English
!

Архив публикаций

Тезисы

XVIII-ая конференция

Модульная программная платформа для многоуровневого моделирования биомолекулярных систем

Абатурова А.М.1, Алексеенко А.Е., Барсегов В.А.3, Жмуров А.А.3, Князева О.С.2, Коваленко И.Б.1, Морозов И.И., Ризниченко Г.Ю.1, Рубин А.Б.1, Трифонов С.В., Устинин Д.М.1, Холодов Я.А., Хрущёв С.С.1

Кафедра вычислительной математики, Московский физико-технический институт

1МГУ имени М. В. Ломоносова, биологический факультет

2МГУ имени М. В. Ломоносова, физический факультет

3Department of Chemistry, University of Massachusetts

1  стр. (принято к публикации)

Успехи квантовой химии дали надежду, что ответ на многие фундаментальные биологические вопросы может быть получен путём моделирования интересующих систем ab initio. Однако из-за значительной вычислительной сложности квантово-химических расчётов моделирование «из первых принципов» возможно на нынешнем этапе лишь для самых простых систем. В большинстве случаев приходится использовать те или иные эмпирические или полуэмпирические приближения, каждое из которых имеет свою область адекватности. Анализ поведения сложных биологических систем в широком временном и пространственном диапазоне требует применения различных подходов к моделированию, однако совместная интерпретация полученных результатов оказывается затруднительной.

В данной работе представлена модульная программная платформа для многоуровневого моделирования биомолекулярных систем, позволяющая объединить в одной модели несколько приближений с различной пространственно-временной детализацией. К настоящему времени создано ядро системы и модули, реализующие алгоритмы многочастичной броуновской динамики [1] и «крупнозернистой» (coarse-grained) самоорганизации биополимеров SOP [2]; ведётся работа над реализацией методов молекулярной динамики [3]. В текущей реализации платформы используется технология параллельных вычислений CUDA компании NVIDIA [4], что позволило увеличить скорость проведения расчётов до 90 раз по сравнению с последовательной версией. В качестве хост-платформы использовали AMD Opteron 2427 [5].

Для апробации модели исследовали реакцию взаимодействия белков пластоцианина и цитохрома f в растворе. Полученные результаты находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными [6].

Литература

1. Kovalenko I. B., Abaturova A. M., Gromov P. A., Ustinin D. M., Grachev E. A., Riznichenko G. Y., Rubin A. B. Direct simulation of plastocyanin and cytochrome f interactions in solution // Phys. Biol. 3, 2006, pp. 121–129.

2. Zhmurov A., Dima R. I., Kholodov Y., Barsegov V. Sop-GPU: Accelerating biomolecular simulations in the centisecond timescale using graphics processors // Proteins 78, 2010, pp. 2984–2999.

3. Brooks B. R.et al. CHARMM: The biomolecular simulation program // J. Comput. Chem. 30, 2009, pp. 1545–1614.

4. http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html

5. http://www.amd.com/ru/products/server/processors/

6. Kaant A., Young S., Bendall D. S. The role of acidic residues of plastocyanin in its interaction with cytochrome f // Biochim. Biophys. Acta 1277, 1996, pp. 115–126.



© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533