Protein Folding Prediction

Project Description

This project implements an algorithm for predicting the tertiary structure of proteins using the simulated annealing method. The solution was developed in C, with subsequent optimizations in Assembly and OpenMP to improve performance.

The prediction of the three-dimensional structure of a protein is based on the optimization of the dihedral angles φ and ψ that define the folding of the amino acid chain, minimizing the overall energy of the system.

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Main Features

• Calculation of the total energy of a protein structure through various contributions (Ramachandran, hydrophobic, electrostatic, packing).
• Optimization of the configuration using the simulated annealing algorithm.
• Modularity for subsequent optimizations in Assembly and OpenMP.

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System Requirements

Required Software:

• GCC (C compiler)
• NASM (assembler for Assembly language)
• System Libraries:
  • libc6-dev-i386
  • lib32gcc-<version>-dev

Installation (on Ubuntu):

sudo apt install gcc nasm libc6-dev-i386 lib32gcc-10-dev

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Compilation Instructions

To compile and execute:

nasm -f elf32 pst32.nasm && gcc -m32 -msse -O0 -no-pie sseutils32.o pst32.o pst32c.c -o pst32c -lm
./pst32c -seq <sequence_file> -to <initial_temperature> -alpha <cooling_rate> -k <constant> -sd <seed>

Or simply run run.sh script.

Example Execution:

./pst32c -seq input.ds2 -to 20 -alpha 1 -k 1 -sd 3 [-s] [-d]

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Repository Structure

• pst32c.c: C source code.
• pst32.nasm: Assembly source code for optimizations.
• README.md: Project documentation.
• seq_256.ds2: Example file containing an amino acid sequence.
• output/: Folder for execution results (predicted φ and ψ).

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Predizione della Struttura Terziaria delle Proteine

Descrizione del Progetto

Questo progetto implementa un algoritmo per la predizione della struttura terziaria delle proteine utilizzando il metodo del simulated annealing. La soluzione è stata sviluppata in linguaggio C, con ottimizzazioni successive in Assembly e OpenMP per migliorare le prestazioni.

La predizione della struttura tridimensionale di una proteina si basa sull'ottimizzazione degli angoli diedri φ e ψ che definiscono il ripiegamento della catena aminoacidica, minimizzando l'energia complessiva del sistema.

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Funzionalità Principali

• Calcolo dell'energia complessiva di una struttura proteica tramite diversi contributi (Ramachandran, idrofobico, elettrostatico, impaccamento).
• Ottimizzazione della configurazione tramite l'algoritmo di simulated annealing.
• Modularità per successive ottimizzazioni in linguaggio Assembly e OpenMP.

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Requisiti di Sistema

Software richiesto:

• GCC (compilatore C)
• NASM (assembler per linguaggio Assembly)
• Librerie di sistema:
  • libc6-dev-i386
  • lib32gcc-<versione>-dev

Installazione (su Ubuntu):

sudo apt install gcc nasm libc6-dev-i386 lib32gcc-10-dev

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Istruzioni di Compilazione

Per compilare ed eseguire:

nasm -f elf32 pst32.nasm && gcc -m32 -msse -O0 -no-pie sseutils32.o pst32.o pst32c.c -o pst32c -lm
./pst32c -seq <file_sequenza> -to <temperatura_iniziale> -alpha <tasso_raffreddamento> -k <costante> -sd <seed>

O semplicemente può essere eseguito lo script run.sh

Esempio di esecuzione:

./pst32c -seq input.ds2 -to 20 -alpha 1 -k 1 -sd 3 [-s] [-d]

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Struttura della Repository

• pst32c.c: Codice sorgente in linguaggio C.
• pst32.nasm: Codice sorgente in linguaggio Assembly per ottimizzazioni.
• README.md: Documentazione del progetto.
• seq_256.ds2: File di esempio contenente una sequenza aminoacidica.
• output/: Cartella per i risultati dell'esecuzione (φ e ψ predetti).