Chimie fizică și biofizică - Document PDF

Documente

Transcriere de chimie fizică și biofizică

Gerold Adam () Peter Luger () Gnther Stark

Chimie fizică și biofizică Ediția a cincea, revizuită

Cu 294 de ilustrații și 51 de tabele

Prof. Pensionar Dr. Gnther StarkUniversitt Konstanz Departamentul de biologie Fach 638D-78457 [email protected]

ISSN 0937-7433ISBN 978-3-642-00423-0 e-ISBN 978-3-642-00424-7DOI 10.1007/978-3-642-00424-7 Springer Dordrecht Heidelberg Londra New York

Biblioteca Națională Germană enumeră această publicație în Bibliografia Națională Germană; datele bibliografice detaliate sunt disponibile pe Internet la http://dnb.d-nb.de.

Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1977, 1988, 1995, 2003, 2009 Această lucrare este protejată prin drepturi de autor. Drepturile stabilite prin aceasta, în special cele de traducere, reimprimare, prezentare, extragere de figuri și tabele, difuzare radio, microfilmare sau reproducere în alte moduri și stocare în sisteme de prelucrare a datelor, rămân, chiar dacă numai în extrase Recuperare, rezervată. Reproducerea acestei opere sau a unor părți ale acesteia este permisă, de asemenea, în cazuri individuale numai în limitele prevederilor legale ale legii drepturilor de autor din Republica Federală Germania din 9 septembrie 1965 în versiunea aplicabilă în prezent. În principiu, este supus unei remunerații. Încălcările sunt supuse dispozițiilor penale ale Legii drepturilor de autor. Reproducerea denumirilor comune, denumirilor comerciale, denumirilor produselor etc. în această lucrare, chiar și fără identificare specială, nu justifică presupunerea că aceste denumiri trebuie considerate libere în sensul legislației privind mărcile comerciale și protecția mărcii și, prin urmare, din oricine îl poate folosi.

Design de legare: WMXDesign GmbH, Heidelberg

Tipărit pe hârtie sigură

Springer face parte din grupul specializat de publicare Springer Science + Business Media (www.springer.com)

Corecțiile cadrului s-au recuperat. Noi vrem să

.com/978-3-642-00423-0. carte

Avantajele din zona fizico-chimică sunt considerabil mai mici

decât în domeniul biologic sau medical. Aș dori să mulțumesc dnei S. Wolf (Springer-Verlag) pentru buna cooperare.

Constance, februarie 2009 Gnther Stark

După revizuirea și extinderea cuprinzătoare pe care a suferit-o cartea în ediția a IV-a, ediția a V-a se limitează la corecții de erori și adăugiri și modificări minore. Cu toate acestea, exercițiile au cunoscut o expansiune considerabilă. Din partea studenților, s-a sugerat că, pe lângă soluții, am limitat soluțiile la afirmarea soluțiilor, pentru a încuraja oamenii să lucreze la ele în mod independent. Soluțiile posibile au fost discutate în tutorialele care au însoțit prelegerile. Această metodă a raportorului are încă sens. Pentru a răspunde preocupărilor genelor studențești, avem acum un număr considerabil de sarcini suplimentare (preluate în cea mai mare parte din bogatul tezaur al sarcinilor de examen anterioare), cu căile lor de soluție ca mijloace de învățare pentru descărcare gratuită de pe www.springer Imaginile de pe acum pot fi descărcate și de pe aceeași adresă de internet. Am răspuns la o solicitare din partea lectorilor. Autorul și editorul vă cer să înțelegeți că nu toate cererile care ni s-au făcut ar putea fi îndeplinite. De exemplu, un preț accesibil este mai important pentru noi decât introducerea ilustrațiilor colorate, dactica lor

Următoarea prefață a ediției anterioare o are încă

De câteva decenii, dezvoltarea biologiei urmărește legături din ce în ce mai strânse cu subiectele de bază ale chimiei și fizicii. Biochimia, biologia moleculară și fiziologia nu mai sunt concepute fără metodele și termenii folosiți la aceste materii de bază. Acest fapt a fost luat recent în considerare din ce în ce mai mult la introducerea cursurilor de științe ale vieții. În acest cadru are loc o educație fizică și chimică amplă, care încearcă să depășească granițele dintre disciplinele clasice de științe ale naturii, precum și medicina.

Această carte a apărut în 1977 dintr-un curs de chimie fizică și biofizică, care face parte din cursul de biologie de la Universitatea din Konstanz. Acest curs, pe care autorii l-au stabilit împreună, încearcă să clarifice importanța aspectelor fizico-chimice pentru domeniul biologiei. Decizia de a prezenta acest curs sub formă de carte s-a bazat pe observația că manualele clasice de chimie fizică s-au bazat în principal pe fenomenele de natură neînsuflețită. Un alt dezavantaj al manualelor disponibile atunci și, de asemenea, astăzi, din punctul de vedere al autorilor, este neglijarea extinsă a interfețelor și membranelor. Cu toate acestea, o parte semnificativă a proceselor vieții are loc pe membrane, așa cum arată o scurtă privire asupra unei secțiuni printr-o celulă cu numeroasele sale structuri conexe (vezi Fig. 9.1). Rezultă din aceasta că o concentrare a chimiei fizice pentru biologi ar trebui să se ocupe de interfețe și membrane.

Un alt accent al prezentării prezente sunt procesele de transport și forțele lor motrice, fără de care viața este de neconceput. Cinetica pentru biologi este mai mult decât cinetica clasică a reacțiilor pentru chimiști. O definim ca dinamica proceselor vieții și arătăm că formalismul matematic al cineticii reacțiilor este folosit pentru a descrie cinetica enzimei și (în forma generalizată a teoriei compartimentului), de asemenea, pentru a descrie procesele de transport in vivo (metabolism și farmacocinetică), precum și în biosferă. (Transportul poluanților) poate fi utilizat. Același formalism matematic este folosit și în contextul cineticii populației.

Includerea capitolului despre biofizica radiației și biologia radiațiilor într-un catalog de subiecte, care se bazează în mare parte pe probleme de chimie fizică, poate părea surprinzătoare la prima vedere. Cu toate acestea, cititorul devine foarte

Cuvânt înainte la ediția a IV-a VIII

înregistrați în curând legăturile strânse care există în special cu capitolul cinetică. Analiza mecanicistă a efectului radiației seamănă cu cea a reacțiilor chimice complexe, cel puțin în domeniul molecular. Având în vedere importanța problemelor biofizice de mediu, viitorul biolog ar trebui să primească o introducere în elementele de bază biofizice ale biologiei radiațiilor, care să includă o explicație a dificultăților implicate într-o analiză cantitativă a riscului de radiație. Evaluarea riscurilor asociate cu manipularea și utilizarea poluanților chimici prezintă dificultăți similare. Analizele relevante sunt încă la început. Vă puteți orienta asupra riscului de radiații și veți menține cercetările toxicologice ocupate în următorii ani și decenii.

Cartea se adresează în primul rând biologilor, biochimiștilor și absolvenților cursurilor de științe ale vieții. Cu toate acestea, credem că se poate dovedi util și fizicianului și chimistului interesat biologic. Viitorul chimiei stă în biologie. Prin urmare, se poate presupune că domeniile de interes tratate în această carte vor juca, de asemenea, un rol în educația chimică în viitor.

Secțiunile 1-3 și 8.1-8.3 au fost scrise inițial de G. Adam, secțiunile 4-6, 8.4, 8.5 și 9 de P. Luger și secțiunile 10 și 11 de G. Stark. După moartea celor doi colegi ai mei P. Luger (1990) și G. Adam (1996), am revizuit toate secțiunile, ceea ce a dus la numeroase adăugiri la actuala ediție a IV-a. M-am străduit să păstrez pe cât posibil dicția originală a stimatilor mei colegi.

Schimbările majore privesc o nouă secțiune privind elementele termodinamicii statistice din capitolul 1, care sper să clarifice caracterul dinamic al termenului de echilibru și semnificația generală a principiului Boltz-Mann al distribuției energiei. Electrochimia (Capitolul 6) a fost extinsă și adaptată noilor standarde internaționale. Capitolul 8 conține o nouă secțiune despre elementele de bază ale electroforezei pe gel. Capitolul 9 a fost completat de o secțiune despre structura canalelor din membranele biologice. Totalul a aproximativ 50 de figuri și tabele noi ar trebui să ilustreze numărul mare de modificări mai mici.

Le mulțumesc colegilor mei H.-J. Apell, D. Brdiczka, K. Diederichs, H.-W. Ho-fer, P. Kroneck și W. Welte pentru sugestii utile. Acest lucru este valabil mai ales pentru Hans-Jrgen Apell, care a corectat o parte substanțială a textului. Johannes Apell a proiectat textul în numele camerei editurii Springer gata. Aș dori să mulțumesc doamnei I. Lasch-Petersmann și doamnei S. Wolf (Springer-Verlag) pentru buna cooperare.

Constance, decembrie 2002 Gnther Stark

1 Bazele descrierii termodinamice a sistemelor macroscopice. 1

1.1 Termeni termodinamici de bază. 1 1.1.1 Sisteme termodinamice, variabile de stare.