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出版者:Wiley-Interscience

作者:Robert A. Alberty

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:2006-3-23

价格:USD 165.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471757986

丛书系列:

图书标签:

• 生化热力学
• 热力学
• 生物化学
• 化学热力学
• 能量代谢
• 蛋白质结构
• 酶动力学
• 生物物理化学
• 分子生物学
• 热力学定律

深入探索生命化学的能量学基础 书名： 生物化学热力学导论 (Introduction to Biochemical Thermodynamics) 作者： [此处留空，或使用假定的专家姓名] 出版年份： [此处留空，或使用假定的年份] --- 内容简介： 《生物化学热力学导论》是一本全面且深入的教材，旨在为生命科学、生物化学、生物物理学以及化学工程等领域的学生和研究人员提供坚实的理论框架，用以理解和量化生命系统中所有生化反应的能量学驱动力。本书超越了基础化学热力学的范畴，专注于生物大分子（如蛋白质、核酸、脂质）的结构、折叠、相互作用以及代谢途径中的能量转化过程。 本书结构严谨，内容组织遵循从宏观原理到微观机制的递进逻辑。我们首先回顾并巩固了热力学三大定律在处理生物系统时的适用性与特殊性，特别强调了开放系统、非平衡态以及生物体内恒定环境（如生理pH和离子强度）对热力学参数的影响。 第一部分：基础理论与生物系统的特殊性 第一章：热力学的基石与生物学的视角 本章深入探讨了吉布斯自由能（ΔG）作为生命过程驱动力的核心地位。不同于传统的化学反应，生物分子常常在水相环境中发生，其溶解过程、熵变计算以及对温度和压力的敏感性，构成了理解生物热力学的首要挑战。我们详细分析了标准状态的重新定义（例如，引入对 H+ 浓度为 $10^{-7} ext{ M}$ 的“生化标准状态” $Delta G^{circ prime}$），并论证了为何在生理条件下，平衡常数和反应的实际自由能变化 ($Delta G$) 之间的差异至关重要。本章还引入了化学势的概念，并将其应用于离子梯度和跨膜转运的驱动力分析。 第二章：水、分子间作用力与自发过程的熵 生命系统的溶剂——水，其独特的性质是理解生物热力学的关键。本章重点讨论了疏水效应的本质。我们从统计力学角度解释了分子在水溶液中聚集时产生的巨大熵增效应，这对于理解蛋白质折叠的自发性和膜的形成至关重要。此外，本书详细分析了范德华力、氢键、静电相互作用在稳定生物分子结构中的相对贡献，并利用这些信息来预测或解释观察到的热力学数据。 第二部分：生物分子结构与稳定性的热力学解析 第三章：蛋白质折叠与构象变化的热力学 蛋白质折叠是生命活动中最迷人也最复杂的自发过程之一。本章聚焦于描述和量化这一过程的驱动力。我们系统地探讨了自由能小箱模型（Energy Landscape Theory）在理解折叠路径和中间体的应用。关键内容包括：如何通过差示扫描量热法（DSC）和等温滴定法（ITC）实验获取蛋白质的溶解热、结合焓和熵变化；以及如何分离结构稳定性和功能活性所需的精确能量贡献。对于不可逆变性过程，我们探讨了其热力学驱动力和动力学限制之间的关系。 第四章：核酸的结构稳定性和解旋 本章专门研究 DNA 和 RNA 双螺旋的稳定性。我们详细考察了碱基堆积（Base Stacking）的贡献——一种主要的负 $Delta H$ 和正 $Delta S$ 共同作用的结果。通过测量熔解温度 ($T_m$)，学生将学习如何利用热力学方法计算特定序列的稳定性和杂合体的形成焓。此外，我们也探讨了小分子（如药物、转录因子）与核酸结合的热力学，强调结合亲和力与反应焓变的关联。 第五章：膜的形成与跨膜转运的热力学 细胞膜是生命活动的基本屏障。本章从热力学的角度解析了磷脂双分子层自组装的驱动力，再次强调了熵驱动的疏水效应在形成脂质体结构中的作用。对于跨膜运输，我们区分了简单扩散、促进扩散和主动转运。特别是对于需要能量驱动的主动转运（如 ATP 驱动的离子泵），本书详细阐述了耦合机制，计算了跨膜电化学势与水解自由能之间的能量平衡关系。 第三部分：代谢途径中的能量流与耦合 第六章：能量货币：ATP 的化学势与水解 ATP 是细胞内的主要能量载体。本章深入分析了 ATP 水解的宏观热力学参数。我们澄清了 ATP 水解的标准自由能 $Delta G^{circ prime}$ 为什么是一个相对较大的负值，并讨论了生理浓度条件下实际 $Delta G$ 的计算方法。重点在于理解细胞如何通过维持高浓度 ADP/AMP 和低浓度 Pi 来确保 ATP 驱动反应的巨大势能。 第七章：代谢耦合与反应平衡的调控 代谢网络中的绝大多数反应都不是独立的，而是通过能量中间体（如 ATP、NADH、质子梯度）相互耦合。本章的核心是理解“付出与回报”的原理。我们运用化学势平衡和质量作用定律，分析了可逆反应和不可逆反应在稳态下的行为。通过实例（如糖酵解或克雷布斯循环中的关键步骤），展示了如何通过酶促反应，使一个热力学上不利（$Delta G > 0$）的反应在整体途径中得以驱动。 第八章：氧化还原反应与电子传递链的热力学 细胞呼吸和光合作用是物质和能量转化的典范。本章聚焦于氧化还原反应的热力学。我们引入了标准还原电位 ($E^{circ prime}$) 的概念，并将其与吉布斯自由能进行精确关联。随后，本书详细剖析了电子传递链中电子流动的热力学驱动力：电子如何从低电位（高电子亲和力）物质传递到高电位（低电子亲和力）物质，以及这个过程中释放的自由能如何被有效地捕获并用于驱动质子泵，最终合成 ATP。 --- 本书的特色与受众： 《生物化学热力学导论》的特点在于其深厚的理论基础与高度的生物学相关性相结合。书中包含了大量结构化的问题和案例研究，引导读者从第一性原理出发，解决真实的生物学难题。无论是对于准备研究生入学考试的学生，还是正在进行结构生物学、药物设计或代谢工程研究的科研人员，本书都提供了不可或缺的定量工具箱，以精确地描述和预测生命系统的能量行为。 本书假设读者已具备基础的物理化学知识，但我们力求使每一重要概念的引入都清晰、自洽，避免了不必要的数学推导的堆砌，而将重点放在概念的物理意义和生物学应用上。通过本书的学习，读者将能够以热力学的视角，真正理解“生命如何运行”这一宏大命题背后的能量逻辑。

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