előadásom menete
DESCRIPTION
Cink-peptid komplexek modellezése Fekete A. Zoltán 1* , Penke Botond 2 1 SZTE HPC Csoport, 2 SZTE-MTA Szupramolekuláris és Nanoszerkezetű Anyagok Kutatócsoport, Szeged [email protected] . Előadásom menete. Bevezetés A cink-peptid problematika - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Cink-peptid komplexek modellezése
Fekete A. Zoltán1*, Penke Botond2
1SZTE HPC Csoport, 2SZTE-MTA Szupramolekuláris és Nanoszerkezetű
Anyagok Kutatócsoport, Szeged
[email protected] <http://ZAF.has.it/>
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Előadásom menete
BevezetésA cink-peptid problematikaMetodikai megjegyzésekMentségeim: hogyan kerültem
a fehérje-modellezési szekcióbaÖsszefoglalás és kitekintés
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
„HPC csoport” SZTE (Szote Kht., DNT)
High Performance Computing =Nagy Teljesítményű Számítás(előre a TeraFlopok útján)!
Nyers csúcs-kapacitás: összesen kb. 500 GFLOPs = ½ TFLOPs
Silicon Graphics Altix 3700: SMP (Shared Memory Parallel)48 Intel-Itanium CPU 1.3GHz, 48 GB RAM, kb. 310 eFt/GFLOPs†
Fujitsu-Siemens: ‘1U(4cm)’ klaszter19x2x2 AMD-Opteron CPU 1.8GHz, 19x4 GB RAM, kb. 70 eFt/GFLOPs
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Amiloid béta-peptid probléma
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Konkrét kérdés: Zn2+ kölcsönhatása a peptiddel
Kísérleti tapasztalat: a fémion nagymértékben gyorsítja az aggregációt; ennek miértje élénk vita tárgya, amit mérések magukban nem tudnak eldönteni
Nagy szükség van elméleti vizsgálatokra Kvantumkémia is kell – a force-field kezelések
önmagukban nem elegendőek Több száz aminosav egységre kiterjedő rendszerek
leírása a kívánatos Több száz aminosav egységre kiterjedő rendszerek
leírása a kívánatos!
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Miért kell kvantumkémia: a többarcú amiloid
Abeta1-42 (1Z0Q)I [mM] e
exte
int IEP Töltés
0.3 80 80 5.51 -30.15 80 80 5.50 -3
0.075 80 80 5.51 -30 80 80 5.45 -3
0.3 80 6 5.91 -30.15 80 6 5.93 -3
0.075 80 6 5.94 -30.025 80 6 5.95 -3
0.01 80 6 5.95 -30.001 80 6 5.94 -3
0.0001 80 6 5.94 -30 80 6 5.93 -2
0.15 40 6 5.93 -30.075 40 6 5.93 -3
0.05 40 6 5.93 -30.01 40 6 5.92 -2
0.001 40 6 5.86 -20 40 6 5.82 -2
0.3 6 6 5.37 -30.15 6 6 6.25 -3
0.075 6 6 6.55 -20 6 6 19.30 -1
„Itt a proton – hol a proton” játéka erősen függhet a környezeti hatásoktól: lásd például a mellékelt Poisson-Boltzmann számítást, ami a töltés-állapot érzékenységét illusztrálja az ionerősségre és lokális dielektrikumra.
Az ilyen viselkedést nehéz megbízhatóan leírni egyszerű molekuláris mechanikával ill. dinamikával…
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Miért kell kvantumkémia: a huncut cink
[Zn(HIS-HIS)]2+ 1.33
[Zn(HIS-HIS-Ht)]2+ 1.32
[Zn(HIS-HIS)(H2O)]2+ 0.86
[Zn(HIS-HIS)(H2O)4]2+ 0.65
[Zn(HIS-HIS-Hi)(H2O)4]2+ 0.62
[Zn(HIS-HIS)(H2O)3]2+ 0.55
[Zn(HIS-HIS)(H2O)2]2+ 0.51
[Zn(HIS-HIS)2]2+ 0.42
[Zn(HIS-HIS)(HIS-HIS-Ht)]2+ 0.41
[Zn(HIS-HIS)(HIS-HIS-Hi)]2+ 0.37
Zárt d-héja és redox-inaktivitása ellenére sem unalmasan egyhangú: töltése távol van a formális +2-től, és jelentős eltolódásokon mehet keresztül!
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Gyöngszem az AMBER-ban: Divide & Conquer módszer
Merz, K.M. (PSU → UFL) és tsai. eljárása: ‘divcon’ A rendszer méretével lineárisan skálázódó időigény
(szemben az N3 függéssel a hagyományos szemiempírikus, ill. ennél is meredekebb emelkedéssel az ab initio módszerekre)!
Tartalmazza a Merz által nagymértében javított cink paraméterezést („Zinc biological”) is
Hasznosítja az AMBER csomag szolgáltatásait Jól párhuzamosítható (az AMBER-es verzió NEM)
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
D&C séma: alrendszerek
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
D&C skálázás: energia
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
D&C skálázás: gradiensek
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
DivCon példa: Abeta1-28 (1AMB)NUMBER OF RESIDUES = 28NUMBER OF RESIDUES IN EACH CORE = 3
…NUMBER OF ATOMS = 438TOTAL NUMBER OF BASIS FUNCTIONS = 1134TOTAL NUMBER OF ELECTRONS = 1270
… NUMBER OF SUBSYSTEMS = 10 AVERAGE SUBSYSTEM SIZE = 146 MAXIMUM SUBSYSTEM SIZE = 181
TIME/cycle/residue = 61 sec TIME/cycle/molecule = 599 sec
Összehasonlításul: hasonló MOPAC job > 9 óra!
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
DivCon saját példák: néhány protein (PRIDE-NMR)
Protein Aminosav-számt/ cycle [sec]
Nsub∙t/ cycle [sec]
1orx 24 221 53161g9p 45 39 17461e17 92 846 77821
1qu5(UHF) 182 5264 958053
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
További saját fejlesztés menete A DivCon/ZnB módszer megkezdett
ellenőrzésének kiteljesítése Új szemiempírikus paraméterezés: a PM3 hibáitól
nagymértékben megszabadított RM1 (H,C,N,O,S) kombinálása a ZnB fém-specifikus paramétereivel
A General AMBER FF felhasználása, megfelelő (úgy kötött, mint kötetlen cink-típust alkalmazó) paraméterekkel, dinamikához;ígéretes a Hoops-Merz metallo-protein FF
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Köszönöm a figyelmet!
Kapcsolat: [email protected]
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Alanin oligomerek ALA4 (42 atom, 231 3-21G* bázisfüggvény)
…
ALA64 (642 atom, 3531 bázisfüggvény 3-21G*)
Benchmark ízelítő
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
ALAn futás-idők # HF/[3-21*|6-31|6-311]G SP
1SCF: ALAn
1E+1
1E+2
1E+3
1E+4
1E+5
1E+6
1E+2 1E+3 1E+4lg(Nbasis)
lg(t
user
/sec
)
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
Köszönet-nyilvánítás
Bartha Ferenc Bogár Ferenc Dombi György, HPC projekt-vezető Labádi Máté Martinek Tamás Penke Botond Viskolcz Béla NKTH/KPI KIIF pályázat:
ALAP4-00092/2005. Kapcsolat: [email protected]
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
PM6: fH átlagos hibák
Statisztika: 1373 vegyületre, csak H, C, N, O, F, P, S, Cl és Br atomokkal.<http://www.openmopac.net/DHF_PM6_and_Ab_Initio.html>
Σ HPCHΨ Szeged
<http://ZAF.has.it/><http://ZAF.has.it/>
HPC-Szeged3.902.60
HPC-Szeged3.372.95
HPC-Poznan2.663.42
y = -0.66x + 5.18
R2 = 0.98
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
lg(rank)
lg(G
FL
OP
/s) 26
40 G
FLO
P:
453.
891
GF
LOP
:23
37.
398
GF
LOP
:78
91.
Helyünk a (TOP500) világban - 2006
HPC csoport + ½ IBM-P5s@SZTE
HPC-Europa központok
TeraFLOP
PetaFLOP
HPC csoport