Fyzikálna chémia a biofyzika - dokument PDF
Dokumenty
Prepis fyzikálnej chémie a biofyziky
Gerold Adam () Peter Luger () Gnther Stark
Fyzikálna chémia a biofyzika Piate, prepracované vydanie
S 294 ilustráciami a 51 tabuľkami
Prof. do dôchodku DR. Gnther StarkUniversitt Konstanz Katedra biológie 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 Londýn New York
Nemecká národná knižnica uvádza túto publikáciu v Nemeckej národnej bibliografii; podrobné bibliografické údaje sú k dispozícii na internete na adrese http://dnb.d-nb.de.
Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1977, 1988, 1995, 2003, 2009 Toto dielo je chránené autorským právom. Týmto ustanovené práva, najmä práva na preklad, opätovnú tlač, prezentáciu, extrakciu číslic a tabuliek, rozhlasové vysielanie, mikrofilmovanie alebo reprodukciu iným spôsobom a na ukladanie v systémoch na spracovanie údajov, zostávajú, aj keď iba v čiastočnom rozsahu Vymáhanie, vyhradené. Reprodukcia tohto diela alebo jeho častí je povolená v jednotlivých prípadoch iba v medziach zákonných ustanovení zákona o autorských právach Spolkovej republiky Nemecko z 9. septembra 1965 v platnom znení. V zásade podlieha odmene. Porušenia podliehajú trestným ustanoveniam autorského zákona. Reprodukcia bežných mien, obchodných mien, názvov výrobkov atď. V tejto práci, aj bez špeciálnej identifikácie, neodôvodňuje predpoklad, že tieto názvy treba považovať za bezplatné v zmysle právnych predpisov o ochranných známkach a značkách, a teda ani ktokoľvek to môže použiť.
Návrh väzby: WMXDesign GmbH, Heidelberg
Vytlačené na bezpečnom papieri
Springer je súčasťou odbornej vydavateľskej skupiny Springer Science + Business Media (www.springer.com)
Opravy rámcov sa obnovili. My eser to
.com/978-3-642-00423-0. kniha
Výhody vo fyzikálno-chemickej oblasti sú podstatne menšie
než v biologickej alebo lekárskej oblasti. Chcel by som sa poďakovať pani S. Wolfovej (Springer-Verlag) za dobrú spoluprácu.
Kostnica, február 2009 Gnther Stark
Po komplexnej revízii a rozšírení, ktorým kniha prešla vo 4. vydaní, sa 5. vydanie obmedzuje na opravy chýb a drobné doplnky a zmeny. Cvičenia však zaznamenali značný rozmach. Zo strany študentov bolo navrhnuté, že popri riešeniach sme obmedzili riešenia iba na ich uvedenie, aby sme povzbudili ľudí, aby na nich pracovali nezávisle. O možných riešeniach sa diskutovalo v tutoriáloch, ktoré sprevádzali prednášky. Táto metóda navrhovateľa má stále zmysel. V záujme riešenia problémov študentských génov teraz máme pred sebou značnú ďalšiu úlohu (väčšinou prevzatú z bohatej pokladnice predchádzajúcich písomných skúšok) s ich cestami riešenia, ako učebnými pomôckami na bezplatné stiahnutie z www.springer. Obrázky z teraz možno stiahnuť aj z tej istej internetovej adresy. Reagovali sme na žiadosť lektorov. Autor a vydavateľ žiadajú o vaše pochopenie, že nie všetky žiadosti, ktoré nám boli predložené, môžu byť splnené. Napríklad prijateľná cena je pre nás dôležitejšia ako zavedenie farebných ilustrácií, ich daktických
Nasledujúci predhovor k predchádzajúcemu vydaniu ho má stále
Už niekoľko desaťročí sa vývoj biológie zameriava na čoraz užšie väzby so základnými predmetmi chémie a fyziky. Biochémia, molekulárna biológia a fyziológia už nie sú mysliteľné bez metód a výrazov použitých v týchto základných predmetoch. Táto skutočnosť sa v poslednej dobe čoraz viac zohľadňuje pri zavádzaní kurzov prírodovedných predmetov. V tomto rámci prebieha rozsiahla chemická a fyzikálna výchova, ktorá sa snaží prekonať hranice medzi klasickými prírodovednými predmetmi a medicínou.
Táto kniha vznikla v roku 1977 z prednáškového kurzu fyzikálnej chémie a biofyziky, ktorý je súčasťou kurzu biológie na univerzite v Kostnici. Tento kurz, ktorý autori spoločne vytvorili, sa snaží objasniť význam fyzikálno-chemických aspektov pre oblasť biológie. Rozhodnutie prezentovať tento kurz v knižnej podobe bolo založené na pozorovaní, že klasické učebnice fyzikálnej chémie boli založené hlavne na javoch neživej prírody. Ďalšou nevýhodou učebníc dostupných vtedy a teraz, z pohľadu autorov, je rozsiahle zanedbávanie rozhraní a membrán. Významná časť životných procesov sa však odohráva na membránach, ako ukazuje letmý pohľad na rez bunkou s mnohými príbuznými štruktúrami (pozri obr. 9.1). Z toho vyplýva, že zameranie fyzikálnej chémie pre biológov by sa malo zaoberať rozhraniami a membránami.
Ďalším zameraním prezentácie sú dopravné procesy a ich hnacie sily, bez ktorých je život nepredstaviteľný. Kinetika pre biológov je viac ako klasická kinetika reakcií pre chemikov. Definujeme ju ako dynamiku životných procesov a ukážeme, že matematický formalizmus reakčnej kinetiky sa používa na popísanie kinetiky enzýmov a (v zovšeobecnenej podobe teórie kompartmentov) aj na popísanie transportných procesov in vivo (metabolizmus a farmakokinetika), ako aj v biosfére. Môže sa použiť (transport znečisťujúcich látok). Rovnaký matematický formalizmus sa používa aj v kontexte populačnej kinetiky.
Zaradenie kapitoly o radiačnej biofyzike a radiačnej biológii do katalógu tém, ktorý sa vo veľkej miere opiera o problematiku fyzikálnej chémie, sa na prvý pohľad môže zdať prekvapivé. Čitateľ sa však stáva veľmi
Predhovor k 4. vydaniu VIII
čoskoro zaregistrujte úzke odkazy, ktoré existujú najmä s kapitolou kinetika. Mechanická analýza účinkov žiarenia sa podobá, prinajmenšom v molekulárnom rozsahu, komplexným chemickým reakciám. Vzhľadom na dôležitosť biofyzikálnych problémov životného prostredia by mal byť začínajúci biológ oboznámený s biofyzikálnymi základmi radiačnej biológie, ktorá obsahuje vysvetlenie ťažkostí spojených s kvantitatívnou analýzou radiačného rizika. Podobné ťažkosti sa vyskytujú pri hodnotení rizík spojených s manipuláciou a používaním chemických znečisťujúcich látok. Príslušné analýzy sú ešte len v začiatkoch. Môžete sa zorientovať v radiačnom riziku a v nasledujúcich rokoch a desaťročiach zamestnáte toxikologický výskum.
Kniha je zameraná predovšetkým na biológov, biochemikov a absolventov biologických vied. Veríme však, že to môže byť užitočné aj pre biologicky zainteresovaných fyzikov a chemikov. Budúcnosť chémie spočíva v biológii. Dá sa preto predpokladať, že ústredné body, ktorým sa venuje táto kniha, budú v budúcnosti hrať úlohu aj pri výučbe chémie.
Časti 1-3 a 8.1-8.3 pôvodne napísal G. Adam, časti 4-6, 8.4, 8.5 a 9 P. Luger a časti 10 a 11 G. Stark. Po smrti mojich dvoch kolegov P. Lugera (1990) a G. Adama (1996) som prepracoval všetky oddiely, čo viedlo k početným doplnkom k súčasnému 4. vydaniu. Snažil som sa čo najviac zachovať pôvodnú dikciu svojich ctených kolegov.
Hlavné zmeny sa týkajú novej časti venovanej prvkom štatistickej termodynamiky v kapitole 1, ktorá, dúfam, objasňuje dynamický charakter pojmu rovnováha a všeobecný význam Boltz-Mannovho princípu distribúcie energie. Elektrochémia (kapitola 6) bola rozšírená a prispôsobená novým medzinárodným štandardom. Kapitola 8 obsahuje novú časť o základoch gélovej elektroforézy. Kapitola 9 bola doplnená časťou o štruktúre kanálov v biologických membránach. Celkom asi 50 nových obrázkov a tabuliek by malo ilustrovať veľké množstvo menších zmien.
Ďakujem svojim kolegom H.-J. Apell, D. Brdiczka, K. Diederichs, H.-W. Ho-fer, P. Kroneck a W. Welte za užitočné rady. Platí to najmä pre Hansa-Jrgena Apella, ktorý korigoval podstatnú časť textu. Text pripravil Johannes Apell v mene pripravenej kamery vydavateľstva Springer. Chcel by som sa poďakovať pani I. Lasch-Petersmannovej a pani S. Wolfovej (Springer-Verlag) za bezproblémovú spoluprácu.
Kostnica, december 2002 Gnther Stark
1 Základy termodynamického popisu makroskopických systémov. 1
1.1 Základné termodynamické pojmy. 1 1.1.1 Termodynamické systémy, stavové premenné.