×
陈、段

非均相隐式溶剂的建模和计算及其在生物分子中的应用。 （英语） Zbl 1347.92021号

基于摩尔的数学。生物。 2, 107-127 (2014).
摘要：描述离子附近溶剂的非均匀介电性质多年来一直是数学建模领域的研究热点。许多实验结果表明，在一定范围内，溶剂的介电响应与离子强度呈线性关系。基于这一假设，提出了一种新的总自由能泛函形式的隐式溶剂模型，并导出了准线性泊松-玻耳兹曼方程（QPBE）。经典牛顿迭代法可用于数值求解QPBE，但由于拟线性项的存在，相应的雅可比矩阵比较复杂。在当前的工作中，导出了雅可比矩阵的系统公式。作为另一种选择，提出了一种混合牛顿迭代法和不动点法的算法，以避免复杂的雅可比矩阵，这是一种更通用的求解不连续系数方程的算法。基于一组方程参数，研究了这两种方法的计算效率和精度。最后，将具有奇异电荷源和分段定义介电函数的QPBE应用于复杂溶剂中大分子生物分子的静电分析。采用界面法、奇异电荷去除技术和牛顿不动点迭代等一系列计算算法求解QPBE。给出了该模型和算法的生物学应用，包括蛋白质静电溶剂化自由能的计算、离子通道通道孔物理性质的研究以及DNA链片段的静电分析。

引用于2文件

MSC公司：

92碳40 生物化学、分子生物学
2008年9月 生物问题的计算方法

关键词：

隐式溶剂模型;非均相溶剂;非线性迭代方法;静电势

软件：

塔比卜;TABI公司;PBEQ解决方案;甲基溴联苯醚;查姆;APBS公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{D.Chen}，基于分子的数学。生物学2，107-127（2014；Zbl 1347.92021）
全文： 内政部

参考文献：

[1] B.Honig，A.Nicholls，《生物和化学中的经典静电学》，《科学》268（5214）（1995）1144-9。；
[2] R.Luo，L.David，M.K.Gilson，静态和动态系统的加速泊松-玻尔兹曼计算，计算化学杂志23（13）（2002）1244-53。；
[3] J.Warwicker，H.C.Watson，alpha-helix偶极子引起的活性位点分裂电势的计算，《分子生物学杂志》157（4）（1982）671-9。；
[4] W.Im，D.Beglov，B.Roux，连续溶剂化模型：泊松-玻尔兹曼方程数值解的静电力，计算机物理通信111（1-3）（1998）59-75·兹比尔0935.78019
[5] N.A.Baker，D.Sept，S.Joseph，M.J.Holst，J.A.McCammon，《纳米系统静电：微管和核糖体的应用》，美国国家科学院学报98（18）（2001）10037-10041。；
[6] A.H.Boschitsch，M.O.Fenley，求解非线性Poisson-Boltzmann方程的混合边界元和有限差分方法，计算化学杂志25（7）（2004）935-955。；
[7] R.J.Zauhar，R.S.Morgan，计算大分子电势的新方法，分子生物学杂志186（4）（1985）815-20。；
[8] I.Klapper，R.Hagstrom，R.Fine，K.Sharp，B.Honig，《铜锌超氧化物歧化酶活性部位电场聚焦：离子强度和氨基酸修饰的影响》，蛋白质1（1986）47-59。；
[9] N.V.Prabhu，M.Panda，Q.Y.Yang，K.A.Sharp，核酸和高电荷分子分子动力学的显式水溶剂化，J.Compute。化学。29（2008）1113-1130。；
[10] J.D.Madura，J.M.Briggs，R.C.Wade，M.E.Davis，B.A.Luty，A.Ilin，J.Antosiewicz，M.K.Gilson，B.Bagheri，L.R.Scott，J.A.McCammon，《溶液中分子的静电和扩散——休斯顿大学布朗动力学程序模拟》，计算机物理通信91（1-3）（1995）57-95。；
[11] M.Engels，K.Gerwert，D.Bashford，细菌视紫红质的计算研究：构象和质子转移能量学，生物物理。化学。56 (1995) 95.;
[12] M.Holst，N.Baker，F.Wang，泊松-玻尔兹曼方程的自适应多级有限元解I.算法和示例，计算化学杂志21（15）（2000）1319-1342。；
[13] B.Z.Lu，W.Z.Chen，C.X.Wang，X.J.Xu，完全由单一泊松-玻尔兹曼计算确定静电力的蛋白质分子动力学，蛋白质48（3）（2002）497-504。；
[14] S.Jo，M.Vargyas，J.Vasko-Szedlar，B.Roux，W.Im，生物分子静电势在线可视化Pbeq-solver，核酸研究36（2008）W270-W275。；
[15] B.R.Brooks，R.E.Bruccoleri，B.D.Olafson，D.States，S.Swaminathan，M.Karplus，Charmm:大分子能量、最小化和动力学计算程序，J.Compute。化学。4 (1983) 187-217.;
[16] 周永川，M.Feig，G.W.Wei，连续介质环境中的高精度生物分子静电，计算化学杂志29（2008）87-97。；
[17] W.Geng，S.Yu，G.W.Wei，隐式溶剂模型中电荷奇异性的处理，化学物理杂志127（2007）114106。；
[18] D.Chen，Z.Chen，C.Chen，W.H.Geng，G.W.Wei，MIBPB:静电分析软件包，J.Compute。化学。32 (2011) 756 - 770.;
[19] R.J.LeVeque，Z.L.Li，具有不连续系数和奇异源的椭圆方程的浸没界面法，SIAM J.Numer。分析。31 (1994) 1019-1044.; ·Zbl 0811.65083号
[20] 李振林，伊藤，不连续系数界面问题的最大原理保持格式，SIAM J.Sci。计算。23 (2001) 339-361.; ·Zbl 1001.65115号
[21] W.Geng，R.Krasny，求解溶剂化生物分子连续静电的树加速边界积分Poisson-Boltzmann解算器，计算物理杂志247（20132-87）6·Zbl 1349.78084号
[22] A.Hildebrant，R.Blossey，S.Rjasanow，O.Kohlbacher，H.Lenhof，《非局部静电的新剂型》，《物理评论》93（2004）108101-1。；
[23] D.Ben-Yaakov，D.Andelman，R.Podgornik，R.Bodgornick，《离子特定水合效应：扩展泊松-玻尔兹曼理论》，《胶体与界面科学的当前观点》16（2011）542-550。；
[24] I.Borukhov，D.Andelman，H.Orland，《从电解质溶液中吸附大离子：修正的Poisson-Boltzmann方程》，《电化学学报》46（2000）221-9。；
[25] D.Ben-Yaakov，D.Andelman，R.Podgornik，作为离子特异性效应来源的介电衰减，化学杂志。物理学。134 (2011) 074705.;
[26] M.Z.Bazant，B.D.Storey，A.A.Kornyshev，离子液体中的双层：过筛与拥挤，《物理评论快报》106（2011）046102。；
[27] D.Gillespie，W.Nonner，R.S.Eisenberg，带电硬球流体密度泛函理论，《物理学评论》E 68（2003）1-10。；
[28] B.Li，P.Liu，Z.Xu，S.Zhou，离子尺寸效应：广义玻尔兹曼分布、反离子分层和修正德拜长度，非线性（2013）2899-2922·Zbl 1286.35233号
[29] Y.Hyon，B.Eisenberg，C.Liu，离子溶液中硬球斥力的数学模型，Commun。数学。科学。9 (2011) 459-475.; ·Zbl 1406.76089号
[30] L.Hu，G.W.Wei，非均质介质的非线性泊松方程，生物物理。J。；
[31] D.Xie，Y.Jiang，L.Scott，离子溶剂中蛋白质非局部介电模型的高效算法，SIAM科学计算杂志38（2013）B1267-1284·兹比尔1287.35092
[32] H.Li，B.Lu，用于生物分子溶剂化研究的离子浓度和尺寸相关介电常数泊松-玻尔兹曼模型，J.Chem。物理学。141（2014）024115。；
[33] G.Wei，《多尺度多物理和多域模型I：基础理论》，《理论与计算化学杂志》12（2013）1341006。；
[34] G.W.Wei，基于微分几何的多尺度模型，《数学生物学公报》72（2010）1562-1622·兹比尔1198.92001
[35] B.S.Eisenberg，Y.K.Hyon，C.Liu，离子流入和通道的能量变分分析：复杂离子流体原始模型的场论，化学物理杂志133（2010）104104。；
[36] D.Chen，G.W.Wei，质子传输连续统中的量子动力学I：基本公式，Commun。计算。物理学。13 (2013) 285-324.;
[37] D.Chen，Z.Chen，G.W.Wei，质子传输连续过程中的量子动力学II：变分溶剂-固体界面，国际生物医学工程数值方法杂志28（2012）25-51·Zbl 1319.92064号
[38] D.Chen，G.W.Wei，质子传输连续统中的量子动力学III：广义关联，化学杂志。物理学。136 (2012) 134109.;
[39] D.Chen，G.W.Wei，纳米电子器件中电子结构、材料界面和随机掺杂的建模与模拟，J.Compute。物理学。229 (2010) 4431-4460.; ·Zbl 1191.82113号
[40] J.Che，J.Dzubiella，B.Li，J.A.McCammon，《隐式溶剂模型中的静电自由能及其变化》，《物理化学杂志》B 112（10）（2008）3058-69。；
[41] B.Li，X.Cheng，Z.Z.Zhang，具有泊松-玻耳兹曼自由能的分子溶剂化中的介电边界力：形状导数方法，SIAM J.应用数学。71 (2011) 2093-2111.; ·Zbl 1234.35174号
[42] Y.Z.Wei，S.Sridhar，LiCl/H2O溶液高达20 GHz的介电光谱，J.Chem。物理学。92 (1990) 923-928.;
[43] Y.Z.Wei，P.Chiang，S.Sridhar，离子尺寸对碱性水溶液动态和静态介电性能的影响，J.Chem。物理学。96 (1992) 4596.;
[44] R.Buchner，G.T.Hefter，P.M.May，《氯化钠水溶液的介电松弛》，化学杂志。物理学。A 103（1999）1-9。；
[45] S.Senapati，A.Chandra，固液界面混合偶极液体结构和动力学的表面电荷诱导修饰：分子动力学模拟研究，J.Chem。物理学。113 (2000) 8817-8826.;
[46] M.J.Holst，F.Saied，非线性泊松-玻尔兹曼方程的数值解：发展更稳健和有效的方法，计算化学杂志16（3）（1995）337-64。；
[47] S.Zhao，用于伪时间耦合非线性溶剂化模拟的算子分裂ADI方案，计算物理杂志257（2014）1000-1021·Zbl 1349.78105号
[48] M.K.Gilson，M.E.Davis，B.A.Luty，J.A.McCammon，使用泊松-玻尔兹曼方程计算溶剂化分子上的静电力，物理化学杂志97（14）（1993）3591-3600。；
[49] K.A.Sharp，B.Honig，用非线性泊松-玻尔兹曼方程计算总静电能，物理化学杂志94（1990）7684-7692。；
[50] Z.Chen，N.A.Baker，G.W.Wei，基于微分几何的溶剂化模型I：欧拉公式，J.Compute。物理学。229 (2010) 8231-8258.; ·Zbl 1229.92030号
[51] Z.Chen，N.A.Baker，G.W.Wei，基于微分几何的溶剂化模型II：拉格朗日公式，J.Math。生物学63（2011）1139-1200·Zbl 1284.92025号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。