DNA形成双螺旋结构的原则也适于很多其它的生物化学过程。很多微弱的相互作用力对总能 量的贡献很明显，起到有利或不利作用。而且，表面的互补性是一个重要特征。两个互补表面接触 能形成氢键或非极性表面相互作用（疏水作用），使范德华相互作用最大化，非极性面与极性水分子 接触最小化。在建立这些相互作用方面，水分子作用巨大。 热力学定律控制生化系统的行为 我们用热力学定律来研究DNA形成双螺旋的行为。热力学定律是适用于所有物理和生物过程 的规则。这些规则能够确定特定条件下反应能否发生。我们先介绍这些规律，然后用这些规律研究 DNA双螺旋的形成。 热力学规律先要定义系统和环境。系统指特定区域内的物体，而这些区域以外的一切属于环境。 热力学第一定律说，系统及其环境的所有能量是恒定的。也就是说宇宙的所有能量是恒定的，既不 能创造，也不能消失。但是，能量有不同的形式。例如热时一种能量形式，是分子随机运动的动能。 能量也可以是能的形式存在。这种能量在一些过程中释放出来。例如塔顶部的球有势能，落下就能 将势能释放出来变成动能。在化学反应中势能就是原子能够与其它原子发生化学反应的趋势。例如， 汽油与氧气形成混合物有很大的势能，因为这些分子一旦反应就能够释放出大量的热能。第一定律 要求形成某一化学键所释放的能量用于断裂其他化学键、或释放热量、或将能量已其它形式储存。 另一个重要的热力学概念是熵。熵是评价一个系统紊乱度的物理量。热力学第二定律说，一 个系统和环境所有熵的总和总是增加。例如，水从疏水界面逸出是有利的。因为对非极性界面而言， 没有水分子存在时这些非极性分子自由度更高。初看起来，第二定律与一些经验违背，尤其是生物 系统。很多生物过程，如用二氧化碳气体和其它养分生长树叶，明显是熵减少的过程。但是熵在局 部减少，宇宙其他地方肯定熵值增加了相等或更多的量。局部熵值的增加常常伴有热量释放，后者 会增加环境的熵值。 我们现在定量分析这个过程。首先要确定系统。在化学反应中系统的熵值改变量是△Ssystem。 如果热量从系统释放到环境，这个热量叫系统的焓(enthalpy,H)。焓的减少量是△Isystem。应用第 二定律必须确定环境的熵值变化。如果热量从系统流向环境，环境的熵值就会增加。环境熵值增加 的量取决于温度。同等热量释放对温度低的环境熵值的增加量高于那些温度已经很高的环境熵值增 加量。具体说，就是环境熵值的增加量与系统释放的热量成正比，与环境温度成反比。在生物系统 中，通常将T[绝对温度，单位开尔文]视为恒定，因此环境熵值的改变只考虑系统所释放的热量。 △Ssurrounding=-△Hsystem/T (1) 整个熵值的变化就是 △Stotal=△Ssystem+△Ssurrounding (2) 将式(1)代入式(2) △Stotal=△Ssystem-△Hsystem/T (3) 两边同时乘以-T,得 -T△Stotal=△system-T△Ssystem (4DNA形成双螺旋结构的原则也适于很多其它的生物化学过程。很多微弱的相互作用力对总能 量的贡献很明显，起到有利或不利作用。而且，表面的互补性是一个重要特征。两个互补表面接触 能形成氢键或非极性表面相互作用(疏水作用)，使范德华相互作用最大化，非极性面与极性水分子 接触最小化。在建立这些相互作用方面，水分子作用巨大。 热力学定律控制生化系统的行为 我们用热力学定律来研究DNA形成双螺旋的行为。热力学定律是适用于所有物理和生物过程 的规则。这些规则能够确定特定条件下反应能否发生。我们先介绍这些规律，然后用这些规律研究 DNA双螺旋的形成。 热力学规律先要定义系统和环境。系统指特定区域内的物体，而这些区域以外的一切属于环境。 热力学第一定律说，系统及其环境的所有能量是恒定的。也就是说宇宙的所有能量是恒定的，既不 能创造，也不能消失。但是，能量有不同的形式。例如热时一种能量形式，是分子随机运动的动能。 能量也可以是能的形式存在。这种能量在一些过程中释放出来。例如塔顶部的球有势能，落下就能 将势能释放出来变成动能。在化学反应中势能就是原子能够与其它原子发生化学反应的趋势。例如， 汽油与氧气形成混合物有很大的势能，因为这些分子一旦反应就能够释放出大量的热能。第一定律 要求形成某一化学键所释放的能量用于断裂其他化学键、或释放热量、或将能量已其它形式储存。 另一个重要的热力学概念是熵。熵是评价一个系统紊乱度的物理量。热力学第二定律说，一 个系统和环境所有熵的总和总是增加。例如，水从疏水界面逸出是有利的。因为对非极性界面而言， 没有水分子存在时这些非极性分子自由度更高。初看起来，第二定律与一些经验违背，尤其是生物 系统。很多生物过程，如用二氧化碳气体和其它养分生长树叶，明显是熵减少的过程。但是熵在局 部减少，宇宙其他地方肯定熵值增加了相等或更多的量。局部熵值的增加常常伴有热量释放，后者 会增加环境的熵值。 我们现在定量分析这个过程。首先要确定系统。在化学反应中系统的熵值改变量是△Ssystem。 如果热量从系统释放到环境，这个热量叫系统的焓（enthalpy, H)。焓的减少量是△Hsystem。应用第 二定律必须确定环境的熵值变化。如果热量从系统流向环境，环境的熵值就会增加。环境熵值增加 的量取决于温度。同等热量释放对温度低的环境熵值的增加量高于那些温度已经很高的环境熵值增 加量。具体说，就是环境熵值的增加量与系统释放的热量成正比，与环境温度成反比。在生物系统 中，通常将T[绝对温度，单位开尔文]视为恒定，因此环境熵值的改变只考虑系统所释放的热量。 △Ssurrounding = -△Hsystem / T (1) 整个熵值的变化就是 △Stotal = △Ssystem + △Ssurrounding （2） 将式（1）代入式(2) △Stotal = △Ssystem  △Hsystem / T (3) 两边同时乘以，得 △Stotal = △Hsystem  △Ssystem （４）