Biothermodynamics Part A, Volume 455 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Johnson, Michael L. (EDT)/ Holt, Jo M. (EDT)/ Ackers, Gary K. (EDT)

出品人:

页数:512

译者:

出版时间:2009-4

价格:1405.00 元

装帧:

isbn号码:9780123745965

丛书系列:

图书标签:

• Biothermodynamics
• Thermodynamics
• Biophysics
• Chemical Thermodynamics
• Biological Systems
• Energy Transfer
• Molecular Interactions
• Equilibrium
• Non-equilibrium Thermodynamics
• Heat Transfer

Biothermodynamics Part A, Volume 455 摘要 本书深入探讨了生物热力学这一迷人而至关重要的领域，重点关注生物系统中的能量转化和物质流动。通过对核心原理和先进概念的细致阐述，本书旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架，以解析生命体如何高效地利用和管理能量，从而维持其结构、功能和生长。本书不仅涵盖了经典的化学热力学基础，更将其巧妙地应用于生物分子、生物过程和复杂生物系统的分析之中，揭示了生命运作的根本能量驱动力。 第一章：生物热力学的基本概念 本章为读者打下坚实的理论基础，从热力学的基本定律出发，逐步引入与生物系统息息相关的概念。我们将详细介绍热力学第一定律（能量守恒）在生物过程中的体现，例如 ATP 水解产生的能量如何驱动细胞活动，以及光合作用和呼吸作用中的能量转化。接着，我们将深入探讨热力学第二定律（熵增原理）在生命体中的应用，解释生命体如何作为一个开放系统，通过不断输入能量来维持低熵状态，并通过代谢过程将能量以热量的形式耗散出去，从而遵循整体熵增的宇宙规律。 我们将详细解析吉布斯自由能（ΔG）的概念，阐明其在判断生物反应自发性方面的重要性。ΔG 的负值预示着反应的自发进行，而正值则表明需要能量输入。本书将通过大量生物学例子，如酶促反应、分子马达的工作机制、膜蛋白的运输功能等，直观地展示 ΔG 在指导生命活动中的核心作用。此外，本章还将介绍焓（ΔH）和熵（ΔS）的概念，并阐述它们如何共同影响自由能的变化，以及在生物系统中，熵的增加如何被能量输入所抵消，维持生命体的有序性。 第二章：生物分子及其热力学性质 生命体的构建基石——生物分子，其独特的热力学性质是理解生物热力学的关键。本章将聚焦于蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等主要生物大分子的热力学特性。我们将详细分析蛋白质折叠过程的热力学驱动力，探讨疏水效应、氢键、范德华力和离子相互作用在稳定蛋白质三维结构中的作用。蛋白质的稳定性和构象变化直接影响其生物功能，我们将通过分析变性实验和蛋白质结合的热力学数据，来揭示这些过程背后的能量学原理。 对于核酸，我们将探讨 DNA 双螺旋的形成和解链过程的热力学。DNA 碱基配对、堆积作用以及溶液环境对其稳定性的影响都将是本章的重点。理解 DNA 杂交和解链的热力学，对于基因复制、转录和 DNA 损伤修复等过程至关重要。 脂类的自组装行为，例如在水溶液中形成脂质体和细胞膜，也是本章的重要讨论内容。我们将分析脂质链的疏水性、磷酸基团的亲水性以及环境因素（如温度、pH 值）对脂质自组装结构热力学稳定性的影响。细胞膜的流动性、相变以及膜蛋白的嵌入和功能，都与脂质双层膜的热力学性质密切相关。 碳水化合物作为能量储存和结构支撑的关键分子，其热力学性质同样值得关注。我们还将简要介绍这些生物分子与其他物质相互作用时的热力学变化，例如配体与受体的结合，酶与底物的结合，以及药物与靶点的相互作用。 第三章：酶促反应的热力学 酶是生物催化剂，它们极大地加速了生命体内的生化反应，而对酶促反应热力学性质的理解，是认识生命活动效率的关键。本章将深入探讨酶促反应的平衡常数（Keq）和活化能（Ea）与热力学参数的关系。我们将解释酶如何通过降低反应的活化能来加速反应，但并不能改变反应的平衡位置，即反应的吉布斯自由能变化（ΔG）。 我们将详细讨论 Michaelis-Menten 动力学模型与热力学之间的联系，以及酶催化过程中各种速率常数所蕴含的热力学信息。本章还将介绍不同类型的酶促反应，例如氧化还原反应、水解反应、异构化反应以及偶联反应，并分析其热力学特征。例如，我们将探讨 ATP 酶在水解 ATP 过程中释放的自由能如何被用于驱动其他非自发反应，以及氧化磷酸化过程中质子梯度的能量如何被转化为 ATP 合成的能量。 此外，本章还将涉及酶与变构调节剂、竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂之间的相互作用，以及这些相互作用如何通过改变酶的构象或底物结合亲和力来影响反应的热力学和动力学。理解这些相互作用的热力学基础，对于药物设计和开发至关重要。 第四章：生物能量转化过程 本章将聚焦于生命体中最重要的能量转化过程，揭示能量是如何被获取、储存和利用的。我们将详细分析光合作用，从吸收光能到将光能转化为化学能（ATP 和 NADPH）的过程，再到利用这些化学能固定二氧化碳合成有机物的热力学基础。我们将探讨光合系统中电子传递链和质子泵的作用，以及质子动力学力（pmf）在 ATP 合成中的关键作用。 紧接着，我们将深入研究细胞呼吸作用，这是生物体获取能量的主要途径。我们将详细解析糖酵解、柠檬酸循环和氧化磷酸化等过程中的一系列氧化还原反应。我们将定量分析这些过程中自由能的变化，以及 ATP 的合成是如何通过耦联放能反应实现的。特别是，我们将关注电子传递链中各复合物的氧化还原电位差如何驱动质子跨膜运输，以及 ATP 合成酶如何利用质子流的势能来催化 ATP 的生成。 本章还将讨论其他重要的生物能量转化过程，例如脂肪的 β-氧化、氨基酸的代谢以及厌氧呼吸。我们将分析这些过程中的能量收支，以及它们如何适应不同的生理状态和环境条件。通过对这些能量转化过程的深入了解，读者将能够更全面地认识生命体的能量代谢网络。 第五章：生物膜与跨膜运输的热力学 细胞膜是生命活动的基本边界，也是能量和物质转运的关键场所。本章将深入探讨生物膜的热力学性质及其在跨膜运输中的作用。我们将从膜的结构开始，分析脂质双层膜的形成和稳定性所涉及的热力学原理，如疏水效应、膜流动性以及相变。 我们还将重点关注各种跨膜运输机制的热力学驱动力。对于被动运输（简单扩散和促进扩散），我们将解释物质如何顺着其浓度梯度或电化学梯度跨膜移动，以及这个过程中的自由能变化。对于需要能量输入的跨膜运输（主动运输），我们将深入分析 ATP 驱动泵（如 Na+/K+-ATPase）和偶联转运体如何利用能量来逆浓度梯度运输物质。我们将量化这些过程中的能量耦合，以及膜蛋白在能量转化中的作用。 此外，本章还将探讨细胞膜的电生理特性，如膜电位，以及它如何影响离子跨膜运输的热力学。我们将分析离子通道和离子泵的功能，以及它们在维持细胞内外离子平衡和产生电信号中的作用。理解这些过程的热力学基础，对于理解神经传导、肌肉收缩以及各种细胞信号转导机制至关重要。 第六章：生物系统中能量传递和信号转导的热力学 生命体的正常运作离不开高效的能量传递和精密的信号转导机制。本章将探讨这些复杂过程背后的热力学原理。我们将分析细胞内的能量传递网络，例如 ATP 在细胞内的流动以及能量如何从储存形式转化为可利用形式。我们将考察 ATP 信号通路，如 cAMP 和 cGMP 的产生和降解，以及这些信号分子如何通过级联放大效应将信息传递到细胞内部。 我们将深入研究蛋白质磷酸化和去磷酸化在信号转导中的作用。磷酸化反应通常需要 ATP 的参与，我们将分析 ATP 水解的自由能如何驱动磷酸化过程，以及磷酸化对蛋白质构象和活性的影响。我们将考察各种激酶和磷酸酶的热力学特性，以及它们在信号通路中的调控作用。 此外，本章还将涉及一些涉及能量转换的信号转导机制，例如 G 蛋白偶联受体（GPCRs）的激活过程。我们将分析这些过程中的构象变化、配体结合以及下游效应器的激活所涉及的热力学相互作用。理解这些能量传递和信号转导过程的热力学基础，有助于我们揭示疾病的分子机制，并为开发新的治疗策略提供理论依据。 第七章：生物热力学的应用与展望 本书的最后一章将回顾生物热力学的核心概念，并展望其在各个领域的广泛应用。我们将讨论生物热力学在药物研发中的重要作用，例如通过分析药物与靶点之间的结合亲和力和热力学参数来优化药物设计。我们将考察抗体-抗原相互作用、酶抑制剂与酶的结合，以及蛋白质-蛋白质相互作用的热力学研究。 我们将探讨生物热力学在生物工程和合成生物学中的应用，例如通过设计具有特定热力学性质的生物分子和代谢通路来创造新的生物功能。我们还将关注生物能源研究，例如利用生物过程将太阳能转化为燃料，以及利用生物催化剂进行高效的化学合成。 此外，本章还将探讨生物热力学在理解疾病发生发展机制中的作用，例如在神经退行性疾病中蛋白质的错误折叠和聚集，以及在癌症中代谢的异常。最后，我们将对生物热力学未来的研究方向进行展望，包括对复杂生物系统的更深入理解，以及利用计算方法和实验技术来更精确地预测和控制生物过程的热力学行为。 总而言之，本书旨在为读者提供一个全面而深入的生物热力学知识体系，使其能够理解生命体如何利用能量来维持其复杂性和功能，并为进一步的研究和应用奠定坚实的基础。

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