Computational Methods to Study the Structure and Dynamics of Biomolecules and Biomolecular Processes: From Bioinformatics to Molecular Quantum Mechanics

از نیمه دوم قرن بیستم محاسبات ماشینی نقش مهمی در علم و مهندسی بازی کرده است. تکنیک‌های مبتنی بر رایانه در زیست‌شناسی مولکولی اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند، زیرا آنها اغلب تنها راه عملی برای به دست آوردن بینش در مورد رفتار یک سیستم بیولوژیکی به عنوان یک کل را نشان می‌دهند. پیچیدگی سیستم‌های بیولوژیکی، که معمولاً نیاز به تجزیه و تحلیل در مقیاس‌های زمانی و اندازه‌های مختلف و با سطوح مختلف دقت دارد، مستلزم به کارگیری رویکردهای متفاوتی است، از تحلیل مقایسه‌ای توالی‌ها و پایگاه‌های داده ساختاری تا تحلیل شبکه‌ها. وابستگی متقابل بین اجزا و فرآیندهای سلولی، از طریق مدل‌سازی درشت دانه تا شبیه‌سازی‌های دقیق اتمی، و در نهایت به مکانیک کوانتومی مولکولی.

این کتاب مروری جامع بر تکنیک های کامپیوتری مدرن برای محاسبه ساختار، خواص و دینامیک زیست مولکول ها و فرآیندهای زیست مولکولی ارائه می دهد. بیست و دو فصل که توسط دانشمندان از سراسر جهان نوشته شده است، به نظریه و عمل تکنیک های شبیه سازی کامپیوتری در مطالعه پدیده های بیولوژیکی می پردازد. فصل ها در چهار بخش موضوعی با موضوعات زیر گروه بندی می شوند: روش شناسی شبیه سازی های مولکولی. کاربردهای شبیه سازی مولکولی؛ روش های بیوانفورماتیک و استفاده از اطلاعات تجربی در شبیه سازی های مولکولی. و کاربردهای منتخب مکانیک کوانتومی مولکولی. این کتاب شامل یک فصل مقدماتی است که توسط هارولد آ. شراگا، یکی از پیشگامان واقعی در مطالعات شبیه‌سازی بیوماکرومولکول‌ها نوشته شده است.

Since the second half of the 20th century machine computations have played a critical role in science and engineering. Computer-based techniques have become especially important in molecular biology, since they often represent the only viable way to gain insights into the behavior of a biological system as a whole. The complexity of biological systems, which usually needs to be analyzed on different time- and size-scales and with different levels of accuracy, requires the application of different approaches, ranging from comparative analysis of sequences and structural databases, to the analysis of networks of interdependence between cell components and processes, through coarse-grained modeling to atomically detailed simulations, and finally to molecular quantum mechanics.

This book provides a comprehensive overview of modern computer-based techniques for computing the structure, properties and dynamics of biomolecules and biomolecular processes. The twenty-two chapters, written by scientists from all over the world, address the theory and practice of computer simulation techniques in the study of biological phenomena. The chapters are grouped into four thematic sections dealing with the following topics: the methodology of molecular simulations; applications of molecular simulations; bioinformatics methods and use of experimental information in molecular simulations; and selected applications of molecular quantum mechanics. The book includes an introductory chapter written by Harold A. Scheraga, one of the true pioneers in simulation studies of biomacromolecules.