Растяжение in silico мономера и олигомера фибриногена

Растяжение больших белковых систем происходит через постепенное независимое развертывание двух или нескольких субдоменов и/или через одновременное или последовательное развертывание различных элементов вторичной структуры. Это позволяет нам использовать приближенное описание биомолекул (coarse-grain), чтобы промоделировать глобальный процесс механико-химического развертывания белка.

Мы использовали SOP-GPU программу, чтобы провести симуляцию динамики Ланжевена для мономера фибриногена — Fb (~2000 аминокислотных остатков) и димера (Fb)2 (~4000 остатков), используя при этом экспериментыльные условия для изменения силы f(t)=rft, где rf=κvf есть скорость изменения силы. Мы использовали значения силы растяжения vf=1μm/s и жесткости кантилевра κ=35pN/nm соответствующие экспериментыльным.Чтобы расчетать одну траекторию растяжения фибриногена для динамики системы нужно выполнить численно более 5×109 итераций (0.2 секунды в реальном времени). Для полноценного использования вычислительных ресурсов графических процессоров (ГП) мы использовали подход «множество-запусков-один-ГП», который позволил нам запустить несколько траекторий для изучаемой системы независимо друг от друга на одном ГП. Это заняло приблизительно 17 дней чтобы генерировать 5 траекторий на GPU Tesla C1060 (NVIDIA). Для сравнения, это потребовало бы почти 18 месяцев, чтобы выполнить одну симуляцию на ЦП похожего уровня технологии. Оказалось, что микромеханика растяжения и соответствующая динамика изменения силы значительно зависят от увеличения силы растяжения (vf=2.5 и 25μm/s).

Исходный материал

Forced unfolding of Fb

Forced unfolding of (Fb)2