維格納點陣
[拼音]：shengwu linengxue
[英文]：bioenergetics
生物物理學的分支學科。它是研究生命過程中的能量在不同形式間的轉變及其在數量間的變化。又稱生物能力學或生物能學。
自然界所發生的一切運動，都伴隨著能量的變化，生命過程也不例外。有機體生活在一定的環境之中，它必須不斷地從外界獲得能量（例如，進行光合作用所必需的光能、儲存在食物中的化學能等），才能維持生命和進行必要的生命過程；這是能量的吸收。把從外界所吸收的能量轉變成為適於在體內儲存的能量形式(例如，通過氧化磷酸化、光合磷酸化作用生成高能磷酸鍵)，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啟動某種反應的部位，例如，蛋白質所吸收的光能往往可以在整個蛋白質中轉移，使其最終效應常表現為某一個（或幾個）化學鍵的斷裂。這種過程是能量的轉移。被吸收或被轉移的能量在生命過程中經常發生能量形式的變換，例如，肌肉收縮時，高能磷酸鍵的化學能轉變為機械能而做功；光合作用中光能轉變為化學能；視覺過程中光能轉變為電能而產生視覺，這些都是能量的轉化和利用。機體在其長期進化過程中所形成的組織與器官對外界能量有一定的適應範圍，在受到超出這一範圍的能量作用時往往使機體受到損傷。例如強烈日晒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。簡言之，有機體以及具有生物學活性的大分子，對於能量的吸收、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的基本內容。
應用生物力能學的基本規律所研究的課題，幾乎遍及生物學的各個領域。當前比較受重視和研究比較深入的主要有下列幾個問題，即氧化磷酸化作用、光合磷酸化作用、肌肉收縮、視覺過程、生物發光、離子的跨膜輸運、光的生物學作用、高能輻射對機體與生物大分子的原初作用等等。生物力能學的研究可以從兩個不同的角度進行，即巨集觀的角度和微觀的角度。巨集觀的生物力能學從整個體系的能量形式和變化進行研究，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體，也可以指參與反應的一組分子。巨集觀生物力能學廣泛應用了物理學中的熱力學理論，首先是經典熱力學的基本定律，並用熱力學引數來表達數量關係。例如，從葡萄糖和果糖合成蔗糖是一個 ATP（腺苷三磷酸）的水解過程。這一過程與合成反應相偶聯。熱力學計算表明這一需能反應的自由能為+5.5千卡每克分子。通過首先使葡糖磷酸化為葡糖-1-磷酸，然後再與果糖反應形成蔗糖和無機磷酸鹽，ATP提供了這一反應所需的能量。所以ATP／ADP偶聯起著能量和磷酸根“傳遞者”的作用。至於偶聯反應的具體分子機制，則不予深究。經典熱力學定律只適用於孤立體系，而生命體系是一個開放體系，生命過程是一個和外界環境不斷進行物質與能量交換的不可逆過程。近年來不可逆過程熱力學研究不斷髮展，熱力學在生物學中的應用大大擴充套件。例如，經典熱力學難以解釋的“主動轉運”過程（離子在細胞膜內外對抗濃度梯度的運動），用不可逆過程熱力學就能作出較好的說明。最近提出的“耗散結構”理論進一步推動了這方面的進展。這一理論認為：遠離平衡態的系統，同樣可以是穩定的。這種狀態的維持，需要不斷有物質與能量的供應，這種狀態可以有一定的空間結構，在時間上有一定的運動秩序。而這些正是生命現象的重要特徵。巨集觀生物力能學也稱為生物熱力學（見耗散結構和生物有序）。微觀的生物力能學把能量狀態及變化和分子的結構與運動結合在一起，具體研究能量從吸收到利用的全過程。這就使微觀生物力能學實際上成為分子生物物理學的一個組成部分。它在研究中廣泛應用量子論和量子力學的方法，又使其和量子生物學緊密聯絡。微觀生物力能學是當前生物力能學的主要發展方向，其主要內容可歸納為：
（1）生物分子的電子結構研究，在生命過程中，在吸收與傳遞能量過程中起主要作用的基團，幾乎都是π電子活動性較大的所謂共軛體系。例如，蛋白質中的芳香氨基酸、 核酸中的鹼基與肽鍵、ATP中的高能磷酸、各種輔酶、特別是與氧化還原過程有關的DPN、TPN、FAD、FMN、細胞色素的血輔基、 苯醌以及卟啉、類胡蘿蔔素、視黃醛、黑色素等等。
（2）能量轉移理論的研究，除通常通過碰撞和重吸收現象以外，不相連的基團之間最常見的轉移方式是能量的共振轉移。例如帶CO的肌紅蛋白在光照時吸收能量的芳香氨基酸廣泛分佈在整個分子的各個部位，但其最終效應總是使和卟啉的鐵原子結合的CO脫落。這種能量傳遞主要通過共振轉移進行。但在生物聚集體中，還可能發生電子傳遞，激子轉移等其他方式。在相互接觸的分子結構之間，也可以通過形成電荷遷移絡合物而轉移能量。這類研究對於弄清一個具體體系中的能量傳遞過程具有重要意義。
（3）瞬時活性物質的研究，在生命過程中所產生的瞬時活性物質的研究，是隨著快速、靈敏技術的發展才開展起來的一類課題。例如，電離輻射作尹a href='http://www.baiven.com/baike/224/271348.html' target='_blank' >孟祿蛺迥諫浠討脅淖雜苫褪且桓鮒匾印Ⅻa href='http://www.baiven.com/baike/220/250861.html' target='_blank' >電子自旋共振 (ESR)技術和脈衝光解技術的出現，為研究這類基團的作用創造了條件。近年來，對單線態氧的研究也引起了重視。
（4）結構與能量關係的研究，與生物膜相聯的能量轉換作用是當前生物物理研究中最受注意的一個問題。它和氧化磷酸化及光合磷酸化密切相關。為此，提出了幾種假說，如化學滲透假說、構象假說、化學假說等。
（5）損傷與修復機制的研究，在紫外線與高能輻射作用下，機體的損傷首先發生在大分子水平。例如，α粒子照射血清蛋白使二硫鍵斷裂，紫外線作用下 DNA中胸腺嘧啶二聚體的形成及其修復。為了提高輻射治療效果，常在放射治療中應用敏化劑；其作用之一是使敏化劑所吸收的能量較多地轉移到需要殺傷的病變部位。另外在短波紫外線作用後，再用較長波的光作用產生所謂光復活作用，以減輕不必要的損傷。
參考書目
A.Szent-Gyorgyi，Bioenergetics，Academic Press，New York，1957.
E. Racker，A New Look atMechanismsin Bioenergetics， AcademicPress， NewYork， 1976.
C. Sybesma， An Introduction to Biophysics，Academic Press，New York，1977.