生物力能學(xué)是生物物理學(xué)的分支學(xué)科。它是研究生命過(guò)程中的能量在不同形式間的轉變，及其在數量間的變化，也稱(chēng)為生物能力學(xué)或生物能學(xué)。

領(lǐng)域

生物

性質(zhì)

生物物理學(xué)分支

簡(jiǎn)介

生物力能學(xué)

生物力能學(xué)是生物物理學(xué)的分支學(xué)科。它是研究生命過(guò)程中的能量在不同形式間的轉變，及其數量變化，也稱(chēng)為生物能力學(xué)或生物能學(xué)。有機體以及具有生物學(xué)活性的大分子，對于能量的吸收、儲存、轉移、轉化、利用及其損傷作用基本規律的研究，就組成為生物力能學(xué)

的基本內容。

研究背景

生物力能學(xué)

自然界所發(fā)生的一切運動(dòng)，都伴隨著(zhù)能量的變化，生命過(guò)程也不例外。有機體生活在一定的環(huán)境之中，它必須不斷地從外界獲得能量，才能維持生命和進(jìn)行必要的生命過(guò)程，這是能量的吸收，把從外界所吸收的能量轉變成為適于在體內儲存的能量形式，這是能量的儲存。在合適的條件下，被吸收的能量將在體內轉移到需要能量來(lái)啟動(dòng)某種反應的部位，例如，蛋白質(zhì)所吸收的光能往往可以在整個(gè)蛋白質(zhì)中轉移，使其最終效應常表現為某一個(gè)或幾個(gè)化學(xué)鍵的斷裂。這種過(guò)程是能量的轉移。

被吸收或被轉移的能量在生命過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生能量形式的變換，例如，肌肉收縮時(shí)，高能磷酸鍵的化學(xué)能轉變?yōu)闄C械能而做功；光合作用中光能轉變?yōu)榛瘜W(xué)能；視覺(jué)過(guò)程中光能轉變?yōu)殡娔芏a(chǎn)生視覺(jué)，這些都是能量的轉化和利用。機體在其長(cháng)期進(jìn)化過(guò)程中所形成的組織與器官對外界能量有一定的適應范圍，在受到超出這一范圍的能量作用時(shí)往往使機體受到損傷。例如強烈日曬或大劑量高能輻射的作用可能引起各種疾病，這是能量對機體的損傷作用。

應用領(lǐng)域

宏觀(guān)生物力能學(xué)也稱(chēng)為生物熱力學(xué)，它廣泛應用了物理學(xué)中的熱力學(xué)理論，首先是經(jīng)典熱力學(xué)的基本定律，并用熱力學(xué)參數來(lái)表達數量關(guān)系。經(jīng)典熱力學(xué)定律只適用于孤立體系，而生命體系是一個(gè)開(kāi)放體系，生命過(guò)程是一個(gè)和外界環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的不可逆過(guò)程。不可逆過(guò)程熱力學(xué)研究不斷發(fā)展，熱力學(xué)在生物學(xué)中的應用大大擴展。例如，經(jīng)典熱力學(xué)難以解釋的"主動(dòng)轉運"過(guò)程(離子在細胞膜內外對抗濃度梯度的運動(dòng))，用不可逆過(guò)程熱力學(xué)就能作出較好的說(shuō)明。最新的"耗散結構"理論進(jìn)一步推動(dòng)了這方面的進(jìn)展。耗散理論認為：遠離平衡態(tài)的系統，同樣可以是穩定的。這種狀態(tài)的維持，需要不斷有物質(zhì)與能量的供應，這種狀態(tài)可以有一定的空間結構，在時(shí)間上有一定的運動(dòng)秩序。而這些正是生命現象的重要特征。

研究角度

生物力能學(xué)

生物力能學(xué)的研究可以從兩個(gè)不同的角度進(jìn)行，即宏觀(guān)的角度和微觀(guān)的角度。宏觀(guān)的生物力能學(xué)從整個(gè)體系的能量形式和變化進(jìn)行研究，而不追究體系本身結構的變化細節。所謂體系既可以指群體和個(gè)體，也可以指參與反應的一組分子。

研究方法

微觀(guān)的生物力能學(xué)把能量狀態(tài)及變化和分子的結構與運動(dòng)結合在一起，具體研究能量從吸收到利用的全過(guò)程。這就使微觀(guān)生物力能學(xué)實(shí)際上成為分子生物物理學(xué)的一個(gè)組成部分。它在研究中廣泛應用量子論和量子力學(xué)的方法，又使其和量子生物學(xué)緊密聯(lián)系。微觀(guān)生物力能學(xué)是當前生物力能學(xué)的主要發(fā)展方向，其主要內容可歸納為：生物分子的電子結構研究；能量轉移理論的研究，這類(lèi)研究對于弄清一個(gè)具體體系中的能量傳遞過(guò)程具有重要意義；瞬時(shí)活性物質(zhì)的研究；結構與能量關(guān)系的研究，與生物膜相聯(lián)的能量轉換作用是當前生物物理研究中最受注意的一個(gè)問(wèn)題；損傷與修復機制的研究等等。