Perspektiven der Biothermodynamik- I. Thermostatik und Thermodynamik irreversibler Prozesse

摘要

Die Anwendung von Begriffen und Methoden der Thermodynamik der Gleichgewichte und der Vorgange auf Systeme und Prozesse der Biotechnologie hat zur Bildung eines neuen Fachgebietes gefuhrt, der Technischen Biothermodynamik. Der vorliegende Artikel soll der erste einer Reihe sein, in der versucht wird, einen uberblick uber die Grundlagen und Moglichkeiten zu geben, die dieses Gebiet dem Verfahrensingenieur eroffnet, und dies auch an einzelnen Beispielen zu demonstrieren. Nach einigen einfuhrenden Bemerkungen werden im vorliegenden Artikel die Grundbegriffe und die Hauptsatze der Thermodynamik fur fluide Vielstoffsysteme mit inneren Variablen formuliert. Diese Systeme dienen als Modelle fur Biofluide und andere Systeme der Biotechnologie. Danach wird der Formalismus der Thermodynamik irreversibler Prozesse an einem elementaren technischen Beispiel erlautert. In den folgenden Teilen sollen Anwendungen der Thermodynamik auf eine Reihe biochemischer und biotechnischer Systeme diskutiert werden, darunter auch biochemische Molekule, wie sie in biologischen Membranen auftreten, und vor allem Proteine. Die Themen dieser Beitrage werden sein: Adsorption von Proteinen an festen Oberflachen, Hydratisierung, thermische Stabilitat und Aggregation von Proteinen, thermodynamische Modelle des Stoffwechsels in Bakterien sowie Bioreaktoren und Fermenter.