Estructura i Funció de Proteïnes i Disseny de Fàrmacs
Codi: 42398 Crèdits: 12| Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
|---|---|---|---|
| 4313473 Bioinformàtica / Bioinformatics | OT | 0 | 1 |
Professor/a de contacte
- Nom:
- Xavier Daura Ribera
- Correu electrònic:
- xavier.daura@uab.cat
Utilització d'idiomes a l'assignatura
- Llengua vehicular majoritària:
- anglès (eng)
Equip docent
- Ester Boix Borras
- Leonardo Pardo Carrasco
- Josep Vendrell Roca
- Jean-Didier Pierre Marechal
- Angel Gonzalez Wong
- Marc Gómez Autet
- Nil Casajuana Martín
- Laura Masgrau Fontanet
- Alex Peralvarez Marin
- Oscar Conchillo Solé
- José Emilio Sanchez Aparicio
- Xavier Daura Ribera
Prerequisits
Per a poder fer aquest mòdul és obligatori haver aprovat els mòduls I i II (Programming in Bioinformatics and Core Bioinformatics). També es necessitaran nocions bàsiques de química i/o bioquímica.
Es recomana tenir el nivell B2 d'anglès o equivalent.
Objectius
Les proteïnes representen un camp molt ampli d'investigació, des del seu estudi com a dianes terapèutiques en el disseny de fàrmacs i altres teràpies, fins al disseny de nous enzims com a biocatalitzadors més eficients per a ser utilitzats en nous processos industrials d'interès i/o en processos més respectuosos amb el medi ambient.
La modelització molecular és una eina molt útil en tots aquests camps i ha esdevingut una part essencial de la recerca que s’hi fa, tant en el món acadèmic com a les empreses.
En aquest mòdul, es proporcionaran els coneixements fonamentals i pràctics per tal que els/les estudiants es puguin desenvolupar com a científics en aquestes àrees.
L’objectiu d’aquest mòdul és doncs, proporcionar-los coneixements tòrics i pràctics sobre:
- els fonaments físics i els conceptes que sostenen les diferents tècniques de modelització molecular
- els mètodes, tant bàsics com els més punters, utilitzats en el camp
- visió dels seus principals camps d'aplicació, amb especial èmfasis en el disseny de fàrmacs
Competències
- Analitzar i interpretar bioinformàticament les dades que es deriven de les tecnologies òmiques.
- Comprendre les bases moleculars i les tècniques experimentals estàndard més comunes en les recerques òmiques (genòmica, transcriptòmica, proteòmica, metabolòmica, interactòmica, etc.).
- Comunicar en llengua anglesa de manera clara i efectiva els resultats de les pròpies investigacions.
- Dissenyar i aplicar la metodologia científica en la resolució de problemes.
- Identificar les necessitats bioinformàtiques dels centres de recerca i les empreses del sector de la biotecnologia i la biomedicina.
- Proposar solucions bioinformàtiques a problemes derivats de les recerques òmiques.
- Proposar solucions innovadores i emprenedores en el seu camp d'estudi.
- Tenir coneixements que aportin la base o l'oportunitat de ser originals en el desenvolupament o l'aplicació d'idees, sovint en un context de recerca.
- Utilitzar i gestionar informació bibliogràfica i recursos informàtics en l'àmbit d'estudi.
- Utilitzar sistemes operatius, programes i eines d'ús comú en bioinformàtica, i fer servir plataformes de còmput d'altes prestacions, llenguatges de programació i anàlisis bioinformàtiques.
Resultats d'aprenentatge
- Comprendre les tècniques biomoleculars i farmacològiques d'assajos funcionals de proteïnes.
- Comprendre les tècniques de cristal·lografia de raigs X i RMN per obtenir l'estructura de proteïnes.
- Comunicar en llengua anglesa de manera clara i efectiva els resultats de les pròpies investigacions.
- Crear models de farmacòfors a partir de les estructures d'un conjunt de lligands.
- Descriure el funcionament, les característiques i les limitacions de les tècniques d'anàlisi i visualització d'estructures de proteïnes.
- Descriure i aplicar les tècniques de modelització per homologia de l'estructura tridimensional de la proteïna.
- Descriure i caracteritzar les tècniques computacionals de dinàmica molecular per estudiar l'estructura i la funció de proteïnes.
- Descriure i caracteritzar les tècniques de predicció de l'estructura secundària a partir de la seqüència d’aminoàcids.
- Desenvolupar recerques (cribratge virtual,virtual screening) en llibreries d'estructures químiques.
- Dissenyar i aplicar la metodologia científica en la resolució de problemes.
- Establir les relacions corresponents entre seqüència d’aminoàcids, estructura tridimensional i funció proteica, utilitzant les fonts de dades biològiques i els fonaments de l'anàlisi bioinformàtica.
- Identificar i aplicar les tècniques per al disseny molecular assistit per ordinador (CAD, computer assisted drug design))
- Proposar solucions innovadores i emprenedores en el seu camp d'estudi.
- Recognise and apply different prediction methods of the functions and three-dimensional structure of proteins.
- Reconèixer la importància estratègica del modelatge de proteïnes en l'àmbit de la salut humana, especialment en les seves aplicacions a la medicina personalitzada i la farmacogenòmica.
- Simular la unió del lligand al receptor mitjançant tècniques dedockingi dinàmica molecular
- Tenir coneixements que aportin la base o l'oportunitat de ser originals en el desenvolupament o l'aplicació d'idees, sovint en un context de recerca.
- Utilitzar els programes de càlcul d'estructura.
- Utilitzar els programes de càlcul de les relacions estructura-activitat.
- Utilitzar els programes de visualització d'estructura.
- Utilitzar i gestionar informació bibliogràfica i recursos informàtics en l'àmbit d'estudi.
Continguts
MÒDUL 4: Estructura i funció de proteïnes i el disseny de fàrmacs
Part I MODELITZACIÓ MOLECULAR. CONCEPTES BÀSICS.
Conceptes bàsics
Indroducció
Càlcul de l’energia (PES, QM, camps de força, QM/MM)
Exploració conformacional (diferent de MD: MC, GA, NMA)
Part II DETERMINACIÓ ESTRUCTURAL I MODELS
Mètodes per a la caracterització d’estructures de proteïnes
Cristal·lografia de raigs X
RMN
Microscòpia crioelectrònica
Modelització per homologia
Part III DINÀMICA MOLECULAR (MD)
Dinàmica molecular (MD), una eina bàsica
Conceptes bàsics
MD en aigua
MD en l'entorn de la membrana
Mètodes Coarse grained
Scripting i anàlisis
Mètodes de mostreig millorat (umbrella sampling, metadinàmica ...)
Energia lliure: TI, FEP, MM/PBSA
Part IV DISSENY DE FÀRMACS
Conceptes bàsics sobre farmacologia
Dianes terapèutiques principals i fàrmacs comercialitzats: quinases, receptors nuclears, receptors acoblats a proteïnes G, proteïnes transportadores de membrana
Descriptors moleculars
ADME-Tox
Models de farmacòfors basats en el lligand o en l’estructura
Tècniques de docking (acoblament)
Docking proteïna - lligand
Docking proteïna - proteïna
Cribratge virtual
Aplicacions de la MD al disseny de fàrmacs.
Metodologia
La metodologia combina classes teòriques on s'expliquen els conceptes i les bases, resolució de problemes a la classe, pràctiques a l'aula d’ordinadors, seminaris, l’estudi individual per part de l'alumnat i l'entrega de treballs. S'utilitzarà la plataforma virtual de la UAB.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Activitats formatives
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Tipus: Dirigides | |||
| Classes de teoria | 23 | 0,92 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 21 |
| Resolució de problemes a classe i pràctiques a l'aula d'informàtica | 45 | 1,8 | 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
| Seminaris | 4 | 0,16 | 3 |
| Tipus: Autònomes | |||
| Treball i estudi individual | 224 | 8,96 | 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
Avaluació
El sistema d'avaluació està organitzat en dos tipus d' activitats principals. Hi haurà, a més, un examen de recuperació. Els detalls de les activitats són:
Activitats d'avaluació principals
- Portafoli de l'estudiant (60%): treballs fet i presentats per l'alumnat al llarg del curs. Cap de les activitats d’avaluació individuals representarà més del 50% de la nota final.
- Prova teòrica i pràctica individual (40%): hi haurà un examen al final d'aquest mòdul.
Examen de recuperació
Per poder participar en el procés de recuperació, l'alumne haurà d’haver participat prèviament en com a mínim l'equivalent a dos terços de la nota final del mòdul en activitats d'avaluació. El professorat informarà dels procediments i terminis per al procés de recuperació.
No avaluable
L'alumne serà qualificat com a "No avaluable" quan el pes de l'avaluació en què ha participat sigui inferior a l’equivalent al 67% de la nota final del mòdul.
Activitats d'avaluació
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Tests individuals de teoria i pràctica | 40% | 4 | 0,16 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
| Treballs fets i presentats per part de l'alumnat (portafoli de l'estudiant) | 60% | 0 | 0 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
Bibliografia
Molecular Modeling principles and applications, A. Leach, Ed. Pearson (i.e. second edition ISBN-13: 978-0582382107) (document físic disponible al servei de biblioteques)
Essential of Computational Chemistry, C. J. Cramer, (i.e. second Edition, ISBN-13: 978-0470091821) (document electrònic i físic disponibles al servei de biblioteques)
Introduction to Computational Chemistry. Frank Jensen. JohnWiley § Sons Ltd. (ISBN: 0470011874, 2007) (document electrònic disponible al servei de biblioteques)
Python, how to think like a computer scientist http://www.greenteapress.com/thinkpython/ (document electrònic disponible al servei de biblioteques)
Computational and Visualization techniques for structural bioinformatics using chimera, Forbes J. Burkowski, CRC press (document electrònic disponible al servei de biblioteques)
Programari
En Linux:
|
UCSF Chimera |
|
UCSF ChimeraX |
|
PyMol |
|
Gaussian |
|
Gaussview |
|
VMD |
|
AMBER |
|
Ambertools |
|
Modeller |
|
Gromacs |
|
LigandScout |
|
Datawarrior |
|
Conda |
|
grace |
|
Jupyter Notebook |
|
Matplotlib |
|
Python |
|
Rasmol |
|
ssh |
|
xxdiff |