Combination of different simulation techniques in the complex model of photosynthetic membrane

Abstract

Получено 18 декабря 2012 г., после доработки 01 марта 2013 г.Необходимость корректного учета деталей пространственной и функциональной организации клеточных структур требует поиска новых подходов к моделированию субклеточных процессов, в том числе первичных процессов фотосинтеза в тилакоидной мембране. Эти подходы должны интегрировать физические и биологические представления о конкретных механизмах, которые объединяются в общую картину на уровне компьютерной модели. В работе предлагается новый подход к моделированию, в котором воспроизводится трехмерная пространственная структура фотосинтетической мембраны. Разные стадии переноса зарядов при фотосинтезе моделируются с использованием разного математического аппарата и объединяются в единую компьютерную модель. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программного комплекса, использующего параллельные вычисления на высокопроизводительных кластерах и графических процессорах. Ключевые слова: компьютерное моделирование, броуновская динамикаAbstract. -Complex geometric organization of subcellular structures such as photosynthetic or mitochondrial membranes determines mechanism of electron and proton transfer processes. We propose new approach in modeling processes, where geometric shape of membranes is accurately taken into account. Different stages of charge transfer process are simulated using different approaches, which are integrated into a combined model. We implemented this model as software which utilizes parallel computations on high-performance clusters and GPUs for better performance.

Photosynthetic Electron Transfer by Dint of Protein Mobile Carriers. Multi-particle Brownian and Molecular Modeling

“…Models of Brownian dynamics (see review [12]) simulate the diffusion and mutual orientation of protein molecules in the formation of a preliminary complex. The distinctive feature of our models is that they are multi-particulate and allow us to simulate not only the processes of interaction of proteins in solution, but also to study the behavior of ensembles of interacting macromolecules in the complex interior of the photosynthetic membrane and to take into account the structural features of the membrane organization [14,16,17].…”