Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии
Исключительно широкий охват проблем и строгий стиль изложения помогут исследователям из других областей точных наук, а также аспирантам и студентам старших курсов естественно-научных специальностей включиться в решение актуальных задач современной биологии.
Оглавление
ЧАСТЬ I. СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДНК И БЕЛКОВ, ПЕРЕНОС ЗАРЯДА В ДНК, РЕАКЦИОННЫЙ ЦЕНТР ФОТОСИНТЕЗА 13
Предисловие к первой части 15
ГЛАВА 1. В.Д. Лахно. Вычислительные задачи компьютерной биологии 18
1.1 Введение 18
1.2. Задачи компьютерной биологии 18
1.3. Первичные структуры 20
1.4. Рентгеноструктурный анализ белков 24
1.5. Фолдинг белков 26
1.6. Моделирование структуры и динамики макромолекул 27
1.7. Прикладные задачи компьютерной биологии 29
Литература 33
ГЛАВА 2. А.А. Зимин, В.Д. Лахно, Н.Н. Назипова. Биологические макромолекулы: структура, формы и функции 35
2.1. Введение 35
2.2. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) 35
2.3. Белки 40
2.4. Пространственные структуры молекул биополимеров и методы их исследования 44
2.5. Методы определения первичных структур молекул ДНК, РНК и белков 47
Литература 53
ГЛАВА 3. В.Ю. Лунин. Определение пространственной структуры биологических макромолекул 55
3.1. Введение 55
3.1.1. Основы рентгеноструктурного анализа 55
3.1.2. Современные проблемы макромолекулярной кристаллографии 58
3.1.3. Основные стадии рентгеноструктурного анализа 59
3.1.4. Различные уровни описания структуры белковых молекул 60
3.1.5. Основные этапы расшифровки структуры по данным рентгеновского рассеяния 62
3.1.6. Как "увидеть" функцию трех переменных 65
3.1.7. Фазовая проблема рентгеноструктурного анализа 67
3.2. Фазовая проблема 70
3.2.1. Терминология и обозначения 72
3.2.2. Дополнительная информация об исследуемом объекте 75
3.3. Прямое определение фаз при низком разрешении 86
3.3.1. Основные определения 87
3.3.2. Процедура ab-initio определения фаз 88
3.3.3. Использование гистограмм синтезов Фурье 91
3.3.4. Определение фаз на основе свойств связности 96
3.3.5. Определение фаз на основе максимизации правдоподобия 101
3.3.6. Использование псевдо-моделей 103
3.3.7. Комбинация методов. Определение низкоугловых фаз для рибосомальной частицы T50S 106
3.3.8. Определение структуры частицы липопротеина низкой плотности (LDL) 107
3.4. Методы модификации электронной плотности 108
3.4.1. Запись ограничений в виде функционального уравнения 109
3.4.2. Уравнения для структурных факторов 111
3.4.3. Итерационная процедура уточнения значений фаз 112
3.4.4. Определение значений фаз как проблема минимизации 113
3.5. Н.Л. Лунина. Использование метода FAM 114
3.5.1. Основные положения 114
3.5.2. Описание FAM - метода и результаты его тестирования 117
Литература 130
ГЛАВА 4. В.Д. Лахно. Динамика переноса дырки в нуклеотидных последовательностях 137
4.1. Введение 137
4.2. Квантово-механическая модель 139
4.3. Параметры модели 143
4.4. Перенос дырки из состояния, близкого к релаксированному 146
4.5. Перенос дырки из нерелаксированного состояния 155
4.6. Сравнение теории с экспериментом 157
4.7. Осциллирующая природа переноса заряда в ДНК 161
4.8. Обобщение модели 164
4.9. Сравнение с другими подходами 165
4.10. Перспективы развития теории 167
Литература 167
ГЛАВА 5. В.Д. Лахно, Н.С. Фиалко. Перенос заряда в ДНК на большое расстояние 172
5.1. Введение 172
5.2. Математическая модель 174
5.3. Некоторые частные случаи 176
5.4. Рассматриваемая система 179
5.5. Стоячая уединенная волна 181
5.6. Движущийся солитон 182
5.7. Моделирование переноса в однородной цепочке 184
5.8. Моделирование донора и акцептора 186
5.9. Обсуждение результатов 191
Литература 193
ГЛАВА 6. В.Д. Лахно. Моделирование первичных процессов переноса заряда в реакционном центре фотосинтеза 195
6.1. Введение 195
6.2. Первичные процессы переноса в фотореакционном центре фотосинтеза 196
6.3. Математическая модель 197
6.4. Параметры электронного переноса 199
6.5. Результаты численных расчетов 200
6.6. Возможности более детального учета структурных и динамических свойств фотореакционного центра 202
6.7. Дальнейшие обсуждения и сравнение с другими подходами 205
6.8. Заключительные замечания 206
Литература 206
ГЛАВА 7. Д.А. Тихонов. Метод интегральных уравнений теории жидкости для изучения гидратации макромолекул 209
7.1. Введение 209
7.2. Уравнения RISM для исследования сольватации (гидратации) макромолекул 211
7.3. Численная схема 213
7.4. Дальнейшие приближения в методе RISM делающие его более эффективным в вычислительном отношении 221
7.5. Алгоритм решения уравнений RISM методом Ньютона-Крылова 222
7.6. Результаты расчетов 225
7.7. Заключение 229
Приложение. Нестационарные итерационные методы решения СЛАУ "Методы подпространств Крылова" 230
Литература 233
ГЛАВА 8. А.В. Теплухин, Ю.С. Лемешева. Изучение строения водной оболочки двуспиральных B-ДНК poly(dA):poly(dT) с помощью моделирования на параллельных вычислительных системах 234
8.1. Введение 234
8.2. Состояние проблемы 235
8.3. Методы и алгоритмы для компьютерных экспериментов 236
8.4. Результаты исследований 237
Литература 239
Цветные иллюстрации
Скачать книгу "Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии" (56,95 Мб):
