....................................... Visuell och kvantitativ undersökning av kovalenta och icke-kovalenta obligationer i β-bladspolypeptiden. Vår analys gör det möjligt att visualisera, räkna upp, klassificera och undersöka molekylära interaktioner i komplexa kemiska system. I detta exempel, amplituden av den signerade elektrontätheten ( och färgkodad från blått till rött) gör det möjligt att skilja kovalenta bindningar (gul) från vätebindningar (cyan) och van der Waals interaktioner (mörkblå). Medan numerisk integration av  till höger inset gör det möjligt att visuellt skilja de två senare typerna av interaktioner, vår kombinatoriska pipeline extraherar robust dessa funktioner för att stödja ytterligare kvantitativ analys. I synnerhet, vår algoritm avslöjar upprepande mönster (svart ram) av icke-kovalenta interaktioner som ansvarar för vikning av denna molekyl, som bryter ner den i enhetliga byggstenar som motsvarar de elementära aminosyror som utgör molekylen. Abstract-interaktioner mellan atomer har en stor inverkan på de kemiska egenskaperna hos molekylära system. Medan kovalenta interaktioner påtvingar den strukturella integriteten av molekyler, styr icke-kovalenta interaktioner mer subtila fenomen såsom proteinvikning, bindning eller självmontering. Förståelsen av dessa typer av interaktioner är nödvändig för tolkningen av många biologiska processer och kemiska designuppgifter. Medan traditionellt elektrondensiteten analyseras för att tolka kvantkemin i ett molekylärt system, kännetecknas icke-kovalenta interaktioner av låga elektrondensiteter och endast små variationer av dem -utmanande deras extraktion och karakterisering. Nyligen har den signerade elektrontätheten och den reducerade gradienten, två skalärfält som härletts från elektrontätheten, dragit stor uppmärksamhet i kvantkemi eftersom de möjliggör en kvalitativ visualisering av dessa interaktioner även i komplexa molekylära system och experimentella mätningar. I detta arbete presenterar vi den första kombinatoriska algoritmen för automatisk extraktion och karakterisering av kovalenta och icke-kovalenta interaktioner i molekylära system. Den föreslagna algoritmen är baserad på en gemensam topologisk analys av den signerade elektrontätheten och den reducerade lutningen. Genom att kombinera konnektivitetsinformationen för de kritiska punkterna i dessa två skalärfält kan man visualisera, räkna upp, klassificera och undersöka molekylära interaktioner på ett robust sätt. Experiment på en mängd olika molekylära system, från enkla dimers till proteiner eller DNA, visar förmågan hos vår teknik att kraftfullt extrahera dessa interaktioner och att avslöja deras strukturella relationer till atomerna och banden som bildar molekylerna. För enkla system bekräftar vår analys kemisternas observationer samtidigt som den ger nya visuella och kvantitativa insikter om kemiska interaktioner för större molekylära system.
Günther m.fl. REF presenterar en kombinatorisk algoritm som involverar Morse-Smale-komplexet för automatisk extraktion och karakterisering av kovalenta och icke-kovalenta interaktioner i molekylära system, baserat på en härledd gradient av elektrondensitet.
Characterizing Molecular Interactions in Chemical Systems
{'venue': 'IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics', 'journal': 'IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics', 'mag_field_of_study': ['Computer Science', 'Medicine']}