Современные проблемы биологии: биоинформатика структур макромолекул

Курс читает:	к.б.н., доцент Иванисенко В.А.
Аннотация рабочей программы дисциплины	Скачать
Рабочая программа	Скачать
Фонд оценочных средств	Скачать
Трудоемкость дисциплины	2 З.Е. (72 ч.)
Форма промежуточной аттестации	Экзамен

Содержание дисциплины охватывает круг современных проблем структурной биоинформатики, включая теоретические основы классических и современных методов распознавания, основы структурной организации белков, их взаимодействий с другими макромолекулами, а также дизайна лекарственных препаратов.

Данный курс направлен на ознакомление студентов с современным состоянием проблемы структурной биологии, а так же методами структурного анализа, доступными через Интернет. В курсе представлены новейшие методы теоретического и компьютерного анализа структуры и функции генетических макромолекул, а так же их эволюции. В ходе обучения студенты получают навык практической работы с компьютерными программами анализа структуры, функции и эволюции белков, осваивают работу с базами данных структур генетических макромолекул. В результате лекционных занятий и практической работы в компьютерных классах студенты получают представление о функции и эволюции макромолекул на уровне их структур, что является особенно важным для более глубокого понимания принципов функционирования живых систем. Актуальность этого курса определяется тем, что на современном этапе молекулярной биологии невозможно получить полное понимание принципов функционирования живой клетки, не имея информации о структуре генетических макромолекул. В ответ на современные требования биологии возникла новая область знания – структурная биология. Поэтому подготовка высококвалифицированного специалиста-биолога требует изучения методов и принципов структурного анализа генетических макромолекул.

1. Введение в структурную биологию.
2. Методы анализа данных.
3. Методы и алгоритмы анализа структуры многомерных данных.
4. Структура и функция белков.
5. Молекулярное моделирование структуры белков.
6. Алгоритмы и программы предсказания третичной структуры белка.
7. Белковые лингвистические модели.
8. Белок-белковые взаимодействия: особенности структуры белок-белковых комплексов. Эволюция белков в составе полных геномов.
9. Структурная организация активных сайтов белков.
10. Количественный анализ взаимосвязи структура-активность.
11. Введение в компьютерное конструирование лекарств.
12. Компьютерные методы молекулярного дизайна биологически активных веществ.

1. Введение в информационную биологию и биоинформатику: учеб. пособие: в 5 т. / Отв. ред. Н.А. Колчанов, О.В. Вишневский, Д.П. Фурман; Новосиб. гос. ун-т.—Новосибирск: РИЦ НГУ, 2012.

Дополнительная литература
1. Хаубольд, Бернхард. Введение в вычислительную биологию: эволюционный подход. Ижевск. 2011 г.
2. Финкельштейн А.В., Птицин О.Б. Физика белка. – Москва, Книжный дом Университет, 2002.
3. Шульц, Ширмер (1984) Принципы структурной организации белков. М.: Мир, 1982.

Перечень учебно-методических материалов по самостоятельной работе обучающихся
1. Курс «Специализация Биоинформатика» [Электронный ресурс]
2. Курс «Компьютерное моделирование в химии» [Электронный ресурс]

Вопрос 1. Предмет и основные задачи молекулярной эволюции. Объект исследования молекулярной эволюции. Математические модели единичных замен на примере ДНК (мутационные события, матрицы замен).
Вопрос 2. Классификация функциональных сайтов. Специфические особенности структурной организации активных центров ферментов, сайтов связывания лигандов, сайтов пост-трансляционной модификации. Антигенные детерминанты как класс сайтов белок-белковых взаимодействий; Конформационные и линейные эпитопы.
Вопрос 3. Модели эволюции белковых последовательностей. Влияние мутаций на структуру и функцию белков. Нейтральная теория Кимуры.
Вопрос 4. Методы распознавания сайтов связывания с использованием афинной селекции из комбинаторных библиотек пептидов; фаговый дисплей; Компьютерные методы распознавания функциональных сайтов: методы, основанные на анализе множественного выравнивания гомологичных белков; паттерны; весовые матрицы; нейронные сети; методы теории графов; методы структурного выравнивания.
Вопрос 5. Множественное выравнивание аминокислотных последовательностей. Методы и программы множественного выравнивания аминокислотных последовательностей. Базы данных множественного выравнивания аминокислотных последовательностей.
Вопрос 6. Методы анализа взаимосвязи структура-активность для малых молекулярных соединений QSAR, 3DQSAR, COMFA. Качественное и количественное описание активности. Структурные, геометрические, стерические и электронные параметры. Физико-химические характеристики. Топологические индексы.
Вопрос 7. Филогенетический анализ белковых последовательностей. Основные методы построения филогенетических деревьев. Особенности эволюции белков и методы их учета при построении математических моделей. Координированные замены остатков.
Вопрос 8. «Физические» модели в анализе связи «структура-активность». Метод Ханша. Соотношения линейности свободной энергии. Аддитивная модель Фри-Уильсона. Регрессионные методы в анализе связи «структура-активность». Методы анализа взаимосвязи структура-активность для белков.
Вопрос 9. Выравнивание белковых структур. Постановка задачи. Основные понятия о геометрических преобразованиях: сдвиг, поворот, центр масс, главные оси.
Вопрос 10. Методы сравнения белковых структур. Классификация белковых структур. Базы данных SCOP, FSSP, CATH.
Вопрос 11. Белковые лингвистические модели (Word2vec, embeddings, transformers & attentions). Предобученные белковые лингвистические модели (ProtTrans, Evolutionary Scale Modeling, RITA). Основные алгоритмы и область применения.
Вопрос 12. Методы предсказания вторичной структуры белка. Программы предсказания доступные через Интернет.
Вопрос 13. Методы предсказания пространственной структуры белка. Методы предсказания типа укладки белка. Программы предсказания доступные через Интернет.
Вопрос 14. Белки как участники генной сети. Белок-белковые взаимодействия.

Название	Ссылка на видео
Лекция 1 Математическая статистика (к.т.н. Деменков П.С.)	Доступ ограничен
Лекция 2 Анализ данных (к.т.н. Деменков П.С.) ч.1.	Доступ ограничен
Лекция 3 Анализ данных (к.т.н. Деменков П.С.) ч.2.	Доступ ограничен
Лекция 4 (к.б.н. Иванисенко В.А.)	Доступ ограничен
Лекция 5 (к.б.н. Иванисенко В.А.)	Доступ ограничен
Лекция 6 (к.б.н. Иванисенко В.А.)	Доступ ограничен
Лекция 7 (к.б.н. Иванисенко В.А.)	Доступ ограничен
Лекция 8 (к.б.н. Иванисенко В.А.)	Доступ ограничен

[Назад]