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Biophysics: An Introduction 東海大學物理系?施奇廷 93學年度第二學期?生物物理 Syllabus 教科書：Biophysics, An Introduction（作者：R. Cotterill，出版社：Wiley） 上課時間：Mon 10:10~12:00，Tue 13:10~14:00 成績考核：平時成績（出席、筆記、作業）40%，期中考30%，期末報告30% 網址：.tw/~ctshih，e-mail: ctshih@.tw，辦公室：ST238，電話：3474 Syllabus Introduction Elements of Quantum Physics and Thermodynamics Chemical Binding Energies, Forces and Bonds Chemical Reaction Transport Processes Biopolymers – DNA, RNA Biopolymers – Proteins Special Topics / Discussion First Question: What is Life? Introduction to Biophysics Definition Physical Principles in Life Scales of the Biological World Research Techniques Current Issues in Biophysics Definition Biophysics (also biological physics) is an interdisciplinary science that applies theories and methods of the physical sciences to questions of biology. (from Wikipedia) 生命科學為一跨領域學科，其實已經很難獨立定義。許多問題均同時牽涉到生物、物理、化學、數學、計算機科學等領域 物理定律是否足以敘述生命現象？ 生機論：生命是由某種含有「生命力」特殊的物質所構成，與一般物質不同，無法以解釋物質世界的物理化學定律解釋 尿素的合成（1828）使生機論遭到質疑，越來越多原本被視為生命體專利的分子都可以用人工方法合成 物理學的進展使人們更瞭解物質的組成，發現生物體內並沒有什麼益於其他物質的元素 結論：生機論已遭揚棄 物理定律是否足以敘述生命現象？ 整體論：生命體的組成雖與一般物質相同，但是生物成為一整體，各部份具有互相協調、配合的自組織特性 許多非生物系統亦有自組織能力，並非生物體的專利 結論：宜以非線性物理學，渾沌複雜科學解釋生命現象，這雖是生物系統的重要特性，但並非生物體所獨有 物理定律是否足以敘述生命現象？ 生命現象是否違反熱力學第二定律？ Where does the negative entropy come from? The sun is the source of negative entropy The density of the entropy flux at the Earth’s surface ~ -1 W/m2K The second law of thermodynamics is not violated because the Earth is not a closed system Size Scales of Biology 生物小分子（脂肪酸、葡萄糖）：~nm 蛋白質：~10 nm 病毒：~ 100 nm 澱粉：~ mm 細胞：~10 mm DNA長度： mm ~ m 生物體： 10 mm ~ 30m 生態系：Earth Time Scales in Biology 若將宇宙歷史縮短為一年（時間尺度縮為150億分之一），則以下事件發生的時間如下： Research Techniques X-Ray Diffraction Nuclear Magnetic Resonance Scanning Tunnelling Microscopy Atomic Force Microscopy Optical Tweezers Patch Clamping Molecular Dynamics Monte Carlo Simulation Current Focused Issues in Biophysics Protein Folding Tissue Differentiation Microscopic Recognition Consciousness …… and many many others …… Protein Fol