The course is directed namely for PhD students specialized on structure analysis of biological materials. It equally fits needs
of students in the 4th and 5th year of study. It elucidates the scopes of the protein crystallography allowing analysis of
structure and function of biological macromolecules in atomic resolution. Applications of the methodics to drug design form a
part of the course. Specialists from different institutes take part in the teaching.
Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (03.02.2022)
Kurz je určen zejména pro studenty doktorandského studia specializované na strukturní analýzu biologických materiálů, ale
je vhodny též pro pokročilé studenty 4 a 5 ročníku. Objasňuje možnosti metodiky proteinové krystalografie umožňující
analýzu struktury a funkce biologických makromolekul v atomárním rozlišení. Součástí kurzu jsou též příklady aplikací této
metodiky při návrhu léčiv. Na výuce se podílí několik specialistů z různých institucí.
Syllabus -
Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (02.02.2022)
1. Principles of the protein structure determination - diffraction experiment.
2. Methods of crystallization of biological macromolecules, cryo-crystallography.
Review of crystallization techniques used for biological macromolecules.
3. Diffractometr, data collection and reduction.
Protein diffractometer, sources of X-ray radiation, diffraction experiment. Determination of structure parameters, symmetry, calculation of structure factors, etc.
4. Phase problem of X-ray structure determination. Molecular replacement. Experimental phasing: Methods of anomalous scattering and isomorphous replacement.
5. Maps of electron density, model building, hydration of macromolecules, ligand building.
6. Refinement of structure parameters (parametrization, contraints and restraints, examples).
Refinement methods, accuracy and reliability of the structure model. Restraints used in structure refinement. Reasons and limits of the use of molecular modelling in structure refinement.
8. Description, deposition and presentation of macromolecular systems.
9. Database of organic and organometalic structures, database of biological macromolecules (PDB and NDB), the respective software.
Structure databases and examples of their use in elucidation of relations between molecular structure and function.
10. Results of X-ray structure analysis (proteins and ligand parametrization, solvation shell, structure databases, error analysis and statistical analysis).
Examples of analyses elucidating some relations between structure and function of macromolecular systems. X-ray diffraction used in design of anti-AIDS drugs inhibiting the HIV protease mutants, experimental a theoretical study of intermolecular interactions, solvation of macromolecules and study of fast biochemical reactions.
11. Practical excersises.
Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (03.02.2022)
1. Principy měření proteinových struktur - difrakční experiment.
2. Metody krystalizace biologických makromolekul, kryokrystalografie.
Přehled krystalizačních technik vhodných pro biologické makromolekuly.
3. Difraktometry a zpracování měřených dat.
Proteinový difraktometr, zdroje záření, různá uspořádání difrakčního experimentu. Stanovení strukturních parametrů, symetrie, výpočet strukturních faktorů, etc.
4. Řešení fázového problému strukturní analýzy. Metody molekulárního nahrazení. Experimentální fázování (metody anomálního rozptylu a isomorfního nahrazení).
5. Stavění modelu do map elektronové hustoty, hydratace, lokalizace ligandů.
6. Metody rafinace strukturních parametrů (parametrizace, typy omezujících podmínek, příklady).
Způsoby upřesnění, přesnost a spolehlivost strukturního modelu. Omezující podmínky pro zpřesňování struktury. Důvody a limity využití molekulárního modelování.
8. Metody popisu a zobrazování makromolekulárních soustav.
9. Databáze organických a organometalických struktur, databáze biologických makromolekul (PDB a NDB),softwarové vybavení.
Strukturní databáze a příklady jejich použití pro objasnění vztahu mezi molekulární strukturou a funkcí.
10. Využití výsledků rentgenové strukturní analýzy (parametrizace proteinu, parametrizace ligandů, solvatační obálka, strukturní databáze, hodnocení chyb, statistické zpracování).
Příklady ukazující vztah struktury a funkce makromolekulárních soustav. Rtg difrakce pri návrhu léčiv inhibujících mutantní HIV proteázu, experimentální a teoretické studium mezimolekulárních interakcí, solvatace makromolekul, studium rychlých biochemických reakcí.
