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

Механизм
Механизм

Периодическую таблицу Менделеева опять улучшили: наночастицы пятивалентного плутония
Соединения шестивалентного плутония в щелочной среде могут привести к кристаллизации фазы (NH4)PuO2CO3, которая стабильна в течение нескольких месяцев и содержит пятивалентный плутоний. Получение новой фазы пятивалентного плутония фундаментально интересно и открывает новые возможности в разработке более эффективных технологий переработки радиоактивных отходов.

MAPPIC 2019. Второй день
15 октября 2019 года прошел второй день I Московской осенней международной конференции по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

MAPPIC 2019. Первый день
14 октября 2019 года успешно открылась I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.