Physical Chemistry for the Life Sciences + Explorations in Physical Chemistry Access Card pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:W H Freeman & Co

作者:Atkins, Peter/ Walters, Valerie

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:130.65

装帧:HRD

isbn号码:9781429200134

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 生命科学
• 化学
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分子世界的奥秘：生命科学中的化学基础与前沿探索 一本深度聚焦于生命科学与物理化学交叉领域的权威著作，旨在为学生和研究人员提供理解生物系统复杂性的坚实化学框架。 本书深入剖析了驱动生命现象的底层物理化学原理，将经典的物理化学概念与现代生物学的研究热点紧密结合。我们不再将生命视为孤立的化学反应集合，而是将其视为一个在特定温度、压力和化学梯度下运作的精密物理化学系统。 第一部分：宏观基础与热力学驱动力 本部分为理解生命过程中的能量流动奠定了基础。我们从热力学的基本定律出发，阐述了系统、环境、功和热等核心概念。重点在于吉布斯自由能（$Delta G$）在生物学中的核心地位。生命活动本质上是能量的重新分配和转化过程，理解何种过程是自发（能量有利）的，以及如何通过耦合反应来驱动非自发的生命构建过程，是生物化学家的必备技能。 我们将详细探讨平衡态与非平衡态热力学。在活细胞中，许多过程——如跨膜运输和酶促反应——都远离热力学平衡。因此，理解稳态（Steady State）的概念以及如何利用拉格朗日乘子法等工具来分析这些动态系统，变得至关重要。此外，我们还将引入熵（Entropy）的概念，不仅仅停留在无序度的宏观理解，而是深入到信息论和统计力学在解释分子识别和折叠中的应用，揭示生命对“信息”的物理学基础。 第二部分：分子结构与介观相互作用 生命依赖于高度特异性的分子识别，这完全由分子间的相互作用力决定。本部分将细致考察不同类型的非共价键及其在生物大分子结构和功能中的作用： 范德华力与疏水效应： 深入分析水分子与非极性基团之间的复杂相互作用，这是蛋白质折叠、膜形成和分子聚集体的关键驱动力。我们将利用统计力学模型来量化疏水体积的变化与自由能之间的关系。 氢键的精确几何学： 氢键是DNA双螺旋结构稳定性和酶活性位点特异性的基石。我们将讨论氢键供体和受体的角度依赖性，以及在溶液中它们与水分子竞争的动态平衡。 静电相互作用与离子强度： 探讨泊松-玻尔兹曼方程在描述带电生物分子（如蛋白质表面、核酸骨架）与其周围离子环境相互作用中的应用。理解如何通过盐浓度变化来调控分子间的吸引或排斥，这对理解细胞内环境的缓冲机制至关重要。 第三部分：动力学：速率与调控 生命活动是快速且可调控的。本部分将物理化学的反应速率理论应用于生物催化剂——酶。 酶动力学模型： 从最基础的米氏方程（Michaelis-Menten kinetics）出发，过渡到更复杂的底物协同效应、变构调控和多底物酶反应模型。我们将运用过渡态理论（Transition State Theory）来解释酶如何通过降低活化能垒来加速反应，并讨论酶催化机制中的量子效应（如量子隧穿）。 化学弛豫与信号转导： 对于快速发生的化学平衡，例如离子通道的开闭或受体激活，我们利用弛豫技术（如温度跃迁、压力跳跃）来测量其动力学常数。这部分内容将连接到细胞信号通路中快速信号传递的物理化学基础。 扩散与传输： 在细胞内部，物质传输不是瞬时的，而是受限于扩散过程。我们将应用Fick定律来描述小分子在细胞质中的运动，并探讨在受限空间（如细胞膜、细胞器内部）中扩散系数的改变，这直接影响了代谢速率和反应物的有效浓度。 第四部分：光谱学与结构解析 现代生物物理学依赖于精密的物理化学工具来“看清”分子。本部分侧重于如何利用电磁辐射与物质的相互作用来获取结构和动力学信息。 分子振动与光谱： 详细介绍红外光谱（IR）和拉曼光谱在分析蛋白质二级结构（酰胺I带）和膜脂层流动性中的应用。我们关注这些技术如何揭示分子在不同环境下的构象变化。 电子跃迁与光化学： 探讨紫外-可见光谱（UV-Vis）在量化分子浓度和监测氧化还原状态（如细胞色素）中的作用。更进一步，我们将引入荧光光谱，讨论荧光偏振、FRET（Förster共振能量转移）作为测量分子间距离和构象变化的强大工具。 核磁共振（NMR）的物理基础： NMR是研究溶液中大分子结构和动态信息的核心技术。我们将解析核磁共振的原理，包括自旋系统、弛豫时间（$T_1$和$T_2$），以及如何利用化学位移和偶合常数来构建三维结构模型。 第五部分：膜的物理化学与跨膜运输 细胞膜是生命活动的边界，其结构和功能是物理化学原理的典范。 脂质双分子层的形成与性质： 运用相图和临界胶束浓度（CMC）的概念来理解磷脂自组装的驱动力。讨论膜的流动性（或刚性）如何受脂肪酸链长度和胆固醇含量的影响，以及这如何影响嵌入式蛋白质的功能。 渗透压与水通道： 深入分析水在膜上的跨膜运动，解释渗透压和格鲁森定律在维持细胞体积稳定中的作用。讨论水通道蛋白如何通过精确控制的氢键网络，实现对水分子的近乎完美的选择性传输。 主动与被动运输的能量学： 将热力学与动力学相结合，分析扩散、易化扩散和主动运输（如离子泵）的驱动力。重点解析能斯脱方程（Nernst Equation）和戈特曼方程（Goldman Equation）在计算膜电位和跨膜离子梯度中的应用，揭示细胞维持电化学梯度的物理成本。 本书的教学理念强调从第一性原理出发，引导读者建立严谨的定量分析能力，从而能更好地解释和预测复杂的生物现象，无论是理解一个新药如何与靶点结合，还是预测细胞在极端环境下的生存能力。它提供的不仅仅是知识，更是一套解析生命现象的物理化学思维工具。

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