Aplicaciones de la computación
paralela en bioinformática.
TM.Lic. David Ormeño R.
Lab. Simulación Molecular
CEMCC
Simulaciones de Dinámicas
moleculares (MD)
• Metodología que calcula el comportamiento
de una o varias moléculas, analizadas en
razón del tiempo transcurrido.
• Basados en los principios de la segunda Ley
de Newton o principio fundamental del
movimiento y la Ley de elasticidad de Hooke.
• Proveen de información detallada acerca de
las
fluctuaciones
y
cambios
conformacionales de proteínas y ácidos
nucleicos.
• En la actualidad estos métodos son
utilizados para la investigación de la
estructura, dinámica y termodinámica de
moléculas biológicas.
CHEN J, KIM A. Brownian Dynamics, Molecular Dynamics, and Monte Carlo modeling of colloidal systems.
Advances in Colloid and Interface Science 2004; 112(1-3): 159-173.
PyMol
Pymol desarrollado por Delano et al
Interfaz grafica
A
Consola Tcl/Tk
GUI
B
Visor
VMD
Visual Molecular Dynamics
Theoretical and Computational Biophysics
Group en el Instituto para Ciencia Avanzada
y Tecnología de la universidad de Illinois en
Urbana-Champaign
Interfaz grafica.
A
Menú principal
C Terminal de
comandos
B
Visor OpenGL
D
Consola Tk/Tcl
PuTTy
Desarrollado por Simon Tatham,
en Cambridge, Inglaterra
Interfaz grafica
A
B
Secure Shell Client (SSH)
Desarrollado por SSH
Communications Security, USA
Interfaz grafica
B
A
2
Secure File
Transfer Client
1
Conexión
NAMD
•
•
•
•
NAMD, ganador de un premio Gordon Bell en 2002, es un código para
dinámica molecular en paralelo diseñado para simulaciones de alto
desempeño,de sistemas biomoleculares.
NAMD es escalable a cientos de procesadores en plataformas de punta
y decenas de procesadores en comodos clusters usando eternet
gigabit.
NAMD usa el programa de presentación gráfica molecular VMD para la
configuración de la simulación y análisis de trayectorias, tambien es
compatible con AMBER, CHARMM y X-PLOR.
NAMD a usado tradicionalmente menos de 100MB -300 MB en
simulaciones de 100.000 o menos atomos. Esta memoria extra se
distribuye a través de los procesadores durante el trabajo en paralelo,
pero una estación de trabajo sola puede quedarse sin memoria física en
sistemas grandes.
Información
obtenida desde el
sitio web de
NAMD.
Información obtenida desde el sitio web del cluster Biowulf del NIH
(national institutes of health) de USA.
Archivos de estructura
y topología.
Campos de fuerza y
variables de cálculos.
Archivos de salida.
Temperatura, tiempo de
simulación y
minimización de
energía.
Uso de NAMD
• Dirigirse a la carpeta que contenga los
archivos para la simulacion (PSF; PDB;
archivos de parametros y scripts).
• Llamar al programa y ejecutarlo con el
numero de nodos que se crea
necesario:
namd2 x~/nodelist
script.namd>log.log
A
B
Efectos de la aplicación de un script para la minimización de energía sobre la fibra βamiloide. La figura corresponde a una representación grafica (tipo NewCartoon) de la
estructura de la fibra β-amiloide, visualizada a través del programa VMD. En (A) se
observa la estructura inicial la cual fue sometida a un protocolo de minimización de energía.
En (B) se observa a la fibra β-amiloide luego de una simulación de 5 fentosegundos (2000
pasos), realizados por el software NAMD en el CEMCC de la UFRO.
AA
B
C
C
D
Efectos de la aplicación de un script que simula el efecto del aumento de
temperatura sobre la fibra amiloide en diversos disolventes. La figura corresponde a
una representación grafica (tipo NewCartoon) de la fibra amiloide visualizada a través del
programa VMD. Las simulaciones corresponden a un aumento de la temperatura desde 0
a 100º C. En (A) y (B) se observa la estructura inicial la cual fue solvatada y sometida a
un protocolo de simulación. En (C) y (D) se observa la fibra amiloide luego de una
simulación de 5 fentosegundos (run 2000) en NaCl 1M y KCl 1 M respectivamente. Las
simulaciones fueron realizadas en el software NAMD en el cluster del CEMCC de la
UFRO.
Referencias
• Sitio web NAMD:
http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/
• Sitio web VMD:
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
• Sitio web Biowulf, NIH:
http://biowulf.nih.gov/
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