Thermodynamics and Kinetics for the Biological Sciences/Spectroscopy for the Biological Sciences; 2- pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Gordon G. Hammes

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2005-08-04

价格:USD 120.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780471752141

丛书系列:

图书标签:

• 热力学
• 动力学
• 生物科学
• 光谱学
• 生物物理学
• 化学
• 生物化学
• 物理
• 科学
• 研究

《热力学与动力学在生物科学中的应用 / 生物科学光谱学：双册套装》 深入解析生命活动的能量与速率，揭示物质世界的分子语言 生命，作为宇宙中最令人惊叹的现象，其运行机制的背后，隐藏着深刻而普遍的物理规律。理解生命的本质，离不开对能量转化过程的细致考察，以及对化学反应速率的精确掌握。同时，当我们试图窥探微观世界的奥秘，理解生物分子如何与光发生相互作用，又是我们洞悉其结构、功能和动力学过程的另一条重要途径。 这套《热力学与动力学在生物科学中的应用 / 生物科学光谱学：双册套装》正是为了满足这一需求而精心打造。它并非对某个单一学科的浅尝辄止，而是将生物科学领域中至关重要的两大支柱——热力学与动力学，以及光谱学——进行系统性的梳理与整合，旨在为生物科学、生物化学、生物物理学、医学以及相关交叉学科的研究者和学生提供一套全面、深入且极具实践指导意义的学习资源。 第一卷：热力学与动力学在生物科学中的应用 生命体本质上是一个复杂的化学反应网络，而化学反应的发生与否、进行方向以及速率快慢，无不遵循着热力学和动力学的基本原理。本卷致力于将这些抽象的物理概念，转化为理解生物现象的有力工具。 热力学：驱动生命运作的能量法则 我们从热力学最核心的概念——能量——入手。生命体如何获取、储存、转化和利用能量，是其得以维持生命活动的基础。本卷将深入探讨： 第一定律：能量守恒在生物体内的体现：我们将考察生物体如何通过食物获取化学能，并通过新陈代谢转化为ATP等高能化合物，以及在各项生命活动（如生长、运动、信息传递）中消耗这些能量。这不仅仅是理论的阐述，更会结合具体的生物过程，例如光合作用的光能转化为化学能，以及细胞呼吸中化学能的释放与储存，来生动地展示能量守恒如何在生物系统中得到体现。 第二定律：熵增与生命组织的秩序之谜：生命体看似在不断地对抗熵增的趋势，维持着高度的组织化结构。本卷将揭示，生命体通过与外界环境的能量与物质交换，局部熵减的同时，整体熵是增加的。我们将深入理解自由能（Gibbs free energy）的概念，它是判断化学反应自发性的关键指标。通过分析ATP的水解、离子跨膜运输、大分子合成等生物过程的自由能变化，解释生命活动如何趋利避害，沿着自由能降低的方向进行。 化学平衡与偶联反应：生物体内的许多反应并非独立进行，而是相互关联、相互驱动。本卷将详细阐述化学平衡的概念，并重点讲解生物体内常见的偶联反应，例如ATP的水解驱动非自发反应的进行，以及质子梯度驱动ATP的合成。我们将通过对这些机制的分析，理解生命体如何巧妙地利用热力学原理，实现能量的有效利用和传递。 酶促反应的热力学：酶作为生物催化剂，极大地加速了生命反应的速率，但它们并不改变反应的平衡点，即不改变反应的热力学驱动力。本卷将区分酶促反应的活化能与自由能变化，解释酶如何通过降低活化能来提高反应速率，而不影响反应最终的平衡状态。 动力学：生命过程的速率与时间尺度 理解了反应的驱动力，我们还需要关注反应发生的快慢。生命活动是一个动态的过程，反应速率的精确调控是维持生命稳态和执行复杂功能的关键。本卷将聚焦于： 反应速率方程与影响因素：我们将学习如何描述化学反应的速率，以及哪些因素会影响反应速率，例如反应物浓度、温度、pH值以及是否存在催化剂。在生物学语境下，这意味着要理解酶催化反应的米氏方程（Michaelis-Menten kinetics），分析底物浓度、酶浓度对反应速率的影响，以及酶活性的调节机制。 反应机理与过渡态理论：深入理解反应的发生过程，有助于我们从分子层面把握生命活动的动力学。本卷将介绍反应机理的概念，例如单分子反应、双分子反应，以及酶催化反应的普遍机理。通过过渡态理论，我们可以理解活化能的本质，以及酶如何通过稳定过渡态来降低活化能。 酶动力学的深入探讨：酶的动力学特性是其功能的基础。我们将详细讨论酶的抑制与激活机制，包括竞争性抑制、非竞争性抑制、混合性抑制以及变构调节。这些机制的理解，对于药物设计、代谢通路研究至关重要。 非平衡态热力学与生命系统的稳定性：与孤立系统不同，生命体是典型的开放系统，处于远离平衡的非平衡态。本卷将初步介绍非平衡态热力学概念，并探讨生命系统如何通过耗散结构来维持其有序性。我们将关注耗散过程中能量的流动与转化，以及生命系统如何通过反馈机制保持动态稳定。 通过本卷的学习，读者将能够建立起一套完整的关于生命体能量转化和反应速率控制的认知框架，为理解更复杂的生物现象打下坚实的基础。 第二卷：生物科学光谱学 当我们试图深入了解生物分子的微观世界，探究其结构、构象、动态变化以及与其他分子的相互作用，传统的化学分析方法往往显得力不从心。光谱学，作为一种强大的探测手段，能够利用物质与电磁波的相互作用，揭示分子层面的信息，因此成为现代生物科学研究不可或缺的工具。本卷将全面介绍生物科学领域常用的各类光谱学技术及其应用。 光谱学的基本原理与分类： 我们将从基础开始，解释电磁波谱的组成，以及物质吸收、发射、散射或衍射电磁波时产生的各种光谱现象。在此基础上，我们将对各类光谱技术进行分类，例如基于吸收、发射、散射、荧光、共振等原理的光谱技术。 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis Spectroscopy）： 原理与应用：UV-Vis光谱主要用于探测含有共轭π电子体系的分子，例如核酸、蛋白质中的芳香氨基酸、叶绿素等。本卷将详细介绍其基本原理，如何通过测量样品在不同波长下的吸光度来确定其浓度、纯度，以及监测化学反应的进程。 在生物学中的具体应用：我们将探讨如何利用UV-Vis光谱测定DNA和蛋白质的浓度，分析其与配体的结合，研究光合作用中光合色素的光谱特性，以及在临床诊断中的应用。 荧光光谱（Fluorescence Spectroscopy）： 原理与优势：荧光光谱是一种极其灵敏的技术，能够检测到低至纳摩尔甚至皮摩尔浓度的物质。本卷将深入讲解荧光猝灭、能量转移（FRET）等关键概念，以及如何利用这些现象来研究分子间的相互作用、距离和构象变化。 在生物学中的具体应用：我们将重点介绍荧光标记技术在蛋白质定位、细胞成像、信号转导研究中的应用。FRET技术在研究蛋白质-蛋白质相互作用、构象变化方面的强大能力也将被详细阐述。此外，还将介绍内源性荧光（如色氨酸、酪氨酸的荧光）在研究蛋白质结构和动态变化中的作用。 红外光谱（IR Spectroscopy）与拉曼光谱（Raman Spectroscopy）： 原理与分子指纹：IR和Raman光谱主要探测分子的振动模式，能够提供关于分子官能团和化学键的丰富信息，常被称为分子的“指纹”。本卷将解释它们之间的区别与联系，以及如何解读这些光谱以确定化合物的结构。 在生物学中的应用：我们将展示IR光谱如何用于鉴定生物分子，研究其氢键网络和构象变化。Raman光谱则以其在水溶液中的优势，在研究蛋白质、核酸、脂质等生物大分子的结构和相互作用方面发挥着越来越重要的作用，尤其是在原位、非标记的分析中。 核磁共振谱（NMR Spectroscopy）： 原理与结构解析利器：NMR谱是解析三维分子结构的黄金标准之一。本卷将详细介绍NMR谱的基本原理，包括核自旋、共振条件、化学位移、耦合常数等概念。 在生物学中的应用：我们将深入探讨一维和二维NMR技术在解析小分子、蛋白质、核酸等生物大分子三维结构中的应用。还将介绍NMR在研究分子动力学、药物靶点相互作用、蛋白质折叠等方面的最新进展。 质谱（Mass Spectrometry, MS）： 原理与分子量测定：MS技术能够精确测定分子的质量，并提供关于分子组成和结构的信息。本卷将介绍不同的电离方法（如ESI, MALDI）和质量分析器（如四极杆, 飞行时间）的原理，以及它们如何用于生物分子的分析。 在生物学中的应用：我们将重点介绍MS在蛋白质组学、代谢组学、药物发现、蛋白质鉴定与定量、后翻译修饰研究等领域的广泛应用。 其他重要光谱技术： 本卷还将对圆二色谱（Circular Dichroism, CD）、X射线衍射（X-ray Diffraction）等在研究生物分子二级结构、三维结构中的应用进行介绍，让读者对生物分子结构分析的工具箱有更全面的认识。 一套整合的生命科学视角 这两卷内容的结合，并非简单的拼凑。它们共同指向一个核心目标：提供一个以物理化学原理为基础，深入理解生命活动本质的视角。 热力学与动力学为光谱学研究提供理论框架：例如，光谱学观察到的分子构象变化，可以通过热力学计算其能量差异来解释；反应速率的改变，可以通过动力学模型来定量描述。 光谱学为热力学与动力学研究提供实验手段：例如，利用荧光光谱监测反应进程，从而获得动力学参数；利用NMR分析不同温度下分子的构象变化，从而计算其热力学稳定性。 这套书的语言风格力求清晰、严谨且富有启发性，避免不必要的专业术语堆砌，同时保证了科学的准确性。书中会穿插大量精心设计的图示、表格和生物学案例，帮助读者将抽象的理论与具体的生命现象联系起来，从而加深理解。我们相信，通过学习这套“双册套装”，读者不仅能够掌握理解生命活动所需的关键物理化学工具，更能培养一种运用跨学科知识解决复杂生物学问题的能力，为在生物科学领域的研究和创新奠定坚实的基础。无论您是生物科学专业的本科生、研究生，还是希望深化对生命过程理解的科研人员，这套书都将是您不可或缺的宝贵财富。

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