Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics

Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer-Verlag New York, Inc.
作者:Terrell L. Hill
出品人:
页数:119
译者:
出版时间:1989-4-1
价格:USD 84.99
装帧:
isbn号码:9780387968360
丛书系列:
图书标签:
  • 自由能
  • 生物能学
  • 生物物理
  • TerrellHill
  • Bioenergetics
  • 自由能转导
  • 生物化学动力学
  • 代谢循环
  • 热力学
  • 酶动力学
  • 生物物理化学
  • 能量代谢
  • 非平衡态热力学
  • 生物化学
  • 动力学
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具体描述

With this brief and updated textbook, Dr. Hill wants to explain in much simpler language than possible in his prior research monographs the theory of free energy transfer in biology, and finally make it accessible to students and investigators entering this field. It is designed for an upper-level class in biochemistry or biophysics. It can also be used for self-study.

The first chapter gives a self-contained and elementary discussion of the principles of free energy transduction in biology. Section 5 includes materials newly developed in the past 10 years on Onsager coefficients for systems near equilibrium.

The second chapter is a little more sophisticated, and deals with the so-called diagram method for calculating steady-state probabilities and cycle fluxes. Section 8 summarizes quite recent new results.

The third chapter is again a step more sophisticated. Free energy levels of the states in a kinetic diagram are introduced. Primarily of conceptual interest, it is also essential in understanding muscle contraction and related systems at the molecular level.

《量子纠缠:从理论基石到前沿应用》 一、 导言:探索宇宙的隐秘联系 量子纠缠,作为量子力学中最奇特也最引人注目的现象之一,描绘了两个或多个粒子即使在空间上相距遥远,其量子态依然保持关联的深刻联系。这种“幽灵般的超距作用”,挑战了我们基于经典物理学的直觉,并为理解物质和能量的底层规律打开了一扇全新的大门。本书旨在系统梳理量子纠缠的理论发展脉络、实验验证过程,并深入探讨其在信息科学、计算物理以及基础物理学研究中的广泛应用。我们力求以清晰、严谨的数学框架和丰富的物理图像,为读者构建一个全面而深入的知识体系。 二、 量子纠缠的理论基石与数学描述 本章聚焦于量子纠缠的数学基础,这是理解和操作纠缠态的先决条件。 2.1 希尔伯特空间与量子态的张量积: 详细阐述复合系统的数学结构,即如何通过张量积将多个子系统的希尔伯特空间组合起来,形成描述整体系统的更大空间。重点讨论可分离态(Separable States)与不可分离态(Inseparable States)的定义,明确区分两者在数学形式上的差异。 2.2 贝尔不等式的构建与意义: 深入解析贝尔不等式(Bell Inequalities)的物理背景和数学推导,包括CHSH(Clauser-Horne-Shimony-Holt)不等式的具体形式。通过对局部隐变量理论的否定性论证,确立量子纠缠作为一种非定域性(Non-local)物理实在的地位。本节将分析不同类型的贝尔测试(例如,基于自旋、偏振的测量方案)如何量化纠缠的程度。 2.3 纠缠度量: 介绍量化纠缠的各种指标。对于二粒子系统,重点讨论冯·诺依曼熵(Von Neumann Entropy)作为纠缠熵的计算方法及其性质。对于多粒子系统,引入纠缠保真度(Entanglement Fidelity)、纠缠见证(Entanglement Witness)等概念,探讨如何通过实验可观测量的测量来识别和量化特定类型的纠缠态,例如GHZ态(Greenberger-Horne-Zeilinger State)和W态。 三、 纠缠态的制备与操控实验 理论的完备性必须依赖于实验的验证与应用。本章细致回顾了历史上和当代前沿的纠缠态制备技术,以及实现对纠缠进行高精度操控的方法。 3.1 纠缠源的构建: 系统介绍制备双光子纠缠的主要技术路径。重点分析参量下转换(Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC)和自发四波混频(Spontaneous Four-Wave Mixing, SFWM)在产生空间、偏振和时间-频率纠缠光子对中的核心机制、效率和局限性。同时,探讨原子或固态系统(如量子点、金刚石色心NV中心)中制备内部自由度纠缠的最新进展。 3.2 囚禁离子与超导电路中的纠缠: 详细阐述离子阱技术(Trapped Ions)如何利用激光冷却和微波脉冲实现精确的量子逻辑门操作,进而制备多量子比特纠缠态,例如链式纠缠。在超导量子计算平台中,分析耦合超导电路(如Transmons)之间如何通过微波驱动产生和维持纠缠,以及退相干(Decoherence)对维持纠缠的挑战。 3.3 纠缠的传输与分发: 讨论纠缠在光纤或自由空间中长距离传输面临的损耗和退相干问题。重点介绍量子中继器(Quantum Repeater)的基本原理,包括纠缠交换(Entanglement Swapping)和纠错机制在延长纠缠分发距离中的关键作用。 四、 量子信息处理中的核心应用 量子纠缠不仅是基础物理现象,更是下一代信息技术的驱动力。本章将深入探讨纠缠在信息论中的革命性应用。 4.1 量子隐形传态(Quantum Teleportation): 详述利用贝尔对和经典通信通道实现量子态从一处到另一处的传输过程。分析其与经典通信的根本区别,并探讨在实际物理系统(如原子或光子)中实现高保真度隐形传态的实验挑战。 4.2 量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD): 重点介绍基于纠缠的QKD协议,尤其是E91协议(Ekert 1991)。阐述如何利用纠缠的非定域性检验密钥的安全性,保证窃听者无法在不被察觉的情况下获取信息。对比基于单光子偏振的BB84协议,讨论纠缠方案在抗探测攻击方面的独特优势。 4.3 量子计算与纠缠: 阐明纠缠态在通用量子计算中的核心地位。分析纠缠如何作为构建多量子比特逻辑门(如CNOT门)的资源,以及GHZ态和Cluster态(簇态)如何作为构建拓扑量子计算和测量驱动量子计算(Measurement-Based Quantum Computation, MBQC)的必要资源。探讨高维纠缠(Qudits)在提高计算效率方面的潜力。 五、 纠缠的开放性问题与前沿探索 量子纠缠的研究仍在不断深化,许多前沿领域等待着进一步的探索。 5.1 量子引力与时空结构: 介绍AdS/CFT对应关系中Ryu-Takayanagi公式的最新进展,探讨“ER=EPR”假说,即纠缠(EPR)与虫洞/时空几何(ER)之间的深刻联系。这部分内容将涉及黑洞信息悖论和量子场论在弯曲时空中的应用。 5.2 强关联系统中的纠缠: 讨论在凝聚态物理中,如何利用纠缠来描述多体量子系统的基态和激发态,例如拓扑序(Topological Order)和量子相变。分析张量网络态(Tensor Networks)如DMRG(Density Matrix Renormalization Group)方法如何有效地模拟和识别具有复杂纠缠结构的低能态。 5.3 宏观纠缠的边界: 探索将纠缠效应拓展到更大、更热的系统中去。研究生物系统(如光合作用)中是否存在受保护的量子相干性或纠缠现象,并探讨如何设计实验来探测这些微弱的、环境耦合的量子效应的生物学意义。 六、 结论与展望 本书总结了量子纠缠从基础概念到尖端技术的跨越式发展。强调了精确控制和高精度测量的实验进步是推动该领域发展的核心动力。展望未来,纠缠有望成为设计下一代能源、传感和计算技术的根本资源。

作者简介

目录信息

Preface
Chapter 1. Survey of the Elements of Free Energy Transduction
1. States, Diagrams, Cycles, and Free Energy Transduction
2. Thermodynamic Forces
3. Operational, Cycle, and Transition Fluxes
4. Efficiency and the Rate Free Energy Dissipation
5. Fluxes and Forces Near Equilibrium
Chapter 2. State Probabilities and Fluxes in Terms of the Rate Constants of the Diagram
6. The Diagram Method for State Probabilities
7. The Diagram Method for Cycle Fluxes and Related Topics
8. Recent Advances Concerning Fluxes, Diagrams, and Random Walks
Chapter 3. Free Energy Levels and Application to Muscle Contraction
9. Free Energy Levels in Kinetic Diagrams
10. Kinetic and Thermodynamic Formalism for Muscle Contraction
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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当我第一次看到这本书的书名《Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics》时,我的脑海中立刻浮现出那些在显微镜下看到的、生机勃勃的细胞景象,以及它们是如何在不断地进行着各种复杂的化学反应来维持生命的。这个书名精准地概括了我一直以来非常感兴趣的两个核心概念:自由能的转化,以及生命体内部各种物质循环的动态过程。我深知,对于理解生命的本质,能量的流动和物质的循环是不可或缺的两个维度。我期待这本书能够深入浅出地解释,究竟什么是自由能,它是如何在生化反应中被“转导”的,以及这种转导对生命活动的意义。同时,“生化循环动力学”这个词语也暗示了这本书会关注这些过程的速度、调控和相互作用。我希望书中能够提供具体的案例,比如细胞呼吸、光合作用、或者DNA复制等过程,来展示自由能转导和生化循环是如何协同作用的。我也非常期待书中能够介绍一些常用的动力学模型和分析方法,来帮助我们量化和理解这些复杂的生命过程。作为一名对生命科学有着浓厚兴趣的学生,我希望这本书能够成为我学习和研究的宝贵资源,帮助我构建起一个更扎实的理论基础,并为我探索更深层次的生命奥秘提供指引。

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拿到这本书,我立刻被它坚实的装帧和素雅的书名设计所吸引。封面上“Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics”的字样,在没有任何额外装饰的情况下,直接点出了其核心的研究领域,传递出一种高度专业和严谨的科学态度。这让我预感到,这本书并非一本轻松的读物,而是需要认真研读、深入思考的学术专著。作为一名对生命科学交叉领域充满求知欲的研究者,我一直对能量在生命过程中的角色感到着迷。从宏观的生态系统能量流动,到微观的细胞内能量转化,自由能始终是理解这些现象的关键。而“生化循环动力学”更是触及了我研究的痛点——如何量化和理解那些在生命体内部不断发生、周而复始的物质转化过程。我迫切希望这本书能够为我提供一套系统的理论框架和分析工具,来帮助我解决在实际研究中遇到的难题。我期待书中能够详细介绍各种自由能计算的方法,并提供相关的案例分析。此外,对于生化循环的动力学描述,我希望能够看到关于反应速率方程、稳态近似、限速步骤以及反馈抑制等概念的深入阐释。我尤其希望书中能够涵盖一些前沿的研究进展,比如在代谢工程、系统生物学等领域,如何利用自由能转导和生化循环动力学的原理来设计和优化人工生物系统。总之,我希望这本书能够成为我理解生命活动背后深层机制的一把钥匙,并为我的科研工作提供宝贵的理论指导。

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这本书的书名《Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics》本身就充满了科学的召唤力。它直接指向了生命科学中最核心、最基础的问题之一:生命体如何获取、转化和利用能量,以及这些能量如何驱动着物质的循环和生命的延续。我是一名对生命体系的精妙运转充满好奇的读者,一直希望能够更深入地理解其中的奥秘。我期待这本书能够以一种系统、严谨但又不失生动的方式,为我揭示自由能转导的原理,例如ATP的合成与水解在能量传递中的作用,以及电子传递链等过程。同时,我也非常关注“生化循环动力学”这一部分。它意味着书中将不仅仅描述物质的组成和变化,更会关注这些变化的速度、方向以及调控机制。我希望书中能够提供一些具体的例子,比如解释为什么某些代谢通路会以特定的速率进行,以及这些速率是如何被细胞精确调控的。我期待这本书能够帮助我建立起一个更全面的生命科学知识框架,让我能够从能量和动力的角度,更深刻地理解细胞如何运作,以及生命体是如何在动态平衡中维持其复杂的生化过程。我希望这本书能够拓展我的视野,激发我进一步探索生命科学的无限可能。

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这本书的书名本身就散发出一种科学探索的魅力。“自由能转导”和“生化循环动力学”,这两个术语组合在一起,勾勒出了一个宏大且充满挑战的研究领域。它让我联想到生命体系如何像一个精密的能量引擎,不断地从环境中获取能量,然后将其转化为驱动各种生命活动所需的动力,同时又伴随着物质的循环和转化。我作为一名对生物化学和物理化学有浓厚兴趣的学者,一直渴望能够更深入地理解这些基本原理。我希望这本书能够以一种清晰、系统的方式,将复杂的理论概念化繁为简,并用生动的例子来加以说明。我非常好奇书中是否会探讨自由能是如何在不同的生化反应中被传递和利用的,例如ATP在能量耦合中的作用,以及各种辅酶在电子传递链中的角色。同时,“动力学”这个词也意味着书中将关注过程本身的速度和机制。我期待书中能够解释清楚,生化反应的速率是如何被调控的,例如酶的催化作用,以及各种代谢通路是如何协同工作的。我希望这本书能够帮助我建立起一个完整的知识体系,让我能够从能量转化的角度,更深刻地理解生命体的运行机制。我期待它能够提供一些新的视角,让我能够看到那些隐藏在表象之下的、更为根本的科学规律,从而激发我进一步的思考和研究。

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这本书给我最深刻的第一印象,莫过于其标题所传递出的信息——“自由能转导”与“生化循环动力学”。这两个概念的结合,本身就构成了一个引人入胜的学术议题。它暗示着这本书将深入探讨生命体系如何有效地利用和转化能量,以及这些能量流动如何驱动着一系列复杂的生化反应,并最终形成动态的物质循环。对于任何一位对生命科学的底层机制感到好奇的人来说,这无疑是一本极具吸引力的读物。我尤其感兴趣的是,书中是否会详细阐述自由能变化的度量方式,比如焓变和熵变,以及它们如何共同决定了生化反应的自发性。同时,“动力学”这个词语也表明了书中不会仅仅停留在能量平衡的静态描述,而是会关注反应速率、中间产物、酶催化等动态过程。我期待这本书能够通过清晰的图示和严谨的数学模型,来帮助我理解这些复杂的概念。比如说,书中能否解释清楚,在ATP水解等关键过程中,自由能是如何被“捕获”并用于驱动其他非自发反应的?又或者,对于细胞内的代谢通路,例如糖酵解和三羧酸循环,书中将如何从动力学角度来分析其调控机制,以及它们是如何在不同生理条件下进行适应性调整的?我希望这本书能够为我提供一个全新的视角,让我能够更深入地理解生命活动背后那些精妙的能量管理和物质循环系统,而不仅仅是停留在对分子结构的记忆上。

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当我看到《Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics》这本书的名字时,我脑海中立刻浮现出无数关于生命活动最基本驱动力的画面。自由能,这个概念本身就与生命的活力紧密相连,而“转导”则暗示了能量在不同形式之间的传递和转化。再结合“生化循环动力学”,我便能想象到这本书将深入探讨生命体内部如何利用这些自由能来驱动各种复杂的生化反应,并形成一个动态、持续的物质循环系统。这正是我一直以来非常着迷的研究领域。我渴望这本书能够为我提供清晰的理论框架,解释自由能如何在酶催化反应中被高效利用,以及ATP等能量载体是如何在细胞内发挥核心作用的。同时,我也期待书中能够详细介绍生化循环的动力学模型,例如如何分析代谢通路的反应速率、中间产物的积累以及反馈调节机制。我希望书中能够包含丰富的图示和数学模型,来帮助我理解这些抽象的概念,并能够将理论与实际的生物学现象联系起来。作为一名致力于理解生命本质的研究者,我期待这本书能够成为我探索生命奥秘的宝贵向导,帮助我构建起更系统、更深刻的知识体系,并为我未来的研究提供新的启示和灵感。

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拿到这本书,我首先被它沉甸甸的质感所吸引,纸张的触感厚实而细腻,散发着淡淡的油墨香,这种实体书特有的魅力,是电子书无法比拟的。书的装帧也非常精美,封面图案简洁而富有深意,黑白相间的线条勾勒出某种抽象的能量流动模式,又仿佛是某种复杂的分子结构,让人在视觉上就已经感受到一种科学的严谨和艺术的美感。书名“自由能转导与生化循环动力学”本身就充满了专业性,但同时也激起了我强烈的好奇心。作为一名对生命科学领域抱有濃厚兴趣的学生,我深知“自由能”在生化反应中的核心作用,它是驱动一切生命活动得以进行的根本动力。而“生化循环动力学”则暗示了书中将深入探讨物质如何在生命体内不断循环、转化,以及这些过程的速度和调控机制。我期待这本书能够以一种系统、全面、深入的方式,为我揭示生命体内部能量和物质转化的奥秘。我希望它不仅仅局限于理论的阐述,更能结合实际的生物学案例,让我能够更直观地理解那些复杂的生化过程。例如,从细胞呼吸到光合作用,再到DNA的复制和蛋白质的合成,这些生命活动背后都离不开自由能的有效转导和精妙的生化循环。我希望这本书能够成为我在这方面知识体系构建的坚实基石,让我能够以更深刻的视角去理解生命的奥妙,去探索生命科学的前沿研究,甚至能够为我未来的学习和研究提供重要的理论指导和灵感来源。

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这本书的封面设计就充满了一种深邃的神秘感,色彩的运用低调却极富质感,仿佛预示着其中蕴含着非凡的知识。我拿到这本书的时候,内心充满了期待,因为“自由能转导”这个概念本身就充满了吸引力,让人不禁联想到生命的活力来源,以及那些我们尚未完全理解的生化过程。而“生化循环动力学”则进一步描绘了这是一个关于生命体内部能量流动和物质转化的动态研究,这对于理解生命体的生存机制、进化过程乃至疾病的发生发展都至关重要。我个人对生物化学和物理化学交叉领域的知识一直抱有浓厚的兴趣,这本书的名字正切中了我的好奇心,让我渴望一探究竟,看看它是否能够填补我在这些领域的一些认知空白,或者提供全新的视角来审视那些熟悉的概念。在翻阅书页的过程中,我脑海中不断浮现出各种生物体在不同环境下生存的奇妙景象,以及那些在微观层面默默进行的、支撑着这一切的复杂反应。我希望这本书能够深入浅出地阐述这些复杂的科学原理,用严谨的逻辑和清晰的语言,带领读者走进生化世界的奥秘之中。从书名来看,它似乎不仅仅是一本理论性的教科书,更可能是一份对生命本质进行深刻探索的指南,我期待它能带来启发性的思考,甚至可能改变我以往对生命过程的理解方式,让我能够更全面、更系统地认识生物体如何以如此高效的方式利用和转化能量,维持着生生不息的生命活动。

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翻开这本书,映入眼帘的是严谨的排版和清晰的字体,书名《Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics》更是直接点明了其专业的研究领域。对于我这样一个在生物物理学领域深耕多年的研究者来说,这两个概念——自由能转导和生化循环动力学——正是我们日常研究的重中之重。我迫切希望这本书能够为我提供更深入的理论阐释和更前沿的研究视角。我尤其关注书中是否会详细介绍如何利用热力学和动力学原理来定量描述和预测生化过程。例如,关于自由能变化与反应平衡、与能量耦合效率之间的关系,书中是否会给出详尽的推导和实例分析?再者,对于复杂的生化循环,如代谢网络,书中将如何运用动力学方法来分析其稳态、瞬态行为以及对外界扰动的响应?我期待书中能够涵盖一些先进的计算方法和模拟技术,例如蒙特卡洛模拟、主方程法等,并在书中有所体现。我希望这本书能够不仅仅局限于理论的探讨,更能为我们在设计生物传感器、开发新型药物或优化生物制造工艺方面提供切实可行的指导。我期待这本书能够成为我理解和解决复杂生命系统问题的得力助手,帮助我突破现有认知瓶颈,开启新的研究思路。

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这本书的封面,简洁而富有科技感,仿佛为我打开了一扇通往生命科学前沿的大门。“Free Energy Transduction and Biochemical Cycle Kinetics”——光是这几个词组合在一起,就足以点燃我内心深处对科学探索的渴望。我是一名对生物化学和物理化学交叉领域充满热情的研究者,一直深陷于对生命系统如何高效利用能量,以及其内部物质如何不断循环、动态运行的思考之中。我迫切地希望这本书能够为我提供一种全新的视角,去理解那些在微观世界里发生的、看似微不足道的化学反应,是如何汇聚成驱动整个生命体运转的澎湃动力。我期待书中能够深入阐释“自由能转导”的本质,揭示能量在ATP合成、肌肉收缩、离子泵运转等一系列生命活动中的关键作用。同时,“生化循环动力学”这个词语也预示着书中将不仅仅局限于静态的能量平衡,更会深入探究反应的速率、调控机制以及复杂的代谢网络。我希望能够通过阅读此书,学习到如何运用动力学模型来分析和预测生化反应的动态行为,例如如何理解酶催化反应的动力学特性,以及如何解析不同代谢通路之间的相互影响。总之,我期待这本书能够成为我知识体系中重要的组成部分,为我解决实际研究中遇到的难题提供理论支持,并激发我进一步探索生命科学更深层次的奥秘。

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