màng;
32. Một số vấn về đã được giải quyết
hiệu quả
Cơ chế đáp ứng lại ánh sáng của động thực vật;
Cơ chế quá trình nghe và ngửi ở động vật;
Sự di chuyển của tế bào;
Cơ chế hoạt động của hệ thần kinh.
33. Một số hướng nghiên cứu hiện nay
Synapse
Định hướng sợi trục thần kinh
Sự ngẫu nhiên và trong biểu hiện gen
Nghiên cứu định lượng của hệ thống miễn dịch
Các đồng phân trong hệ thống sinh hóa - Homochirality
