Strukturní bioinformatika

Sylabus

Syllabus1. Proč studovat struktury biomolekul. Vztahy struktura funkce v chemii a biologii. Formální popistrojrozměrných objektů. Stereochemie a struktura stavebních kamenů biomolekul, aminokyselin anukleotidů.

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 sDNA.

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 grupysymetrie. Řešení a rafinace struktur. Porovnání dalších experimentálních metod stanovení molekulárníchstruktur, elektronové mikroskopie, NMR, a MS.

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

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

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 proanalýzy molekulárních struktur (hlavní komponenty, metody klastrování, grafická analýza dat v 1, 2 a 3rozměrech). Zobrazování molekulárních struktur, základní programové vybavení.

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

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

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

Anotace

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