生物物理学

　　生物物理学（biophysics），应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系，生命活动的物理、物理化学过程，以及生命物质的物理特性在生命活动过程中的作用和意义的生物学分支学科。它旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质能量与信息的运动规律。

　　生物物理学的研究内容主要包括5个方面。

　　①生命物质的物理性质。研究发现，生物分子具有铁电、压电、半导体、液晶态等性质，生命体系存在不同层次的电磁特性，而且，生物界普遍存在射频通讯方式。但这些物理特性在生命活动过程中的意义和作用还在探索之中。

　　②生命活动的物理及物理化学过程。研究生物体内的基本粒子（电子和质子）在水溶液中的行为，生物的质子态、质子非定域化和质子隧道效应等现象。基本属于量子生物学范畴。生物体内的小分子如甲基、酰基、水分子、金属离子等活跃地作用于大分子之间 ，不仅自身参与结构功能变化，而且引发大分子构象变化。

　　③生物大分子结构、构象和大分子间的相互作用。生物大分子都是由小单元聚合而成，蛋白质由20种氨基酸连接缩合而成多肽，核酸则由5种碱基、戊糖和磷酸聚合成单链或双链 。它们都具有一定的盘曲折叠方式形成空间三维结构，并且在时间上随着功能变化而有不同的动力学反应。

　　④大分子能量状态和能量传递。能量是一切生命活动的原动力。大分子的能量状态决定于分子本身的各种运动——电子运动、振动和转动。分子在吸收能量后，由能量较低的基态转变为能量较高的激发态，其中的一个或几个电子由配对状态转变为不配对的自由基。激发态和自由基都是相对不稳定的高能状态，因此化学活性很高，反应能力很强，如生物体内的生物氧化、酶的催化作用、光合与视觉过程等。关于能量转移已有多种理论，如共振转移、电子转移、质子转移、激子转移、电荷迁移和络合物形成等，但都只是假说。

　　⑤生物聚集态。它由几种生物大分子形成。研究较多的是由核酸和蛋白质相互结合而形成的核小体以及由蛋白质和脂类作为主要成分的生物膜（片层结构）。核小体是含140个碱基对的DNA绕着非极性组蛋白H3与H4的颗粒转1.7 圈的模型。生物膜是由脂双层镶嵌着蛋白组成液态镶嵌模型，因此产生膜的有序性、流动性和液晶态性质。这些独特的物理性质对于说明物质进出细胞、细胞正常周期活动和病态过程中的变化具有重要意义。

　　以上内容的研究都涉及到分子内原子之间以及分子之间的相互作用力，并且具有高度特异性，例如抗体与抗原的作用、药物与受体的作用等。作用力决定大分子本身的能态、结构及其变化。作用力本身又主要取决于分子外围的电子行为，在一定程度上也与原子核有关。

　　生物物理学研究离不开物理及物理化学技术的发展和应用。如近红外显微镜、闪光X射线和光散射显微镜，各种光谱及波谱技术如二维及三维核磁共振，X射线衍射（包括低角、小角衍射），这些技术对生物物理学的发展非常关键。