Modeliranje biološki važnih molekula i njihovih kompleksa (2204)

Dr. sc. Antonija Tomić, znanstvena suradnica

Instituta Ruđer Bošković

Razumjeti metode i tehnike koje se koriste u modeliranju molekula i njihovih kompleksa te spoznati
mogućnosti molekulskog modeliranja za rješavanje konkretnih problema u bioznanostima kao i u planiranju i izvođenju eksperimenata.

Razvojem računala i računalnih programa, te padom njihove cijene, molekulsko modeliranje našlo je svoju široku primjenu u gotovo svim bioznanostima. Ta relativno nova znanstvena disciplina naglo se razvila u posljednjem desetljeću i postala popularna među biofizičarima, biokemičarima, biolozima i medicinarima.
Tijekom kolegija studenti će se upoznati s osnovnim pretpostavkama i metodama molekulskog modeliranja. Počevši s upoznavanjem baza podataka koje koristimo u modeliranju biomakromolekula, preko uvida u tehnike modeliranja i polja sila koja se koriste u modeliranju biomakromolekula i njihovih kompleksa, polaznici će naučiti kako dizajnirati virtualni (in silico) eksperiment koji će im služiti kao predožak stvarnom. Teme predavanja prilagoditi će se znanju i potrebama studenata, a svakako će obuhvatiti: dizajn mutanata proteina, gradnju kompleksa proteina i nukleinskih kiselina s malim molekulama, te samih makro.molekula, pronalaženje aktivnog mjesta i smještanje supstrata u to mjesto, parametrizaciju i optimizaciju struktura (sustava), moguće promjene oblika (receptora, liganda, kompleksa) koje nastaju tijekom vezanja i kako ih modelirati.
Polaznici će se upoznati s osnovnim obilježjima kvantnomehaničkih i empirijskih metoda i njihovim značajem u modeliranju bioloških molekula i procesa. Naučiti će kako korištenjem hibridnih qvantno mehaničkih i iempiriskih metoda (QM/MM i QM/MD) modelirati enzimatske reakcije na realnim sustavima (bez korištenja aproksimativnih, malih modela). Kroz pregled praktičnih pristupa problemima obraditi će se metode molekulske mehanike i dinamike, Monte Carlo, te analiza normalnih modova. Objasniti će se značaj otapala i periodičnosti kod bioloških molekula, te procjena rotacijske/konformacijske entropije. Na konkretnim primjerima studenti će se upoznati s tehnikama koje se koriste u iznalaženje kvantitativnog odnosa o strukturi ovisnih veličina s biološkom aktivnošću.

Posebna pozornost posvetiti će se interpretaciji modela, tj kako iz dobivenih rezultata modeliranja povući relevantne zaključke i na temelju njih postaviti (odnosno objasniti) stvarni eksperiment.

1. Primijeniti metode molekulskog modeliranja i kratice koje se učestalo koriste u znanstvenim radovima, a vezane su za molekulsko modeliranje (MD, QM, QM/MM, QSAR, PCA, NM, SAS...)
2. Objasniti pojam polja sila koja se najčešće koriste u modeliranju bioloških makromolekula kao i osnovne karakteristike tih polja sila.
3. Procijeniti važnosti otapala u molekulskom modeliranju.
4. Usporediti različite hibridne kvantno-mehaničke i molekulsko mehaničke metode.
5. Objasniti osnove termodinamike i statističke fizike.

Redovito pohađanje nastave uz mogući opravdani izostanak do 5 sati nastave i 3 sata vježbi

Provoditi ćemo provjeru sposobnosti korištenja postojećih programa za molekulsko modeliranje.

Essentials of Computational Chemistry, C.J. Cramer, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England, 2004

Computational structural biology : T. Schwede, Torsten, World Scientific, 2008
Molecular modelling of Proteins, A. Kukol, Humana Press, 2008.

Upitnici prije i nakon održane nastave, razgovor sa studentima i kolegama o mogućim novim temama i o opširnosti pristupa različitim nastavnim jedinicama.
Uspješnost kolegija će evaluirati svake godine zajedničko stručno povjerenstvo Instituta Ruđer Bošković, Sveučilišta u Dubrovniku i Sveučilišta u Osijeku