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生物物理學是學科發展進入新時代的標誌，而這個奇特的稱謂由生物學與物理學組成。19世紀學術界的觀點認為，活細胞不過是相互關聯的化學反應的產物，並由此誕生了生物化學（融合了生物學與化學）這門重要的學科。化學家保羅·埃利希（Paul Ehrlich）曾經說過：“生命……就是個化學反應過程。”他將細胞裂解後釋放的“活化學物質”按照組別與功能分類。其中糖源提供能量，脂肪儲存能量。由於蛋白質不僅能夠進行化學反應，同時還可以調控生化過程的節奏，因此起到生物界交換機的作用。
但是蛋白質是如何調控生理反應的呢？例如血液中氧氣的載體血紅蛋白，它所執行的是一項貌似簡單但是卻至關重要的生理反應。血紅蛋白在含氧量較高的環境裏會與氧分子結合，而當其運動到含氧量較低的環境後會釋放氧分子。這種屬性能夠讓血紅蛋白將氧氣從肺部轉運至心髒和大腦。但是血紅蛋白需要具備什麼特點才能讓它成為高效的分子擺渡車呢？
其實答案就在血紅蛋白的分子結構裏。血紅蛋白A是目前研究最為廣泛的分子，它的分子構象好似長著四片葉子的幸運草。其中兩片“葉子”由α—珠蛋白構成，而另外兩片葉子由β—珠蛋白構成[2]sup>。葉子之間兩兩重疊，其中心部位是一種名為血紅素的含鐵物質，它可以與血液中的氧分子結合，整個過程有點類似於可控的氧化反應。一旦氧分子與血紅素結合完畢，圍繞氧分子血紅蛋白的四片葉子就會像搭扣一樣收緊。當血紅蛋白釋放氧分子時，這種搭扣裝置將會自然放鬆。此外，某個血紅蛋白釋放氧分子會引起其他同伴的協同效應，就像從兒童拚圖遊戲中移走了關鍵部位的零片。然後幸運草的四片葉子在扭動中打開，血紅蛋白可以再次與氧分子結合。通過控製鐵離子和氧分子的結合與釋放（血液的周期性氧化與還原），血紅蛋白可以為機體組織提供充足的氧氣。與單純溶解在血漿中的氧含量相比，血紅蛋白可以讓血液的攜氧量提高70倍。脊椎動物的身體構造依賴於這種屬性：如果血紅蛋白向較遠部位供氧的能力遭到破壞，那麼我們將變成身材矮小的冷血動物。也許我們醒來後會發現自己蛻變為昆蟲。
血紅蛋白的結構造就了其獨特的功能。分子的物理結構決定其化學性質，化學性質決定其生理功能，而生理功能最終決定其生物活性。生物體複雜的功能可以按照以下邏輯來理解：物理結構決定化學反應，化學反應決定生理功能。對於薛定諤提出的“生命是什麼”，生物化學家可能會這樣回答：“生命由化學物質組成。”而生物物理學家還會補充道：“如果化學物質不以分子形式存在，那麼生命又會是什麼？”
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生物物理學是學科發展進入新時代的標誌，而這個奇特的稱謂由生物學與物理學組成。19世紀學術界的觀點認為，活細胞不過是相互關聯的化學反應的產物，並由此誕生了生物化學（融合了生物學與化學）這門重要的學科。化學家保羅·埃利希（Paul Ehrlich）曾經說過：“生命……就是個化學反應過程。”他將細胞裂解後釋放的“活化學物質”按照組別與功能分類。其中糖源提供能量，脂肪儲存能量。由於蛋白質不僅能夠進行化學反應，同時還可以調控生化過程的節奏，因此起到生物界交換機的作用。
但是蛋白質是如何調控生理反應的呢？例如血液中氧氣的載體血紅蛋白，它所執行的是一項貌似簡單但是卻至關重要的生理反應。血紅蛋白在含氧量較高的環境裏會與氧分子結合，而當其運動到含氧量較低的環境後會釋放氧分子。這種屬性能夠讓血紅蛋白將氧氣從肺部轉運至心髒和大腦。但是血紅蛋白需要具備什麼特點才能讓它成為高效的分子擺渡車呢？
其實答案就在血紅蛋白的分子結構裏。血紅蛋白A是目前研究最為廣泛的分子，它的分子構象好似長著四片葉子的幸運草。其中兩片“葉子”由α—珠蛋白構成，而另外兩片葉子由β—珠蛋白構成[2]sup>。葉子之間兩兩重疊，其中心部位是一種名為血紅素的含鐵物質，它可以與血液中的氧分子結合，整個過程有點類似於可控的氧化反應。一旦氧分子與血紅素結合完畢，圍繞氧分子血紅蛋白的四片葉子就會像搭扣一樣收緊。當血紅蛋白釋放氧分子時，這種搭扣裝置將會自然放鬆。此外，某個血紅蛋白釋放氧分子會引起其他同伴的協同效應，就像從兒童拚圖遊戲中移走了關鍵部位的零片。然後幸運草的四片葉子在扭動中打開，血紅蛋白可以再次與氧分子結合。通過控製鐵離子和氧分子的結合與釋放（血液的周期性氧化與還原），血紅蛋白可以為機體組織提供充足的氧氣。與單純溶解在血漿中的氧含量相比，血紅蛋白可以讓血液的攜氧量提高70倍。脊椎動物的身體構造依賴於這種屬性：如果血紅蛋白向較遠部位供氧的能力遭到破壞，那麼我們將變成身材矮小的冷血動物。也許我們醒來後會發現自己蛻變為昆蟲。
血紅蛋白的結構造就了其獨特的功能。分子的物理結構決定其化學性質，化學性質決定其生理功能，而生理功能最終決定其生物活性。生物體複雜的功能可以按照以下邏輯來理解：物理結構決定化學反應，化學反應決定生理功能。對於薛定諤提出的“生命是什麼”，生物化學家可能會這樣回答：“生命由化學物質組成。”而生物物理學家還會補充道：“如果化學物質不以分子形式存在，那麼生命又會是什麼？”
生理學是形態與功能的精妙匹配，其具體過程發生於分子作用過程中，而對於生理學的描述則可以追溯到亞裏士多德時代。在亞裏士多德眼中，生物體不過是由某些精致原件組裝的機器。生物學從中世紀開始逐漸擺脫了傳統理論的影響，當時的學術界認為神奇法力與魔幻之水是決定生命的要素，而生物學家則使用天外救星（deus ex maa）來解釋生物體的神秘功能（對於神的存在進行辯護）。生物物理學家打算在生物學研究中重啟教條的機械論描述。他們認為應該根據物理學概念來解釋生理活動，例如力、運動、行為、動力、引擎、杠杆、滑輪以及搭扣。牛頓發現的萬有引力定律同樣適用於蘋果樹的生長。人們沒有必要援引神奇法力或者杜撰魔幻之水來解釋生命現象。生物學的基礎是物理學。天外救星其實就近在眼前。