Uniwersytet Warszawski - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Molecular modeling and computational structural biology 2

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 1100-MMCSB2
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Molecular modeling and computational structural biology 2
Jednostka: Wydział Fizyki
Grupy: Physics (Studies in English); 2nd cycle
Przedmioty kierunkowe na studiach drugiego stopnia na kierunku bioinformatyka
Punkty ECTS i inne: 6.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.
Język prowadzenia: angielski
Założenia (opisowo):

- Rozszerzenie umiejętności z zakresu modelowania molekularnego;

- Zapoznanie studentów z oprogramowaniami do modelowania molekularnego: VMD, MOE, NAMD;

- Przedstawienie studentom podstawowych praw mechaniki klasycznej i mechaniki kwantowej leżących u podstaw symulacji komputerowych.



Tryb prowadzenia:

w sali

Skrócony opis:

Przedmiot poświęcony jest przedstawieniu strategii badań układów biomolekularnych z wykorzystaniem metod fizyki teoretycznej, jak i różnorodnych technik symulacji komputerowych. W szczególności poruszone zostaną zagadnienia związanie z komputerowo wspomaganym projektowaniem leków. Omówione zostaną podstawowe, jak i zaawansowane metody takie jak dokowanie molekularne, dynamika molekularna, kwantowo-klasyczna dynamika molekularna, metody wyznaczania energii swobodnej wiązania i nierównowagowa dynamiką molekularna. W trakcie laboratorium studenci wykonają trzy projekty, obejmujące najczęstsze problemy poruszane w badaniach z zakresu biofizyki obliczeniowej:

Pełny opis:

Blok I: Analiza stabilności kompleksu białko-ligand:

Studenci wykorzystają programy VMD i NAMD do wizualizacji trajektorii białka i przeprowadzą podstawowe analizy symulacji komputerowych, takie jak:

- badanie zmian parametrów termodynamicznych i energetycznych;

- wygenerowanie parametrów opisujących zmiany układu początkowego (RMSD, RMSF);

- określenie zmian parametrów geometrycznych (analiza długości wiązań, kątów, kątów torsyjnych);

- zlokalizowanie globalnych zmian strukturalnych w symulowanym układzie.

Blok II: Modelowanie układu białko-ligand oraz analiza powinowactwa ligandów:

Studenci zostaną zapoznani z procedurą przeprowadzenia i analizy dokowania molekularnego oraz dynamiki molekularnej w oprogramowaniu MOE. Uczestnicy zostaną poproszeni o wygenerowanie różnorodnych konformacji liganda w miejscu aktywnym, wybór najlepszej konformacji inhibitora oraz sprawdzenie jego stabilności w receptorze. Głównym założeniem ćwiczenia jest zaprezentowanie studentom możliwości komputerowego projektowania leków z wykorzystaniem parametrów fizycznych i statystycznych, takich jak analiza klastrów strukturalnych, charakterystyka sposobu wiązania inhibitora w miejscu aktywnym, ocena stabilności kompleksu białko-ligand oraz oszacowanie powinowactwa liganda do receptora.

Blok III: Badanie mechanizmów reakcji chemicznych w miejscu aktywnym:

Studenci przy użyciu kwantowo-klasycznych dynamik molekularnych zaprojektują antybiotyki nowej generacji, które wykorzystują mechanizm tworzenia wiązania chemicznego do inaktywacji enzymów. Podstawowym celem ćwiczenia jest zaprezentowanie uczestnikom różnorodnych efektów kwantowych obserwowanych podczas reakcji chemicznych, takich jak tworzenie i rozpad wiązań kowalencyjnych, zmiana stanu protonacyjnego czy zmiana hybrydyzacji atomu.

Blok IV: Perturbacyjne metody dynamiki molekularnej

- Wprowadzenie do metod perturbacyjnych dynamiki molekularnej.

- Przygotowanie układu do symulacji.

- Przeprowadzenie symulacji wybraną metodą.

- Analiza fluktuacji w strukturze powstałych w wyniku wprowadzenia zaburzeń i porównanie z danymi eksperymentalnymi.

BlokIV: Obliczeniowe wyznaczanie energii swobodnej wiązania ligandu do receptora

- Wprowadzenie do metod obliczeniowych wyznaczania energii swobodnej wiązania.

- Przeprowadzenie obliczeń jedną z metod dla kilku układów.

- Analiza wyników w kontekście danych eksperymentalnych.

Literatura:

1. Andrew Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications

2. Daan Frenkel, Berend Smit, Understanding molecular simulation

3. Mike Williamson, How proteins work

4. Aktualne odnośniki literaturowe podawane na wykładach.

Efekty uczenia się:

Rozwinięcie umiejętności modelowania komputerowego układów biomolekularnych z wykorzystaniem metod mechaniki i dynamiki molekularnej oraz mechaniki kwantowej. Wykład i ćwiczenia przygotują słuchaczy do samodzielnego modelowania układów biomolekularnych wybranymi metodami.

W szczególności:

- Studenci zapoznają się z pracą w powłoce BASH, jak i oprogramowaniami do modelowania molekularnego;

- Studenci potrafią samodzielnie przygotować kompleksy biomolekularne z wykorzystaniem metod modelowania molekularnego;

- Studenci potrafią przeprowadzić symulacje dynamiki molekularnej, jak i obliczenia kwantowo-mechaniczne do symulacji reakcji chemicznych i enzymatycznych;

- Studenci potrafią zinterpretować otrzymane wyniki w procesie komputerowego projektowania leków;

- Studenci zapoznają się z dobrą praktyką raportowania i publikowania wyników.

Metody i kryteria oceniania:

Zaliczenie na ocenę. Do zaliczenia wymagana jest obecność na ćwiczeniach oraz aktywne wykonywanie ćwiczeń. Ocena na podstawie średniej z raportów cząstkowych z kolejnych ćwiczeń.

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2023/24" (w trakcie)

Okres: 2024-02-19 - 2024-06-16
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 15 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Krystiana Krzyśko
Prowadzący grup: Piotr Chyży, Joanna Panecka-Hofman
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Warszawski.
ul. Banacha 2
02-097 Warszawa
tel: +48 22 55 44 214 https://www.mimuw.edu.pl/
kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.2.0-80474ed05 (2024-03-12)