Implementación e integración en GROMACS de un algoritmo eficiente y preciso para imponer ligaduras en simulaciones de dinámica molecular

Serrano Gracia, María Astón
García Risueño, Pablo (dir.) ; Alastruey Benedé, Jesús (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Ingeniero en Informática

Resumen: Las simulaciones de dinámica molecular describen la evolución en el tiempo de un sistema de partículas. Herramientas computacionales para realizar dichas simulaciones son fundamentales para los investigadores de campos tan diversos como la medicina (búsqueda de tratamientos para enfermedades como el Alzheimer, la fibrosis quística o el cáncer; diseño computacional de medicamentos), la química (diseño de catalizadores) o la ingeniería de materiales. GROMACS es un extendido y versátil paquete de dinámica molecular escrito en el lenguaje de programación C. Originalmente desarrollado en la Universidad de Groningen (Países Bajos), actualmente se mantiene por desarrolladores de universidades y centros de investigación de todo el mundo, y cuenta con miles de usuarios. Para realizar simulaciones eficientes, una opción común es imponer ligaduras, es decir, restricciones a la longitud de los enlaces atómicos o al valor de los distintos ángulos entre átomos. Esto permite incrementar el paso temporal (time step) de las simulaciones y con ello lograr realizar simulaciones más duraderas, con lo que se incrementa el poder predictivo y el realismo de la simulación. Los dos algoritmos más utilizados para la implementación de ligaduras, los denominados SHAKE y LINCS (LINear Constraint Solver), presentan limitaciones a la hora de imponer ligaduras en los ángulos. Además, están basados en aproximaciones, lo cual afecta negativamente a su exactitud, eficiencia y estabilidad numérica. El presente proyecto fin de carrera se basa en la reciente propuesta teórica del Dr. Pablo García Risueño, la cual propone mejorar la imposición de ligaduras en las simulaciones de dinámica molecular mediante el uso de cálculos analíticos. Por lo tanto, el objetivo de este proyecto es implementar el algoritmo denominado ILVES-S, propuesta alternativa al algoritmo SHAKE, e integrarlo en el paquete de dinámica molecular GROMACS.

Palabra(s) clave (del autor): dinamica molecular ; shake ; gromacs ; ligaduras

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera