Előadásom menete

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


Előadásom menete

BevezetésA cink-peptid problematikaMetodikai megjegyzésekMentségeim: hogyan kerültem

a fehérje-modellezési szekcióbaÖsszefoglalás és kitekintés

Σ HPCHΨ Szeged


„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


Amiloid béta-peptid probléma

Σ HPCHΨ Szeged


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


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


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


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


D&C séma: alrendszerek

Σ HPCHΨ Szeged


D&C skálázás: energia

Σ HPCHΨ Szeged


D&C skálázás: gradiensek

Σ HPCHΨ Szeged


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


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


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


Köszönöm a figyelmet!

Kapcsolat: [email protected]

Σ HPCHΨ Szeged


Alanin oligomerek ALA4 (42 atom, 231 3-21G* bázisfüggvény)

…

ALA64 (642 atom, 3531 bázisfüggvény 3-21G*)

Benchmark ízelítő

Σ HPCHΨ Szeged


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


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


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


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

Előadásom menete

Documents

Transcript of Előadásom menete