Σ HPC HΨ Szeged Cink-peptid komplexek modellezése Fekete A. Zoltán 1*, Penke Botond 2 1 SZTE HPC Csoport, 2 SZTE-MTA Szupramolekuláris és Nanoszerkezetű Anyagok Kutatócsoport, Szeged

Σ HPC HΨ Szeged Előadásom menete Bevezetés A cink-peptid problematika Metodikai megjegyzések Mentségeim: hogyan kerültem a fehérje-modellezési szekcióba Összefoglalás és kitekintés

Σ HPC HΨ 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)’ klaszter 19x2x2 AMD-Opteron CPU 1.8GHz, 19x4 GB RAM, kb. 70 eFt/GFLOPs

Σ HPC HΨ Szeged Amiloid béta-peptid probléma

Σ HPC HΨ Szeged Konkrét kérdés: Zn 2+ 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 HPC HΨ Szeged Miért kell kvantumkémia: a többarcú amiloid „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 HPC HΨ Szeged Miért kell kvantumkémia: a huncut cink [Zn(HIS-HIS)] [Zn(HIS-HIS -Ht )] [Zn(HIS-HIS)(H 2 O)] [Zn(HIS-HIS)(H 2 O) 4 ] [Zn(HIS-HIS -Hi )(H 2 O) 4 ] [Zn(HIS-HIS)(H 2 O) 3 ] [Zn(HIS-HIS)(H 2 O) 2 ] [Zn(HIS-HIS) 2 ] [Zn(HIS-HIS)(HIS-HIS -Ht )] [Zn(HIS-HIS)(HIS-HIS -Hi )] Zárt d-héja és redox-inaktivitása ellenére sem unalmasan egyhangú: töltése távol van a formális +2-től, és jelentős eltolódásokon mehet keresztül!

Σ HPC HΨ 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 N 3 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 HPC HΨ Szeged D&C séma: alrendszerek

Σ HPC HΨ Szeged D&C skálázás: energia

Σ HPC HΨ Szeged D&C skálázás: gradiensek

Σ HPC HΨ Szeged DivCon példa: Abeta1-28 (1AMB) NUMBER OF RESIDUES = 28 NUMBER OF RESIDUES IN EACH CORE = 3 … NUMBER OF ATOMS = 438 TOTAL NUMBER OF BASIS FUNCTIONS = 1134 TOTAL 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 HPC HΨ Szeged DivCon saját példák: néhány protein (PRIDE-NMR)

Σ HPC HΨ 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 HPC HΨ Szeged Köszönöm a figyelmet! Kapcsolat:

Σ HPC HΨ Szeged Alanin oligomerek ALA 4 (42 atom, G* bázisfüggvény) … ALA 64 (642 atom, 3531 bázisfüggvény 3-21G*) Benchmark ízelítő

Σ HPC HΨ Szeged ALA n futás-idők # HF/[3-21*|6-31|6-311]G SP

Σ HPC HΨ Szeged Köszönet-nyilvánítás Bartha Ferenc Bogár Ferenc Dombi György, HPC projekt-vezető Labádi Máté Martinek Tamás Penke Botond Viskolcz Béla NKTH/KPI KIIF pályázat: ALAP /2005. Kapcsolat:

Σ HPC HΨ Szeged PM6:  f H átlagos hibák Statisztika: 1373 vegyületre, csak H, C, N, O, F, P, S, Cl és Br atomokkal.

Σ HPC HΨ Szeged Helyünk a (TOP500) világban HPC csoport + ½ HPC-Europa központok TeraFLOP PetaFLOP HPC csoport