Počítačové modelování biomolekul - NBCM316

• Anglický název: Computer Modelling of Biomolecules
• Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: oba
• E-Kredity: 4
• Rozsah, examinace: 1/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: povolen pro zápis po webu; předmět lze zapsat v ZS i LS
• Garant: RNDr. Ivan Barvík, Ph.D.; RNDr. Vladimír Kopecký, Ph.D.
• Vyučující: RNDr. Ivan Barvík, Ph.D.

Anotace

čeština

Racionální návrh struktury léků, vyhledávání a vizualizace struktur biomolekul, hledání struktur s podobnou sekvencí v databázích nukleových kyselin a proteinů, alignment sekvencí zkoumané a známé struktury, homologní modelování 3D struktur proteinů, docking - nalezení energeticky výhodných způsobů navázání malé molekuly - ligandu do aktivního místa makromolekuly, receptoru, jehož 3D struktura je známá, efektivní algoritmy pro docking, molekulárně-dynamické simulace, parametrizace silových polí a popis topologie neobvyklých molekulárních systémů, procvičení práce s řadou softwarových balíků.

Poslední úprava: T_FUUK (23.05.2006)

angličtina

Drug design, searching and visualization of biomolecular structures, sequence similarity searching against nucleic acids and protein databases, alignment of a sequence to be modeled with known structures, homology modeling, docking - the identification of the low-energy binding modes of a small molecule within the active site of a macromolecule, efficient algorithms to search the potential binding modes, molecular dynamics simulations for systems with hundreds to millions of particles, force field parametrization and topology, file creation for unusual molecular system, practical excercises.

Poslední úprava: T_FUUK (23.05.2006)

Cíl předmětu

čeština

Seznámit studenty se základy počítačového modelování biomolekul tak, aby byli schopni provádět samostatně molekulárně-dynamické simulace velkých molekulárních systémů (viz. anotace a sylabus).

Metody pro racionální návrh struktury léků prostřednictvím počítačového modelování: vyhledávání biomolekul ve strukturních databázích, sekvenční a strukturní alignment; homologní modelování 3D struktur proteinů; docking - hledání energeticky výhodných způsobů navázání malé molekuly (ligandu) do vazebného místa makromolekuly (receptoru); in silico optimalizace inhibitoru; molekulárně-dynamické simulace; parametrizace silových polí pro molekulárně dynamické simulace biomolekul prostřednictvím kvantově-mechanických výpočtů; procvičení práce s řadou softwarových balíků.

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (28.05.2014)

angličtina

Basics of computer modeling of biomolecules will be given. Students will learn how to perform molecular dynamics simulations of large biomolecular systems (see annotation and syllabus).

Poslední úprava: IBARVIK/MFF.CUNI.CZ (16.05.2008)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Podmínkou udělení zápočtu je aktivní účast alespoň na 70 % hodin.

V případě nesplnění je nutno vypracovat úlohy z látky, kde došlo k absencím.

Podmínkou udělení zkoušky je vypracování zadaného projektu.

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (30.10.2019)

angličtina

The credit is awarded on condition of at least 70% attendance.

In case of non-fulfillment, it is necessary to elaborate and present tasks from topics where absences occurred.

The condition for passing the exam is the elaboration of assigned project.

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (30.10.2019)

Literatura

čeština

A. R. Leach: Molecular Modelling: Principles and Applications - Pearson Education Limited: Harlow, 2001, ISBN 0582382106

D. Frenkel, B. Smit: Understanding Molecular Simulations: From Algorithms to Applications - Academic Press: San Diego, 2001, ISBN 0122673514

Ch. Chipot, A. Pohorille: Free Energy Calculations: Theory and Applications in Chemistry and Biology - Springer-Verlag: Berlin Heidelberg, 2007, ISBN: 9783540384472

F. Jensen: Introduction to Computational Chemistry - John Wiley & Sons Ltd.: West Sussex, 2007, ISBN: 0470058048

Poslední úprava: Procházka Marek, prof. RNDr., Ph.D. (30.04.2019)

Metody výuky

čeština

Přednášky a praktická cvičení v počítačové laboratoři.

A. R. Leach: Molecular Modelling: Principles and Applications - Pearson Education Limited: Harlow, 2001, ISBN 0582382106

D. Frenkel, B. Smit: Understanding Molecular Simulations: From Algorithms to Applications - Academic Press: San Diego, 2001, ISBN 0122673514

Ch. Chipot, A. Pohorille: Free Energy Calculations: Theory and Applications in Chemistry and Biology - Springer-Verlag: Berlin Heidelberg, 2007, ISBN: 9783540384472

F. Jensen: Introduction to Computational Chemistry - John Wiley & Sons Ltd.: West Sussex, 2007, ISBN: 0470058048

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (28.05.2014)

angličtina

Lectures and practical excercises in computer lab.

Poslední úprava: IBARVIK/MFF.CUNI.CZ (16.05.2008)

Sylabus

čeština

OSNOVA:

01) Strukturní databáze: proteiny (PDB), nukleové kyseliny (NDB), sekvenční alignment (Blast)

02) Vizualizace biomolekul: VMD / Chimera / ICM Molsoft

03) Homologní modelování: Modeller

04) Docking: AutoDock

05) In silico optimalizace inhibitoru: AutoGrow

06) Molekulární dynamika: AMBER / CHARMM / GROMACS / NAMD / Desmond / ACEMD / Yasara

07) Molekulární dynamika: nukleové kyseliny, proteiny, membrány, membránové proteiny

08) Molekulární dynamika: analýza trajektorií - ptraj, Curves+

09) Molekulární dynamika: výpočet volné energie (ABF, alchymistické výpočty, MM-PBSA atd.)

10) Ab initio výpočty: Gaussian

11) Ab initio výpočty: GaussView / Chemcraft / Molden

12) Ab initio výpočty: parametrizace silových polí pro molekulárně-dynamické výpočty

http://www.pdb.org/pdb/home/home.do - http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ - http://www.cgl.ucsf.edu/chimera/, http://www.molsoft.com/ - http://salilab.org/modeller/ - http://autodock.scripps.edu/ - http://autogrow.ucsd.edu/ - http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/ - http://ambermd.org/ - http://www.gromacs.org/ - http://www.acellera.com/products/acemd/ - http://www.yasara.org/ - http://gbio-pbil.ibcp.fr/Curves_plus/Curves+.html - http://www.gaussian.com/ - http://www.gaussian.com/g_prod/gv5.htm - http://www.chemcraftprog.com/ http://www.cmbi.ru.nl/molden/ - http://metavo.metacentrum.cz/

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (02.07.2014)

angličtina

1) Databases: PDB (proteins), NDB (nucleic acids)

2) Homology modeling: Modeller, Consensus, Fasta

3) Docking: AutoDock, Dock

4) Molecular dynamics: NAMD (mindy)

5) Molecular dynamics: AMBER (sander, pmemd, nmode, leap, antechamber, ptraj)

6) Molecular dynamics: GROMACS, Yasara

7) Analysis: PTRAJ, Carnal, 3DNA, MDTool

8) Visualization: Chimera, VMD + Raster3d

9) Ab initio calculations: Gaussian

10) Ab initio calculations: Gamess, NBO5, WebMO

11) Visualization: Molden, ChemCraft, MolScript, gOpenMol, Molekel

12) Force field parametrization: RESP, Glycam

13) Available hardware: ČR MetaCentrum CoupledClusters LUNA Svět Juelich Barcelona

14) Grid solution for biomolecules.

Poslední úprava: T_FUUK (23.05.2006)