La UNAM lleva mas de 15 años realizando proyectos de investigación utilizando el poder de varias supercomputadoras, esperemos que en lo que termina esta década nuestra UNAH se siga el mismo camino, para poder realizar investigaciones utilizando las nuevas herramientas disponibles, mientras tanto se pueden usar computadoras domésticas, playstations 3 con linux, o también macs caceras.
La última supercomputadora que compró la UNAM es KanBalam, en sus primeros 5 meses de uso brindó más de dos millones de horas al servicio de la ciencia, equivalente a utilizar un equipo de escritorio durante 228 años de forma ininterrumpida.
KanBalam a cargo de la Dirección General de Servicios de Cómputo Académico es utilizada por 155 usuarios, involucrados en alrededor de 60 proyectos de investigación que han sido avalados por el Comité Académico de Supercómputo, conformado por destacados científicos universitarios de varias disciplinas.
KanBalam cuenta con mil 368 procesadores (cores AMD Opteron de 2.6 GHz), una memoria RAM total de tres mil gigabytes y un sistema de resguardo de información de 160 terabytes. Ofrece al conjunto académico y de investigación de México una magnitud de cálculo sin precedente en el México.
Sus procesadores están organizados en 337 nodos de cálculo, cada uno con dos procesadores de dos núcleos y ocho gigabytes de memoria, así como con cinco nodos especiales con 64 gigabytes. Su sistema de almacenamiento se conforma con 768 discos. Los nodos de procesamiento y los dispositivos de almacenaje se comunican mediante una red de alta velocidad, con tecnología Infiniband de 10 GBps.
Este instrumento es siete mil veces más potente que la primera supercomputadora de la UNAM, la CRAY-YMP (1991), y 79 veces más poderosa en cálculo que el equipo AlphaServer SC45, adquirido en 2003.
- Capacidad (pico) de 7.113 teraflops, siendo la número uno en América Latina.
- Sus 19 racks utilizan un área de 15 a 20 metros cuadrados (el tamaño de un cuarto de 3.3 metros de ancho por 3.3 metros de largo).
- La inversión total fué de tres millones de dólares.
- Es la número 126 en la clasificación de las 500 supercomputadoras más rápidas en el mundo.
- Es la 44 en cuanto a sitios académicos, y la 28 respecto a las instaladas en universidades.
http://www.cronica.com.mx/nota.php?id_nota=281056
http://evdoplus.blogspot.com/2008/07/kan-balam.html
Algunos de los proyectos de investigación que actualmente se realiza la facultad de química en las supercomputadoras de la UNAM son los siguientes:
I.- Simulación de la dinámica molecular de la enzima triosafosfato isomerasa del parásito Tripanosoma cruzi (TcTIM).
Simulaciones de dinámica molecular destinadas al desarrollo de fármacos específicos para el parásito, que funcionen inhibiendo la actividad de la TcTIM.
Para la realización de los cálculos trabajaremos con el paquete de programas GROMACS 3.3.1.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Ángel Piñeiro Guillén
II.- Química Cuántica.
- Estudios teóricos sobre estructura electrónica Molecular.
- Formación de complejos de Van Der Waals.
- Aromaticidad en compuestos policíclicos y heterocíclicos.
- Mecanismos de reacción de compuestos aromáticos.
- Distribución de carga en equilibrios tautoméricos.
- Estructura electrónica de hidratos de gas.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: José Jesús Hernández Trujillo
III.- Química inorgánica.
Búsqueda de mecanismos de reacción que ocurren en el medio ambiente.
Se estudia la interacción de compuestos fenólicos con átomos metálicos (Fe, Ru, Cu, Au, etc.), aplicando cálculos Ab initio y DFT.
Se realizará el análisis de las propiedades electrónicas y estructurales que permiten caracterizar la interacción metal ligante.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Pandiyan Thangarasu
IV.- Reacciones de interés atmosférico en fase gaseosa
Incluye el estudio del mecanismo y de las constantes de velocidad y los parámetros de Arrhenius con exactitud equivalente a la experimental.
V.- Estudio de reacciones orgánicas en solución.
Para los cálculos es necesario modelar muchos sistemas de tamaño medio (entre 15 y 40 átomos “pesados”).
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Juan Raúl Álvarez Idaboy
VI.- Cálculos para la obtención de estructuras correspondientes a mínimos relativos de la superficie de energía potencial de la alfa, beta y gamma ciclodextrinas.
Una vez obtenidas las estructuras correspondientes a esos mínimos se procederá a identificar y caracterizar cada uno de estos estados mediante cálculos de análisis de frecuencias vibracionales.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Sigfrido Escalante Tovar
- Estudio del enlace, la reactividad y la selectividad de sistemas organometálicos.
- Desarrollo de descriptores para estudios QSAR.
- Simulación de materiales.
- Desarrollo de herramientas de visualización de la densidad electrónica.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Fernando Cortés Guzmán
VIII.- Estudio Teórico de Mecanismos de Racción en Química Orgánica: La Reacción de Baeyer-Villiger.
Actualmente se hacen esfuerzos para desarrollar nuevos procesos donde se reduzcan o se eliminen las sustancias químicas peligrosas. En el caso particular de la reacción de Baeyer-Villiger, se ha estudiado extensivamente desde el punto de vista experimental, y es tema de muchas publicaciones tendientes a realizar el proceso de manera sustentable. A pesar de esto, el mecanismo de la reacción no es claro, y además, pocos estudios teóricos aparecen en la literatura.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Lino Joel Reyes Trejo
IX.- Cúmulos Magnéticos de Metales de Transición.
- Interacción Metal-Ligante.
- Reacciones Troposféricas.
- Determinación de Propiedades Fotoquímicas.
- Efectuar investigaciones acerca de las propiedades estructurales, magnéticas y de reactividad química de pequeños cúmulos de metales de transición. La actividad catalítica de éstos cúmulos metálicos se estudiará mediante su interacción con ligantes o moléculas.
- Se abordará la caracterización de reacciones de compuestos orgánicos volátiles, para el caso de la interacción del tolueno con el radical OH durante el día y con el radical NO3 durante la noche, lo que originan compuestos mutagénicos que causan graves problemas de salud pública.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Francisco Miguel de Jesús Castro Martínez
X.- Estructura Electrónica de Sistemas Complejos.
- Investigación de las sales de transferencia de carga con propiedades metálicas y/o superconductoras.
- Estudio de los procesos de anclaje electroquímico de moléculas orgánicas en superficies sólidas.
Para el estudio de las propiedades electrónicas de los sólidos harán uso de técnicas de cálculo de la estructura electrónica; dichas técnicas están basadas en la teoría de los funcionales de la densidad electrónica.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Luis Emilio Orgaz Baqué
- Cálculo de la estructura molecular en materiales a nano-escala,
- Biomateriales,
- Reacciones atmosféricas/interestelares,
- Problemas de física fundamental en métodos ab initio,
- y desarrollo de métodos novedosos de correlación de electrones.
- Reacciones atmosféricas que involucran peróxidos.
- Materiales nanotubos e interacciones con moléculas.
- Trampas de aniones en complejos moleculares (incluyendo trampas de electrones solvatadas y la recientemente desarrollada trampa de superficie de aniones.
Dependencia: Instituto de Química
Responsable: Abraham Jalbout
XII.- Cálculo de constantes de acoplamiento en sistemas aromáticos y bicíclicos.
La espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es una técnica fundamental para la elucidación estructural de prácticamente cualquier tipo de compuestos en disolución. Los espectros de RMN pueden ser analizados principalmente a través el desplazamiento químico y el acoplamiento espín-espín.
En nuestro grupo de trabajo se desarrolló el estudio teórico-experimental de las constantes de acoplamiento protón-protón vecinales y a larga distancia en sistemas antracénicos.
Dependencia: Instituto de Química
Responsable: José Federico del Río Portilla
XIII.- Cálculos de Monte Carlo cuántico.
El método de Monto Carlo cuántico es uno de los más precisos para resolver la ecuación de Shrödinger para moléculas y materia condensada. Requiere grandes recursos computacionales. El proyecto tiene como objetivo la búsqueda de reactivos para la aminación electrofílica.
Se utilizan los programas ZORI, CASINO y GAMESS.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Carlos Amador Bedolla
XIV.- Simulación molecular del tautomerismo de la Hipoxantina.
Se planea un estudio sistemático del tautomerismo en solución acuosa utilizando el método de Monte Carlo, para poder tener un mejor entendimiento de la interacción agua – hipoxantina y obtener información detallada acerca de la energética y la población relativa de los tautómeros N(1)-H/N(7)-H y N(1)-H/N(9)-H en solución, los cuales se ha encontrado, que son los tautómeros energéticamente más estables en fase gas.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Milton Thadeu Garcia Medeiros De Oliveira
Cálculo de energías de moléculas, optimización de geometrías de mínimos y puntos silla de primer orden.
Con distintos modelos químico cuánticos, cálculo de frecuencias de vibración, cálculo de desplazamientos químicos, todo lo anterior con ayuda de los programas Gaussian 03 y gamess.
Dependencia: Instituto de Química
Responsable: GABRIEL EDUARDO CUEVAS GONZALEZ BRAVO
XVI.- Determinación de la estructura tridimensional y conformación molecular de carbohidratos simples, oligosacáridos y metabolitos secundarios de origen vegetal.
Mediante resonancia magnética nuclear de alta resolución y cálculos teóricos de modelado molecular empleando la teoría de funcionales de la densidad a niveles B3LYP/6-31++G(d,p) y DGDZVP.
Dependencia: Facultad de Química
Responsable: Rogelio Pereda Miranda
XVII.- Estudio de diferentes procesos fotoquímicos que se presentan cuando las diferentes moléculas orgánicas, inorgánicas o biológicas son expuestas a la radiación electromagnética.
Entre otros procesos, nos encontramos estudiando la foto-reactividad de diversos contaminantes ambientales como son los compuestos poliaromáticos nitrados.
Para este proyecto estaremos utilizando el paquete Gaussian-03.
Dependencia: Instituto de Química
Responsable: Jorge Peón Peralta
- Cálculo de la estructura molecular en materiales a nano-escala, biomateriales,
- Reacciones atmosféricas/interestelares,
- Problemas de física fundamental en métodos ab initio,
- Desarrollo de métodos novedosos de correlación de electrones.
- Reacciones atmosféricas que involucran peróxidos.
- Materiales nanotubos e interacciones con moléculas.
- Trampas de aniones en complejos moleculares (incluyendo trampas de electrones solvatadas y la recientemente desarrollada trampa de superficie de aniones.
Para otros información sobre otros proyectos de investigación con supercómputo en las demas carreras en la UNAM ver: http://www.super.unam.mx
Extra: Sobre los programas utilizados.
GROMACS 3.3.1.
GROMACS es un programa de simulación de dinámica molecular que utiliza las ecuaciones Newtonianas del movimiento para sistemas de centenares a millones de partículas.
El programa GROMACS es software libre y se distribuye de forma gratuita bajo licencia GPL (GNU General Public License), se instala con sus archivos binarios en cualquiera de las siguientes plataformas: Linux, windows, irix, hp-ux.
Descripción:
GROMACS fue especialmente diseñado para realizar simulaciones de moléculas bioquímicas, como proteínas y lípidos, con un gran número de interacciones. Dada su gran rapidez, también se utiliza para realizar simulaciones de moléculas no biológicas como los polímeros.
GROMACS soporta los algoritmos comunes que cualquiera espera encontrar en una ejecución de dinámica molecular moderna. Pero además incorpora otras funcionalidades:
Todos los programas utilizan una interfaz sencilla con opciones de la línea de instrucciones para los ficheros de entrada y de salida. También tiene integrada una interfaz gráfica de usuario disponible para todos los programas.
Mientras se ejecuta la simulación, GROMACS informa continuamente hasta donde ha llegado, y qué día y a qué hora prevé que finalice.
Tanto los ficheros de entrada como las trayectorias pueden ser leídos por cualquier versión de GROMACS, incluso si fue compilado utilizando una precisión diferente de coma flotante.
GROMACS contiene una gran selección de herramientas flexibles para el análisis de trayectorias.
Incluye un visualizador básico de trayectorias. Además diversas herramientas externas de visualización pueden leer los formatos de los ficheros GROMACS.
El paquete incluye un constructor topológico de proteínas totalmente automatizado, incluso para estructuras multiméricas.
Si queréis obtener información más detallada sobre este programa visitad la sección de características en la página de GROMACS.
Utilización
Para utilizar GROMACS es necesario cargar las variables de entorno mediante el módulo correspondiente. Se puede encontrar mas información del entorno de módulos en las sección Environment Modules.
La mejor manera de iniciarse en el uso del programa es consultar las referencias en línea. Además, todos los programas disponen de las páginas man. Finalmente, la opción -h nos proporcionará las instrucciones de utilización para cada programa.
También es muy recomendable consultar el manual.
Para la ejecución de la dinámica molecular, en primer lugar ha de crearse el fichero input .tpr mediante el comando:
grompp -v
Es necesario que en el directorio de trabajo estén los ficheros de entrada de nuestro sistema a simular: .mdp,.top y .gro. Hay programas, como WhatIf, que permiten generar inputs de Gromacs.
A continuación puede ejecutarse la simulación con el comando:
mdrun -v
Para visualizar los resultados de la simulación puede utilizarse el programa VMD o otros com el Rasmol, gOpenMol, PyMol… Para más información de qué programas permiten analizar los resultados de Gromacs consultad su página web.
Ejemplos
En el directorio /usr/local/examples de todas las máquinas encontraréis dos ficheros de ejemplo (gromacs.lsf i gromacs_mpi.lsf) para enviar trabajos al batch de forma secuencial y paralela respectivamente.
Documentación
Podéis encontrar más información en la página de GROMACS.
http://www.gromacs.org/
http://www.cesca.es/es/sistemes/supercomputacio/programari/gromacs.html
Versión Actual: 4.0
Tamaño: 8 MB
Descarga Gratuita
Puede funcionar sin interfaz gráfica, aunque también se han desarrolladas varias GUI’s, para facilitar su uso, también son libres con licencia gpl, algunas se encuentran acá, aunque se puede descargar una desde acá, acá o también desde acá.
Zori (Un Programa de Monte Carlo Cuántico QMC).
Es un programa creado para utilizar el método Monte Carlo. El método de Montecarlo (Monte Carlo, MC) se aplica a sistemas moleculares para: predecir los valores promedio de las propiedades de estructuras en medios térmicos; estimar la distribución de cargas en moléculas; calcular constantes cinéticas de reacción, energías libres, constantes dieléctricas, coeficientes de compresibilidad, capacidades caloríficas y puntos de cambio de estado; etc.
El método de Montecarlo recibe este nombre porque consiste en introducir números aleatorios en el cálculo, lo cual permite simular efectos “térmicos”. En este sentido se distingue de la Dinámica Molecular (técnica determinística).
Método Clásico (Classical Monte Carlo, CMC): Aplicación de distribuciones de probabilidades (generalmente la distribución clásica de Maxwell y Boltzmann) para obtener propiedades termodinámicas, estructuras de energía mínima y constantes cinéticas;
Método Cuántico (Quantum Monte Carlo, QMC): Usa trayectorias aleatorias para calcular funciones de onda y energías de sistemas cuánticos y para calcular estructuras electrónicas usando como punto de partida la ecuación de Schroedinger.
http://www.luventicus.org/laboratorio/MonteCarlo/index.html
Su licencia es de código abierto (Open Source), la descarga es gratuita, clic acá para descargarlo.
La guía de uso es la siguiente: http://www.zori-code.com/wiki/index.php/Main_Page
Se puede usar sin interfaz gráfica o también la gui que trae el programa, llamada zopi.
GAMESS – General Atomic and Molecular Electronic Structure System.
Es un software de Química Computacional. Se trata de un paquete análogo a GAUSSIAN, que incorpora métodos ab-initio, aunque incorpora soluciones específicas para la descripción de orbitales, y otros métodos de optimización. Existen dos variantes: GAMESS-US y GAMESS-UK.
Página Web: http://www.msg.ameslab.gov/GAMESS/GAMESS.html
La descarga es gratuita para estudiantes y universidades: http://www.msg.ameslab.gov/GAMESS/License_Agreement.html
Gaussian 03
Gaussian 03 es la última aplicación de la seria de Gaussian para software de estructura electrónica. Es una aplicación utilizada por químicos, ingenieros químicos, bioquímicos, físicos y muchos otros para la investigación en áreas establecidas y emergentes en la química.
Empezando desde las leyes básicas de la mecánica cuántica, Gaussian predice energías, estructuras moleculares y frecuencias vibracionales en sistemas moleculares, incluyendo numerosas propiedades moleculares derivados de estos modelos computacionales. Puede ser utilizado para el estudio de moléculas y reacciones bajo un amplio rango de condiciones, incluyendo tanto especies como compuestos estable los cuales son casi imposibles de analizar experimentalmente, tales como intermedios de corta vida y estructuras de transición.
Investigando la Reactividad y el Espectro de Moléculas Grandes
Tradicionalmente, las proteínas y otras moléculas biológicas de mayor tamaño han estado fuera del alcance de métodos de estructura electrónica. A pesar de esto, Gaussian 03 tiene un método conocido como ONIOM que eliminará estas limitaciones. Esta aplicación apareció primero en Gaussian 98 y se han hecho mejoras significativas para su aplicación para moléculas de mayor tamaño.
Esta técnica computacional que puede modelar moléculas grandes, que consiste en definir dos o tres capas en la estructura que son tratados con diferentes niveles de precisión. Estudios de calibración han demostrado que las predicciones resultantes son esencialmente equivalentes a las que pueden ser obtenidas por un método de alta precisión.
La aplicación ONIOM en Gaussian 03 ofrece un desempeño sustancialmente mejor para optimizaciones geométricas a través de un algoritmo cuadrático y la utilización de micro iteraciones. Además, la opción del programa para incluir electrones embebidos en los cálculos de ONIOM permite que las propiedades esteáricas y electroestáticas de la molécula sean tomada en cuenta en el momento de modelar procesos de alta precisión. Estas técnicas contienen resultados de estructuras moleculares y propiedades que son bastante acertados de acuerdo al experimento.
Por ejemplo, los investigadores actualmente están estudiando los estados excitados de bacteriorodospina utilizando un modelo ONIOM(MO:MM), para poder entender la forma en que esta especie genera energía dentro de una célula. En el acercamiento de dos capas, el sitio activo es tratado con un método de estructura electrónico, mientras que el resto del sistema se modela con mecánica molecular. El ambiente de electroestática en proteínas con el calculo de QM del sitio activo, es esencial para tener predicciones precisas del espectro UV-Visible de la molécula.
El método ONIOM es también aplicable para molecular grandes en muchas otras áreas, como reacciones de enzimas, mecanismo de reacción para sistemas orgánicos, modelos de superficies y reacciones superficiales, procesos foto químicos de especies orgánicas, efectos y reactividad de compuestos orgánicos y organometalicos y catálisis homogénea.
Gaussian Software es una empresa que desarrolla software para análisis químico con un producto software estrella que en la actualidad es Gaussian 03. Esta empresa tiene sus oficinas base en Wallingford, USA. Es una empresa que se dedica que mejorar su software con una actualización de aplicaciones particularmente frecuente.
http://www.software-shop.com/in.php?mod=ver_producto&prdID=227
Requisitos del sistema: Linux, OS X, Solaris, HP-UX, Irix, etc.
http://www.gaussian.com/g03_plat.htm
Precio: 4500 $
http://www.gaussian.com/g_pricing/g03p_a.htm
Programa Casino (Monte Carlo Cuántico, QMC).
Fué escrito cerca de los años 90, en Cambridge por Richard Needs y Guna Rajagopal. Su versión actual es la 2.3, actualizada a octubre de 2008.
Su uso y descarga es gratuito, para obtener el código del programa el usuario debe firmar esta declaración de usuario y enviarla por email a Mike Towler.
http://www.vallico.net/casino.html
http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~mdt26/casino2.html
Otros Programas Relacionados:
AMBER
Acrónimo de Assisted Model Building and Energy Refinement o “Construcción Asistida de Modelos y Refinación de Energía”.
Está formado por dos partes:
Amber Tools: Un paquete de programas de simulación molecular que incluye código fuente y demos, con licencia gpl, la descarga es gratuita.
Descarga de Amber Tools
Amber 10: Un set de modelado de campos de fuerza para dinámica molecular de biomoléculas (en dominio público), con un precio es de 400 $ para universidades.
El código se mantiene gracias a la colaboración activa entre David Case, en el Scripss Research Institue, Tom Cheatham en la Universidad de Utah, Tom Darden en NIEHS, Ken Merz en Florida, Carlos Simmerling en la Stony Brook University, Ray Luo en UC Irvine, y Junmei Wang en Encysive Pharmaceuticals.
http://ambermd.org/
NAMD (Nanoscale Molecular Dynamics)
Es un código para dinámica molecular en paralelo diseñado para simulaciones de alto desempeño de sistemas biomoleculares. Está basado en Charm++ parallel objects.
NAMD es escalable a cientos de procesadores en plataformas de punta y decenas de procesadores en cómodos clusters usando ethernet gigabit.
NAMD usa el popular programa de presentación gráfica molecualr VMD para configuración de la simulación y análisis de trayectorias, pero también es compatible con AMBER, CHARMM y X-PLOR.
Su Versión Actual es la 2.6, NAMD es un programa gratuito, puede distribuirse gratuitamente y crear programas derivados, mas información en la licencia del programa. Está disponible para plataformas Linux, Mac OS X, Solaris-Sparc, Windows, etc.
Descarga: http://www.ks.uiuc.edu/Development/Download/download.cgi?PackageName=NAMD
Visual molecular dynamics (VMD)
Es un programa de computadora para el modelado y la visualización de moléculas. VMD es desarrollado principalmente como una herramienta para ver y analizar los resultados de simulaciones de dinámica molecular.
Las escenas moleculares pueden exportarse a herramientas externas de renderizado como POV-Ray, Renderman, Tachyon, VRML, y muchas otras.
Tanto el programa VMD como su código se pueden descargar en forma gratuita.
Descarga: http://www.ks.uiuc.edu/Development/Download/download.cgi?PackageName=VMD
Escrito por farmaceuticocatracho 
Escrito por farmaceuticocatracho 
Escrito por farmaceuticocatracho 
