Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Курс "Моделирование биологических молекул на GPU (Biomolecular modeling on GPU)" от МФТИ на Coursera

Ключевые слова:  биологические молекулы, молекулярная динамика, нуклеиновые кислоты, структура белка, фолдинг белков

08 января 2014

14 февраля 2014 года начинается курс лекций "Моделирование биологических молекул на GPU (Biomolecular modeling on GPU)" (от МФТИ на Coursera). Продолжительность - 7 недель; лектор - кф-мн А.А. Жмуров, МФТИ.

Моделирование биологических молекул - одна из бурно развивающихся областей современной науки. В курсе даются основы строения биомолекул, примеры применения программных пакетов для молекулярного моделирования, разъясняются подходы к математическому описанию молекулярных систем и разбирается программная реализация этих подходов на центральном и графическом процессорах.

About the Course
С развитием компьютерной техники, вычислительный эксперимент стал неотъемлемой частью любого научного исследования. На сегодняшний день, компьютеры помогают решать целый спектр различных задач - от гидродинамики до макроэкономики. В исследованиях биологических молекул, вычислительный эксперимент закрепился сравнительно недавно. Виной тому - сложность структуры биомолекул, которые могут насчитывать сотни, тысячи или даже десятки, сотни тысяч атомов. Под словом "моделирование" в названии курса подразумевается как раз вычислительный эксперимент. В начале XXI века, благодаря появлению новой высокопараллельной аппаратной платформы - графических процессоров, вычислительный эксперимент получил новый виток развития. Решение множества вычислительных задач - хорошо параллелизуемо. То есть, различные части расчёта можно производить одновременно. Одной из таких задач является молекулярное моделирование.

Цель данного курса - обеспечить понимание основных принципов молекулярного моделирования. В первой части пособия дан обзор строения различных биологических молекул - от последовательности до трёхмерной структуры. Далее разъяснены методы молекулярной механики и динамики, а также рассмотрены предпосылки использования различных подходов к моделированию. В качестве первого практического примера рассмотрена простая задача моделирования с применением общедоступного бесплатного пакета NAMD, разъяснены основы метода молекулярной динамики и использования программного пакета VMD для визуализации и анализа результатов. В последней части курса детально разобраны методы реализации численных методов молекулярного моделирования - как на центральном процессоре, так и на графическом. В курсе даётся вводная информация об устройстве ГП и его использовании для численных расчётов. Курс расчитан на студентов технических специальностей.

В рамках курса, слушатели узнают основы строения биологических молекул, научатся искать и визуализировать их структуры. Навыки использования готовых программных пакетов для биомолекулярного моделирования позволят наблюдать за динамикой каждого атома биомолекулы. Знания используемого в молекулярном моделировании математического формализма помогут лучше понимать возможности и ограничения молекулярного моделирования. Основы языка CUDA для программирования на графических процессорах будут закреплены программная реализация простой задачи молекулярного моделирования.

Данный курс будет интересен студентам технических специальностей, которые научатся применять уже имеющиеся у них знания в новой области. Студенты биолгических специальностей получат необходимые знания для применения вычислительного эксперимента в их деятельности.

Course Syllabus
Неделя 1. Введение. Вычислительный эксперимент в биологии. Эксперимент, теория и моделирование. Биологические молекулы. Вода. Аминокислоты и первичная структура белка. Типы вторичных структур. Третичная и четверичная структура белка.
Неделя 2. Проблема фолдинга белков. Примеры белков и белковых комплексов. Эксперименты на единичных молекулах. Нуклеиновые кислоты. База данных белковых структур www.pdb.org. Пакет VMD для визуализации и анализа структуры биологических молекул.
Неделя 3. Молекулярная механика. Три фундаментальных принципа молекулярной механики: аддитивность, гипотеза переносимости и термодинамическая гипотеза. Понятие силового поля. Потенциальная функция и её параметры. Молекулярная динамика и крупнозернистое моделирование.
Неделя 4. Моделирование простой молекулы методами молекулярной динамики с использованием программного пакета NAMD2. Построение топологии системы: добавление недостающих атомов, молекул растворителя и ионов. Минимизация энергии, нагрев системы и равновесное моделирование.
Неделя 5. Графические процессоры (ГП). Архитектура ГП. Программирование на графических процессорах. Технология CUDA. Вычислительные ядра, работа с памятью ГП, организация работы программы. Пример.
Неделя 6. Численные методы молекулярной динамики и их реализация на центральном и графическом процессоре. Постановка задачи, реализация численного интегрирования уравнений движения.
Неделя 7. Численные методы молекулярной динамики и их реализация на центральном и графическом процессоре (продолжение). Реализация потенциалов ковалентного взаимодействия атомов. Реализация невалентного потенциала. Методы оптимизации расчёта.


Recommended Background
Знания основ программирования на языке C. Доступ к ПК, который можно не выключать в течении ~5 дней. Крайне рекомендуется наличие графической карты компании NVidia

LEARN FOR FREE

Наноновогоднее 2014
Наноновогоднее 2014

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.