Theoretical Molecular Biophysics

این کتاب مقدمه ای بر بیوفیزیک مولکولی می دهد. از خواص مواد در تعادل مربوط به پلیمرها، دی الکتریک ها و غشاها شروع می شود. طیف های الکترونیکی برای درک فرآیندهای دینامیکی اولیه در فتوسنتز از جمله انتقال پروتون و دینامیک موتورهای مولکولی توسعه یافته اند. از آنجایی که ساختارهای مولکولی گروه‌های عاملی سیستم‌های زیستی حل شد، توسعه نظریه‌ای مبتنی بر نظریه کوانتومی و فیزیک آماری با تأکید بر ویژگی‌های پیچیدگی بالای سیستم‌های زیستی امکان‌پذیر شده است. این مقدمه بر جنبه های مولکولی این زمینه بر روی مدل های قابل حل تمرکز دارد. فرآیندهای بیولوژیکی ابتدایی به عنوان چالشی خاص وجود بی نظمی جزئی در ساختار را فراهم می کند که تکرارپذیری اساسی فرآیندها را از بین نمی برد. ظاهراً فرآیندهای مولکولی ابتدایی به گونه ای سازماندهی شده اند تا کارایی را بهینه کنند. یادگیری از طبیعت از طریق کشف رابطه بین ساختار و عملکرد ممکن است حتی به ساخت سلول های خورشیدی مصنوعی بهتر کمک کند.
خواننده با مفاهیم اساسی در بیوفیزیک مدرن، مانند نیروهای آنتروپیک، جداسازی فاز، پتانسیل نیروی میانگین، انتقال الکترون و پروتون، واکنش‌های ناهمگن، انتقال انرژی منسجم و نامنسجم و همچنین موتورهای مولکولی آشنا می‌شود. دانش پایه در مکانیک کلاسیک و کوانتومی، الکترواستاتیک و فیزیک آماری مطلوب است. مدل‌های ساده‌سازی شده ارائه شده‌اند که می‌توانند در موارد محدودی به صورت تحلیلی از خطوط راهنما حل شوند تا مبنایی برای درک اساسی از سیستم‌های بیوفیزیکی پیچیده‌تر ایجاد کنند. فصل‌ها با مسائل چالش برانگیز بسته می‌شوند که راه‌حل‌های آن در پایان کتاب برای تکمیل درمان آموزشی در کتاب ارائه شده است.
به ویرایش دوم چندین فصل جدید اضافه شد. قطبش متوسط ​​با استفاده از عناصر اساسی نظریه پولارون و معادلات غیرخطی شرودینگر پیشرفته‌تر برای توصیف دینامیک حل‌پذیری، به‌طور خود سازگار درمان می‌شود. انتقال یون از طریق یک غشاء با بحث اثرات مشارکتی گسترش یافت. انتقال درون مولکولی اکنون در نسخه جدید با جزئیات بسیار بیشتر مورد بحث قرار گرفته است، از جمله انتقال بدون تشعشع. پیشرفت های بسیار اخیر در طیف سنجی شامل طیف سنجی دو بعدی و حفره سوز می شود. بحث در مورد فرآیندهای انتقال بار با گنجاندن نتایج اخیر انتقال سوراخ در DNA در ارتباط با مکانیسم ابر تبادل گسترش یافت. فصل موتورهای مولکولی بازنویسی شد تا شامل آخرین پیشرفت‌های مدل‌های جدید باشد.
این کتاب متنی مفید برای دانشجویان و محققینی است که می خواهند مشتقات ریاضی نظریه های ارائه شده را بررسی کنند. این کتاب گروهی از دانشجویان و دانش پژوهان با گرایش ریاضی کاربردی را به حوزه هیجان انگیز بیوفیزیک مولکولی جذب می کند.

This book gives an introduction to molecular biophysics. It starts from material properties at equilibrium related to polymers, dielectrics and membranes. Electronic spectra are developed for the understanding of elementary dynamic processes in photosynthesis including proton transfer and dynamics of molecular motors. Since the molecular structures of functional groups of bio-systems were resolved, it has become feasible to develop a theory based on the quantum theory and statistical physics with emphasis on the specifics of the high complexity of bio-systems. This introduction to molecular aspects of the field focuses on solvable models. Elementary biological processes provide as special challenge the presence of partial disorder in the structure which does not destroy the basic reproducibility of the processes. Apparently the elementary molecular processes are organized in a way to optimize the efficiency. Learning from nature by means exploring the relation between structure and function may even help to build better artificial solar cells.
The reader is exposed to basic concepts in modern biophysics, such as entropic forces, phase separation, potential of mean force, electron and proton transfer, heterogeneous reactions, coherent and incoherent energy transfer as well as molecular motors. Basic knowledge in classical and Quantum mechanics, electrostatics and statistical physics is desirable. Simplified models are presented which can be solved in limited cases analytically from the guiding lines to generate the basis for a fundamental understanding of the more complex biophysical systems. Chapters close with challenging problems whose solutions are provided at the end of the book to complete the pedagogical treatment in the book.
To the second edition several new chapters were added. The medium polarization is treated self-consistently using basic elements of polaron theory and more advanced nonlinear Schrödinger equations to describe the dynamics of solvation. Ion transport through a membrane was extended by the discussion of cooperative effects. Intramolecular transitions are now discussed in the new edition in much more detail, including also radiationless transitions. Very recent developments in spectroscopy are included, especially two-dimensional and hole-burning spectroscopy. The discussion of charge transfer processes was extended by including recent results of hole transfer in DNA in connection with the super-exchange mechanism. The chapter on molecular motors was rewritten to include the most recent developments of new models.
The book is a useful text for students and researchers wanting to go through the mathematical derivations in the theories presented. This book attracts a group of applied mathematically oriented students and scholars to the exciting field of molecular biophysics.