Computação de alto desempenho e dinâmica molecular

Resumo

A espectrometria de massa é uma ferramenta vital para a caracterização molecular em muitas áreas da análise bioquímica. Espectrometria de massa de mobilidade iônica (IM-MS) CCS é uma técnica analítica (experimental) usada para separar e identificar moléculas ionizadas que se movem através de um gás à deriva com base em sua mobilidade. Em tais experimentos, as moléculas podem se mover em um tubo e colidir com as moléculas de gás. Como resultado, as moléculas de gás são refletidas e a combinação dos ângulos de colisão resultantes é usada para estimar a seção transversal de colisão (CCS) da molécula, que depende da estrutura da molécula. O CCS pode ter várias aplicações, como determinar a conformação de moléculas. Também pode ser usado para responder a uma série de questões de pesquisa relevantes, como: (a) Qual é o alcance real e a flexibilidade dos reticuladores ligados às proteínas?; (b) As proteínas são realmente estáveis na fase gasosa?; e (c) Qual é a distribuição da densidade de carga em condições IM-MS? Mobcal é um software conhecido para computação CCS. Nosso grupo no IC-UNICAMP tem trabalhado em estreita colaboração com membros do CCES e do Instituto de Química da UNICAMP para melhorar o desempenho da simulação Mobcal. A complexidade da simulação aumenta consideravelmente à medida que aumentamos o tamanho da molécula. Paralelizamos a simulação CCS em Mobcal usando OpenMP e MPI e testamos usando uma série de moléculas pequenas como Ubiquitina (1201 átomos) à polipeptídicos maiores (como 5leg constituída por 18694 átomos). Os resultados mostram que nossa abordagem pode reduzir consideravelmente o tempo de computação CCS. Estamos planejando estender a simulação Mobcal com técnicas de aceleração baseadas em linked-cells para melhorar a velocidade da simulação, permitindo assim o cálculo do CCS de proteínas muito grandes. A bolsa PD associada a esta submissão terá como foco inicial realizar esta extensão usando o modelo de programação paralela OpenMP Cluster desenvolvido no IC-UNICAMP. Trata-se de uma colaboração conjunta entre os Institutos de Computação e Química da UNICAMP. (AU)