Entropy and
Free Energy in Structural Biology
From
Thermodynamics to Statistical Mechanics to Computer Simulation
结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟
作者：Hagai Meirovitch
出版：CRC Press
索书号：Q5/M514/2021/ Y
ISBN: 978-0-367-40692-9
藏书地点:武大外教中心
计算机模拟已成为统计力学发展的主要动力。在结构生物学中，计算机模拟是确定蛋白质结构和计算结合自由能的主要理论工具，这在药物设计中很重要。结构生物学中的熵和自由能系统的方式引导读者了解模拟技术。本书采用课程结构，由四部分组成：
第一部分是概率论的短期课程，强调 (1)实验概率、概率空间和计算机上的实验概率的概念之间的区别，以及 (2) 详细说明乘积空间的数学结构。这些概念对于解决概率问题和设计模拟方法至关重要，特别是对于计算熵。
第二部分首先简要回顾经典热力学，从中设计出统计力学的非传统推导。统计力学的理论方面进行了广泛的审查。理想气体的统计力学方程是由自由能的热力学导数导出的；平均能量也计算为统计平均值，并引入理想气体的化学势。接下来从三个层面讨论谐振子：（1）宏观振荡器和（2）经经典统计力学处理的微观振荡器，它在高温下表现良好（导致实验性的杜隆-珀蒂定律），但在低温下表现不佳T. (3)
量子力学振荡器，正确导出低温下的熵和热容量的行为，S → 0 和 C V → 0 as T → 0. 满足量子力学的对应原理，因为在高 T 时，量子方程导致经典方程，S = 3Nk B [1 + ln(hν/k B T)和 C V = 3Nk 乙。比较这些振荡器的特性（例如，宏观振荡器的恒定振幅与可以超过的微观振荡器的平均振幅）加深了对统计力学概率性质的理解。
第三部分涵盖了接近平衡的非平衡热力学和统计力学中的几个主题，例如昂萨格关系、两个菲克定律以及朗之万方程和主方程。蒙特卡罗和分子动力学程序也进行了讨论。
第四部分介绍了聚合物和蛋白质系统的高级模拟方法，包括构象搜索技术以及计算平均力和化学势的潜力。评估了热力学积分、计算绝对熵的方法和计算结合的绝对自由能的方法。
通过大量已解决的问题和示例，本书将成为化学、化学工程、生物化学生物物理学、药理学和计算生物学领域的高级本科生和研究生的宝贵资源。
《结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟》一书于2021年由CRC
Press出版，作者是Hagai
Meirovitch。
《结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟》一书中，研究人员介绍了热力学到统计力学再到计算机模拟的技术和方法，重点是最近的技术发展，讨论的主题主要包括十四个章节。《结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟》一书从各个方面讲解了结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟的基础内容和研究方法，旨在为想要进一步研究结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟的研究人员提供简明易懂的介绍以及方法技术指导。
《结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟》一书作为免疫学专业研究读物，观点新颖独到，内容饱满详实、语言浅显易懂， 除此之外，还包括一些其他的特点：
1、本书分为23个章节，既讲解了结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟过程的基础知识，还讲解了深入研究热力学到统计力学再到计算机模拟的应用，是一本应用性很强的书籍，对于想要学习研究热力学到统计力学再到计算机模拟的研究人员来说是一本很有意义的指导书籍。
2、每个章节都是由相关领域的专业人士所撰写，因此，本书讲解既详细又专业，读者能够从中了解到热力学到统计力学再到计算机模拟相关的专业知识以及最新的前沿进展。
总的说来，《结构生物学中的熵和自由能-从热力学到统计力学再到计算机模拟》一书为想要了解热力学到统计力学再到计算机模拟的研究方法的人员提供了清晰的导读路径，作为一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
关于作者：
哈盖·梅罗维奇是匹兹堡大学医学院计算与系统生物学系的名誉教授。他获得了希伯来大学核物理学硕士学位，魏茨曼研究所化学物理学博士学位，并在康奈尔大学Harold A. Scheraga教授的实验室进行了博士后培训。他的研究重点是在统计力学范围内开发计算机模拟方法。他设计了从蒙特卡罗样本中提取绝对熵的新方法和生成聚合物链的技术，这些方法用于研究聚合物、磁性和晶格气体系统中的相变。这些方法，连同蛋白质的构象搜索技术，导致了一种基于自由能的方法来处理分子柔性。该方法用于分析环肽的 NMR 弛豫数据，并研究结合酶和游离酶中表面环的结构偏好。他开发了一种计算配体/蛋白质结合自由能的新方法，与标准技术不同，该方法可在结合时降低配体的熵。Meirovitch 博士在佛罗里达州立大学塔拉哈西分校的超级计算机计算研究所进行了上述部分研究和其他研究。与标准技术不同，它提供了结合后配体熵的将减少。
本书目录：
第一节 概率论
1. 概率及其应用.
第二节 平衡热力学和统计力学
2. 经典热力学
3. 从热力学到统计力学..
4. 理想气体和谐波振荡器
5. 波动和最可能的能量
6. 各种合奏
7. 相变
8. 理想的聚合物链
9. 排除交易量的链
第三节 非平衡热力学专题和统计力学
10.
基本仿真技术：Metropolis Monte Carlo
和分子动力学
11. 非平衡热力学——昂萨格理论
12. 非平衡统计力学
13. 主方程
第四节 高级模拟方法：聚合物和生物大分子
14.
聚合物的生长模拟方法.
15. Pivot 算法和混合技术
16. 蛋白质模型
17. 热力学积分计算熵和自由能.
18. 绝对熵和自由能的直接计算
19. 从单个 Monte Carlo 样本计算绝对熵
20. 平均力、伞状采样和相关技术的潜力
21. 先进的模拟方法和自由能技术
22. 化学势的模拟
23. 结合的绝对自由能.
林岚 武汉大学生命科学学院 博士研究生