D01 Teoretični odsek

Program P1-0002

Matematične in simulacijske metode pri obravnavi strukture in dinamike molekul ter neravnovesne statistične mehanike

prof. dr. Matej Praprotnik

 

Računalniške simulacijske metode so postale nepogrešljive v raziskavah v molekularni kemiji, strukturni biologiji, študijah strukture in dinamike raztopin itd. Da bi lahko kvantitativno opisali večje in čedalje bolj kompleksne molekularne sisteme, razvijamo nove metodološke pristope, ki omogočajo daljše simulacije večjih molekularnih sistemov. To znatno poveča učinkovitost za študij strukturnih dinamičnih in termodinamičnih lastnosti teh sistemov, mehke snovi in molekularnih tekočin. Naše rešitve, še posebno z uporabo paralelizacije v procesorskih gručah, ki so postale orodje izbire za simulacije molekularnih sistemov, prispevajo k povečanju računalniške učinkovitosti in/ali natančnosti. Na področju aplikacij raziskujemo interakcije med proteinskimi receptorji in njihovimi ligandi, potencialno kancerogenost mikrovalovnega sevanja in načrtujemo nove zdravilne učinkovine na protimikrobnem in protirakavem terapevtskem področju. 

 

S hibridno metodo adaptivne resolucije AdResS, ki sklaplja atomistično in mezoskopsko skalo molekularnega sistema, modeliramo različne dele molekularnega sistema z različnimi nivoji podrobnosti. Naše večskalne modele topil uporabljamo za študij kompleksnih biomolekularnih sistemov, kot so lipidne membrane in vezave ligandov na encime, kjer samo aktivno mesto in okoliško topilo predstavimo atomistično. Zaradi pohitritve simulacij, ki jih omogoča naš večskalni pristop, lahko brez izgube natančnosti obravnavamo te sisteme na naši gruči računalnikov Linux. Mehanika kontinuumov, ki opisuje dinamiko tekočin z Navier-Stokesovo enačbo dovoljuje modeliranje tekočinskih tokov na veliko večjih/daljših krajevnih in časovnih skalah. Naša metoda omogoča vstavljanje kompleksnih molekul v atomistično domeno preko grobozrnatega opisa in dovoljuje izvajanje molekularnih simulacij v velekanoničnem statističnem ansamblu oziroma pod neravnovesnimi pogoji.