PředmětyPředměty(verze: 945)
Předmět, akademický rok 2023/2024
   Přihlásit přes CAS
Strukturní bioinformatika - MB151P116
Anglický název: Structural bioinformatics
Český název: Strukturní bioinformatika
Zajišťuje: Katedra buněčné biologie (31-151)
Fakulta: Přírodovědecká fakulta
Platnost: od 2019
Semestr: zimní
E-Kredity: 5
Způsob provedení zkoušky: zimní s.:kombinovaná
Rozsah, examinace: zimní s.:3/2, Zk [HT]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
4EU+: ne
Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Poznámka: povolen pro zápis po webu
Garant: prof. Ing. Bohdan Schneider, CSc.
Mgr. Marian Novotný, Ph.D.
Vyučující: Ing. Jiří Černý, Ph.D.
Mgr. Marian Novotný, Ph.D.
prof. Ing. Bohdan Schneider, CSc.
Neslučitelnost : MC260P86
Anotace
Poslední úprava: Mgr. Marian Novotný, Ph.D. (05.09.2023)
Předmět vás naučí základům strukturní bioinformatiky, která studuje principy výstavby biomolekul jako
prostorových útvarů. Dosahuje toho tvorbou nástrojů k jejich studiu, archivaci, popisu i předpovědím.
Předmět reflektuje nejnovější vývoj v oblasti hlubokého strojového učení a je rozšířen i o oblast protein
design, která se v poslední době aktivně rozvíjí. Pro úspěšné splnění předmětu jsou vhodné znalosti
základů operací v Unix shell.

Moodle stránka předmětu:
https://dl2.cuni.cz/course/view.php?id=2382
Literatura
Poslední úprava: Mgr. Marian Novotný, Ph.D. (05.09.2023)

Základní učebnice:
J. Gu; P. Bourne: Structural bioinformatics. Second edition, Wiley-Blackwell, Hoboken (2009).
C Brandén; J. Tooze: Introduction to Protein Structure. Second Edition, Garland Publishing, New York
(1998).
Stephen Neidle, Mark Sanderson: Principles of Nucleic Acid Structure. Elsevier, Paperback ISBN:
9780128196779, eBook ISBN: 9780128196786.
B. Rupp: Biomolecular Crystallography: Principles, Practice, and Application to Structural Biology.
Garland Science, New York (2009).
A.M. Lesk: Introduction to Bioinformatics. Oxford University, Oxford (2019). ISBN: 9780198794141
G. Rhodes: Crystallography made crystal clear. Elsevier, Amsterdam (2006). ISBN: 978-012587073-3
B. Alberts; A. Johnson; J. Lewis; M. Raff; K. Roberts; P. Walter: Molecular Biology of the Cell, W. W.
Norton & Company, New York (2022). ISBN: 978-0393884852


Některá knižní díla dostupná zdarma na internetu:


http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/
Hlavní database a zdroje informací na webu:
Strukturní databáze PDB: http://www.rcsb.org/pdb/
Databáze NCBI: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Sekvenční databáze UniProt: http://www.uniprot.org/

Požadavky ke zkoušce
Poslední úprava: Mgr. Marian Novotný, Ph.D. (05.09.2023)

Cyklus přednášek končí zkouškou. Zkouška se skládá z písemné a ústní části. V rámci písemné části
posluchač vyhledá zadané struktury (nebo třídy struktur), kriticky zhodnotí jejich kvalitu a diskutuje jejich
hlavní rysy. Na jejich základě pak predikuje jinou strukturu a tu zkouší dále charakterizovat za pomoci
dockingu a dalších metod. V ústní části je tyto výsledky nutné vysvětlit a závěry o kvalitě struktur obhájit.
Součástí zkoušky je domácí úkol, jehož správnost, stejně jako další znalosti se testují u ústní zkoušky.

Potřebné SW vybavení:
Praktická část probíhá s využitím webových nástrojů (prohlížeče firefox nebo založené na chrome) a
částečně na vzdáleném linuxovém serveru dostupném přes SSH. Je tedy potřeba mít ssh klienta, ideálně
veřejný klíč a funkční X forwarding (v linuxu nativně, pro win např. MobaXterm, na mac XQuartz). Základy
práce v BASH výhodou.

Sylabus
Poslední úprava: Mgr. Marian Novotný, Ph.D. (05.09.2023)

Syllabus
1. Proč studovat struktury biomolekul. Vztahy struktura funkce v chemii a biologii. Formální popis
trojrozměrných objektů. Stereochemie a struktura stavebních kamenů biomolekul, aminokyselin a
nukleotidů.


2. Strukturní bioinformatika proteinů I. Vztah mezi aminokyselinovou sekvenci a strukturou proteinu.
Metody porovnávání sekvencí a struktur, motivy terciární struktury, klasifikace proteinových foldů. Motiv,
doména a fold.


3. Strukturní bioinformatika proteinů II. Strukturní alignment


4. Strukturní bioinformatika nukleových kyselin. I. Helikální konformace. Struktury komplexů proteinů s
DNA.


5. Strukturní bioinformatika nukleových kyselin. II. Struktury RNA. Struktury komplexů proteinů s RNA.


6. Krystalografie jako hlavní zdroj znalosti molekulárních struktur. Krystalografický experiment,
krystalizace, měření a vyhodnocení difrakce na monokrystalech. Symetrie krystalů, krystalografické grupy
symetrie. Řešení a rafinace struktur. Porovnání dalších experimentálních metod stanovení molekulárních
struktur, elektronové mikroskopie, NMR, a MS.


7. Validace (kontrola kvality) experimentálně stanovených molekulárních struktur, odhad přesnosti a
správnosti. Slovníky valenční geometrie a strukturních motivů. Programové nástroje pro validaci
makromolekul, off-line a na webu.


8. Databáze Protein Data Bank (PDB): Obsah databáze, formáty dat.: Architektura databáze, hledání v
databázi.


9. Další specializované strukturní databáze nukleových kyselin (např. NAKB či Rfam), organických látek
(CSD, Cambridge Structural Database). Další významné zdroje informací na webu a jejich použití
(sekvenční a publikační databáze a jejich spojení se strukturními databázemi).

10. Základní metody porovnání molekulárních struktur. Nastínění statistických metod vhodných pro
analýzy molekulárních struktur (hlavní komponenty, metody klastrování, grafická analýza dat v 1, 2 a 3
rozměrech). Zobrazování molekulárních struktur, základní programové vybavení.


11. Predikce 3D struktur proteinů - homologní modelování a jiné “tradiční metody”, metody porovnání
kvality predikce struktur, CASP


12. Predikce 3D struktur II. - ab initio modelování, Alphafold a jím inspirované algoritmy - modelování
kvarterní struktury


13. Design proteinů: Návrhy nových sekvencí a specifických funkcí úpravou existujících proteinů nebo z
náhodných sekvencí za použití strojového učení. Porovnání s experimentálními metodami řízené evoluce
jako je ribozómový displej nebo kvasinkový displej.

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK