Disciplina Discipline IBI5082
Tópicos em Bioinformática Estrutural

Topics in Structural Bioinformatics

Área de Concentração: 95131

Concentration area: 95131

Criação: 18/01/2018

Creation: 18/01/2018

Ativação: 18/01/2018

Activation: 18/01/2018

Nr. de Créditos: 10

Credits: 10

Carga Horária:

Workload:

Teórica

(por semana)

Theory

(weekly)

Prática

(por semana)

Practice

(weekly)

Estudos

(por semana)

Study

(weekly)

Duração Duration Total Total
4 2 4 15 semanas 15 weeks 150 horas 150 hours

Docentes Responsáveis:

Professors:

Fernando Luis Barroso da Silva

Catherine Jeanne Chantal Etchebest

Objetivos:

Explicar como a Bioinformática ajuda na obtenção de informações sobre a estrutura e função de proteínas, como este novo campo acompanha os biocientistas em seu trabalho diário e porque a físico-química é extremamente valiosa para avançar na compreensão da função protéica. Especial atenção é dada às interações eletrostáticas em e entre biomoléculas. Espera-se que os alunos aprendam a usar ferramentas disponíveis e também a escrever códigos computacionais mais simples.

Objectives:

To explain how bioinformatics helps in gaining information about protein structure and function, how this new field is accompanying bioscientists in their daily work, and why physical-chemistry is extremely valuable to go further in the understanding of protein function. Special attention is given to electrostatic interactions in and between biomolecules. Students are expected to learn how to use available tools and also to write out simpler computational codes.

Justificativa:

A bioinformática agora é rotineiramente usada em laboratórios e empresas farmacêuticas. É importante saber mais sobre métodos e abordagens de bioinformática estrutural, mas também é fundamental conhecer as suas limitações e aproximações intrínsecas. Este campo de pesquisa está avançando rapidamente, o que requer uma atualização constante também. A importância do pH nos sistemas biológicos, químicos, médicos e tecnológicos está mudando várias ferramentas disponíveis e orientando o desenvolvimento de novas abordagens mais realistas para o fenômeno biomolecular. Os alunos precisam estar preparados para esse cenário atual

Rationale:

Bioinformatics is now routinely used in labs and pharmaceutical companies. It is important to better know the structural bioinformatics methods and approaches but also to be aware of their limits and intrinsic approximations. This research field is fast advancing which requires a constant updated too. The importance of pH biological, chemical, medical and technological systems is changing several available tools and driven the development of new more realistic approaches for the biomolecular phenomena. Students need to be prepared for this present scenario.

Conteúdo:

1. Introdução à Bioinformática Estrutural 2. Revisão de conceitos-chave de Termodinâmica 3. Interações fundamentais em Biofísica 4. Dados e Métodos em Bioinformática 5. Simulações computacionais e campos de força clássicos 6. Introdução à eletrostática de moléculas biológicas: (a) origem de cargas elétricas em proteínas; (b) fenômenos peculiares, c) modelagem teórica; 7. Conceitos básicos de eletrostática; 8. Teoria de Debye-Hückel e Equação de Poisson-Boltzmann. 9. O modelo de Tanford-Kirkwood. 10. Pacotes de modelagem molecular com base em soluções numéricas da equação de Poisson-Boltzmann. 11. Visualização molecular e mapas eletrostáticos. 12. Métodos de simulação a pH constante. 13. Aplicações.

Content:

1. Introduction to Structural Bioinformatics 2. Review of key concepts from thermodynamics 3. Fundamental interactions in Biophysics 4. Data and Methods of Bioinformatics 5. Computational simulations and classical force fields; 6. Introduction to electrostatics of biological molecules: (a) Origin of electric charges in proteins; (b) peculiar phenomena, c) Theoretical modeling; 7. Basic Concepts of Electrostatics; 8. Debye-Hückel's Theory and the Poisson-Boltzmann Equation. 9. The Tanford-Kirkwood model. 10. Molecular modeling packages based on numerical solutions of the Poisson-Boltzmann equation. 11. Molecular visualization and electrostatic maps. 12. Constant-pH simulation methods. 13. Applications.

Forma de Avaliação:

A avaliação será principalmente em projetos, relatórios, apresentação de alunos e uma prova escrita final (peso 60%).

Type of Assessment:

The evaluation will be mainly on projects, reports, students presentation and a final written exam (weight 60%).

Observação:

Disciplina ministrada em inglês.

Notes/Remarks:

Disciplines offered in English

Bibliografia:

1) Molecular Modelling: Principles and Applications, Andrew Leach, Pearson, 2001 2) Structural Bioinformatics, Jenny Gu & Philip E. Bourne (Editores), Wiley-Blackwell, 2009 3. T. Schlick, "Molecular Modeling and Simulation - An interdisciplinary guide", Springer, New York, 2002 4. R. Chang, "Physical Chemistry With Applications to Biological Systems", University Science Books, 2001; 5. C. J. F. Böttcher, “Theory of Electric Polarization”, Elsevier, Amsterdam, 1980; 6. T. E. Creighton; “Proteins - Structures and Molecular Principles”, W. E. Freeman and Company, New York, 1993; 7. 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; 8. F. L. B. da Silva, B. Jönsson e R. Penfold; Prot. Sci., 10:1415-1425, 2001; 9. A. A. R. Teixeira, M. Lund e F. L. B. da Silva; J. Chem. Theory and Computation, 2010, 6, 10, 3259-3266. 10. F. L. B. da Silva e L. G. Dias; Biophys Rev (2017) 9:699–728.

Bibliography:

1) Molecular Modelling: Principles and Applications, Andrew Leach, Pearson, 2001 2) Structural Bioinformatics, Jenny Gu & Philip E. Bourne (Editores), Wiley-Blackwell, 2009 3. T. Schlick, "Molecular Modeling and Simulation - An interdisciplinary guide", Springer, New York, 2002 4. R. Chang, "Physical Chemistry With Applications to Biological Systems", University Science Books, 2001; 5. C. J. F. Böttcher, “Theory of Electric Polarization”, Elsevier, Amsterdam, 1980; 6. T. E. Creighton; “Proteins - Structures and Molecular Principles”, W. E. Freeman and Company, New York, 1993; 7. B. Jönsson, M. Lund and 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; 8. F. L. B. da Silva, B. Jönsson and R. Penfold; Prot. Sci., 10:1415-1425, 2001; 9. A. A. R. Teixeira, M. Lund and F. L. B. da Silva; J. Chem. Theory and Computation, 2010, 6, 10, 3259-3266. 10. F. L. B. da Silva and L. G. Dias; Biophys Rev (2017) 9:699–728.