Disciplina Discipline IBI5026
Biofísico-Química Computacional

Área de Concentração: 95131

Concentration area: 95131

Criação: 14/06/2016

Creation: 14/06/2016

Ativação: 14/06/2016

Activation: 14/06/2016

Nr. de Créditos: 8

Credits: 8

Carga Horária:

Workload:

Teórica

(por semana)

Theory

(weekly)

Prática

(por semana)

Practice

(weekly)

Estudos

(por semana)

Study

(weekly)

Duração Duration Total Total
4 4 4 10 semanas 10 weeks 120 horas 120 hours

Docente Responsável:

Professor:

Fernando Luis Barroso da Silva

Objetivos:

Esta disciplina procura introduzir os conceitos básicos de modelagem ​do desenvolvimento de códigos para simulaçãoe ​das interações moleculares com ênfase nas interações eletrostáticas e sua correlação na estrutura-atividade de moléculas de interesse biológico. Serão ​revistos conceitos de termodinâmica, apresentados e discutidos fundamentos e ​as técnicas de caracterização de propriedades físico-químicas de sistemas envolvendo biomoléculas, incluindo a manipulação de pacotes de simulação computacional para cálculos teóricos. Através do estudo de trabalhos clássicos e recentes, procuraremos trazer o estudante para um nível de pesquisa nesta área.

Justificativa:

modelagem molecular envolve simulações numéricas fundamentadas pela Mecânica Estatística, o que permite descrever, explicar e controlar as propriedades dos sistemas biomoleculares em termos de uma visão microscópica. Dentre as forças fundamentais em Biofísica, as interações eletrostáticas desempenham um importante papel na complexa correlação entre estrutura e função de moléculas biológicas. O entendimento destas interações é necessário para a caracterização do comportamento de protonação e redox de proteínas em solução aquosa, o que controla um grande número de processos, como a catálise enzimática, mudanças conformacionais em decorrência de variações do pH e mecanismos de transporte e ação de fármacos. Desta forma, esta disciplina é fundamental para a compreensão de mecanismos moleculares, tanto para alunos que atuarão diretamente nesta linha de pesquisa, como para aqueles envolvidos diretamente com a estrutura e função biomolecular. Fornecerá também a fundamentação teórica para o desenvolvimento e uso de programas computacionais para modelagem molecular.

Conteúdo:

1. Apresentação da área; 2. Revisão de termodinâmica; 3. Interações fundamentais em Biofísica; ​ 4. Simulações computacionais e campos de força clássicos;​ ​5. Introdução à eletrostática de moléculas biológicas: (a) Origem das cargas elétricas em proteínas; ​(b) fenômenos peculiares, ​c) Modelagem teórica; 6. Conceitos fundamentais de Eletrostática; 7. Teoria de Debye-Hückel e a Equação de Poisson-Boltzmann. ​8. O modelo de Tanford-Kirkwood. ​9. Pacotes de modelagem molecular baseado em soluções numéricas da Equação de Poisson-Boltzmann. ​10. Visualização molecular e de mapas eletrostáticos. 1​1. Perturbação termodinâmica e o Método Monte Carlo para cálculo de propriedades eletrostáticas. 1​2. Aplicações.

Forma de Avaliação:

Observação:

A distribuição entre aulas teóricas e práticas será ajustada em função do progresso dos estudantes.

Bibliografia:

1. R. Chang, "Physical Chemistry With Applications to Biological Systems", University Science Books, 2001; 2. T. Schlick, "Molecular Modeling and Simulation - An interdisciplinary guide", Springer, New York, 2002; 3. A. R. Leach, "Molecular Modelling - Principles and Applications", Longman, Singapore, 2001; 4. C. J. F. Böttcher, “Theory of Electric Polarization”, Elsevier, Amsterdam, 1980; 5. T. E. Creighton; “Proteins - Structures and Molecular Principles”, W. E. Freeman and Company, New York, 1993; 6. B. Jönsson, M. Lund e F. L. B. Da Silva, "Electrostatics in macro-molecular solutions". In: E. Dickinson; M. E. Leser. (Org.). Food Colloids: Self-Assembly and Material Science. Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2007, p. 129; 7. M. F. Perutz.; Science, 201:1187-1191, 1978; 8. M. J. E. Sternberg et al; Nature, 330:86-88, 1987; 9. M. K. Gilson e B. H. Honig; Nature, 330:84-86, 1987; 10. J. B. Matthew et al; CRC Crit. Rev. Biochem., 18:91-197, 1985; 11. C. Tanford e J. G. Kirkwood, J. Am. Chem. Soc, 79, 5333 (1957); 12. F. L. B. da Silva, B. Jönsson e R. Penfold; Prot. Sci., 10:1415-1425, 2001; 13. A. A. R. Teixeira, M. Lund e F. L. B. da Silva; J. Chem. Theory and Computation, 2010, 6, 10, 3259-3266. 14. F. L. B. da Silva, Química, v. 131, p. 43-48, 2013. 15. L. Delboni e F. L. B. da Silva,  Food Hydrocolloids, v. 55, p. 89-99, 2016.