An accelerated framework for Brownian dynamics simulation of proteins

Brownian dynamics;protein;finite element method;FE model reduction;DOF based reduction;component mode synthesis;621

University:서울대학교 대학원

关键词: Brownian dynamics;    protein;    finite element method;    FE model reduction;    DOF based reduction;    component mode synthesis;    621;   

Others  :  http://s-space.snu.ac.kr/bitstream/10371/160999/1/000000156565.pdf

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来源: Seoul National University Open Repository

【 摘 要 】

단백질의 거동을 이해하는 것은 인류가 당면한 가장 중요하고도 어려운 문제들 가운데 하나이다. 분자동역학 시뮬레이션은 많은 단백질 시뮬레이션과 관련된 연구에서 사용되는 all-atom 방법이지만, 계산 부하가 굉장히 크다. 반면, Coarse-Grained(CG) 모델은 계산 부하는 줄이면서 관심있는 거동은 비슷하게 모사하도록 고안되었는데, 단백질 시뮬레이션에서 굉장히 유용하게 사용될 수 있다. 몇몇 CG모델은 생체 용매가 단백질에 미치는 감쇠 효과를 고려하는데, 진공상태의 시뮬레이션에 비해서 높은 시뮬레이션 정확도를 기대할 수 있으나, bead overlapping과 같은 비현실적인 문제가 발생한다. 다행히, 유한요소에 기반한 단백질의 브라운동역학 시뮬레이션은 이러한 문제가 없기 때문에, 좀더 높은 정확도를 기대할 수 있다. 그러나, 유한요소에 기반한 브라운동역학 시뮬레이션은 다른 CG모델에 비해서 비교적 계산 부하가 높기 때문에, 높은 처리량을 요구하는 목적으로는 적합하지 못하다. 본 연구에서는 가속화된 유한요소 기반의 브라운동역학 시뮬레이션을 개발하였다. 병목현상을 일으키는 friction matrix계산은 substructure static condensation과 plug-in method를 이용하여 가속화 하였고, trajectory계산은 component mode synthesis를 이용하여 가속화 함으로써, 해당 프레임워크의 병목현상을 해결하였다. 기존의 프레임워크와 가속화된 프레임워크를 이용하여 몇가지 단백질에 대해 시뮬레이션을 하여 계산시간을 비교하였다.