生物熱力學

也稱巨觀生物力能學，它廣泛套用了物理學中的熱力學理論，首先是經典熱力學的基本定律，並用熱力學參數來表達數量關係。例如，從葡萄糖和果糖合成蔗糖是一個ATP(腺苷三磷酸)的水解過程。這一過程與合成反應相偶聯。熱力學計算表明這一需能反應的自由能為5.5千卡每克分子。

基本介紹

• 中文名：生物熱力學
• 外文名：Biothermodynamics

基本概念

機體利用新陳代謝產生的能量來維持正常生命，從熱力學角度可定量地測量一個生物化學反應過程或生物過程中一定數量的能量所能完成的工作。因此，生物熱力學可被定義為對機體的生物和化學過程中與能量相關的定量研究，重點是生物化學反應和生物過程中的熱力學規律和套用，主要內容包括Gibbs 自由能和熱力學平衡等熱力學規律以及與熱力學相關的研究如機體內能量轉換、蛋白質結構和結合以及物質跨膜輸運等受能量控制的生物化學反應或生物過程。

概念來源

熱力學是研究熱現象的巨觀理論，它以大量分子、原子組成的物質體系為研究對象，所研究的這種體系被稱為熱力學系統，簡稱系統，與系統發生質量和能量交換的周圍物質統稱為環境，系統與環境的分界面稱為邊界。系統通過邊界與環境進行質量的交換及熱能和機械能或其它形式能量的傳遞。總之，熱力學是以實驗為基礎，從能量及能量守恆與轉化的觀點來分析系統在狀態變化過程中熱功轉換關係和條件的學科。

經典熱力學定律只適用於孤立體系，而生命體系是一個開放體系，生命過程是一個和外界環境不斷進行物質與能量交換的不可逆過程。近年來不可逆過程熱力學研究不斷發展，熱力學在生物學中的套用大大擴展。例如，經典熱力學難以解釋的“主動轉運”過程(離子在細胞膜內外對抗濃度梯度的運動)，用不可逆過程熱力學就能作出較好的說明。

最新的“耗散結構”理論進一步推動了這方面的進展。耗散理論認為：遠離平衡態的系統，同樣可以是穩定的。這種狀態的維持，需要不斷有物質與能量的供應，這種狀態可以有一定的空間結構，在時間上有一定的運動秩序。而這些正是生命現象的重要特徵。