Transcript Phantom Metadynamics - LICH - vscht.cz

Vývoj nových metod a nástrojů
pro metadynamické simulace
Phantom metadynamika, Pohyblivé kopce a
Metadynamický prohlížeč
Petr Hošek
Ústav biochemie a mikrobiologie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze,
Technická 3, Praha 6, 166 28, Česká republika, e-mail: [email protected]
9.6.2014
ENBIK, Kouty na Vysočině
Sbalování proteinu
>tr|Q56G89|Q56G89_HUMAN Serum
albumin OS=Homo sapiens PE=2 SV=1
MKWVTFISLLFLFSSAYSRGVFRRDAHK
SEVAHRFKDLGEENFKALVLIAFAQYLQ
QCPFEDHVKLVNEVTEFAKTCVADESAE
NCDKSLHTLFGDKLCTVATLRETYGEMA
DCCAKQEPERNECFLQHKDDNPNLPRL
VRPEVDVMCTAFHDNEETFLKKYLYEIA
RRHPYFYAPELLFFAKRYKAAFTECCQA
ADKAACLLPKLDELRDEGKASSAKQGLK
CASLQKFGERAFKAWAV….
Náhodné skládání – moc moc dlouho (Levinthalův paradox)
Skládání v buňce – ~10 ms (pro 100AMK protein)
Skládání v počítači – 7,5 let na PC (10ms, 100amk, implicitní solvent)
Problém s překonáváním energetických bariér
2
Metadynamika
Metoda s vylepšeným vzorkováním
Snadnější překonávání energetických bariér
Přidává umělý potenciál
=> zmapování plochy volné energie (v prostoru kolektivních
souřadnic)
3
Metadynamika
K čemu potřebujeme plochu volné energie?
Pravděpodobnosti stavů
Reakční koordináta
Termodynamika + Kinetika reakce
80
Gibbs energy [kJ/mol]
70
60
50
40
30
20
10
0
Conformation coordinate
4
Metody FEP
• Odhad rozdílu volné energie mezi navzájem obtížně dostupnými stavy.
• Využití Hessova zákona
Lawrenz M, Baron R, McCammon JA - J Chem Theory Comput (2009)
FEP metadynamika
Metadynamika, kde FEP parametr λ je jako kolektivní souřadnice
5
Solvatační energie
6
Solvatační energie
Testováno na 3-methylindolu = vedlejší řetězec tryptofanu
3-methylindol ve vodě – srovnání s
klasickou FEP.
Tvar průbehu coulombické a vdW
lambdy na main_lambda parametru
7
Solvatační energie
Vedlejší řetězce aminokyselin (Ala, Asn, Cys, Gln, His, Ile, Leu, Met, Phe, Ser, Thr, Trp, Tyr, Val)
8
Katenany
Cyclobis(paraquat-p-phenylen)
1,5-dinaphto[38]crown-10
Phantom:
• obě molekuly X jedna molekula X malá část molekuly
Koordinační číslo jako druhá CV
9
Katenany
Dvě propletené molekuly
10
Pohyblivé kopce
Paralelizovatelná metadynamická metoda
- ukládání potenciálu do již navštívených míst
1 paralelní simulace = 1 gaussian
Vzájemné „odpuzování“ mezi paralelami
Přidání umělého potenciálu na začátku
11
Pohyblivé kopce
Srovnání s Metadynamikou
Výhody:
Výborná paralelizovatelnost
Rychlejší konvergence
Omezené množství potenciálu
Nevýhody:
Výrazné fluktuace
Rozdíly mezi paralelami
Výpočetně náročnější
12
Pohyblivé kopce
Srovnání s Metadynamikou
Alanin-dipeptid ve vakuu a vodě
Rozdíly jsou zanedbatelné
13
Metadynamický prohlížeč
Vizualizace Metadynamiky
Suma 100000 2D gaussianů
Příliš náročné pro webovou aplikaci?
Odpověď je NE
Za použití HTML5, WebGL and typovaných polí
Dost výkonné i pro zobrazení jako videa
14
Poděkování
Můj školitel – Vojtěch Spiwok
Díky za pozornost
15