Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2018/2019

Počítačové simulace, modelování a chemo/bioinformatika

Předmět není vypsán Nerozvrhuje se
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
F7PMIPSMB-S Z,ZK 6 2+2 česky
Přednášející:
Cvičící:
Předmět zajišťuje:
katedra biomedicínské informatiky
Anotace:

Cílem předmětu počítačové simulace, modelování a chemo/bioinformatika je seznámit studenty s alternativním, výpočetně-teoretickým přístupem k získání biochemicky, biologicky a biomedicínsky relevantních informací a to za pomoci moderní výpočetní techniky a dat z dostupných biologických databází. Přednáška bude logicky postupovat od modelování nejmenších systémů na úrovni atomů a molekul za pomoci fyzikálně rigorózních a vysoce přesných metod založených na kvantové fyzice, až po simulace rozměrných nadmolekulárních a buněčných struktur. Následující část přednášky se bude věnovat novému perspektivnímu oboru chemoinformatika využívající statistické přístupy pro predikci farmakologických vlastností v oblasti tzv. drug designu. Závěrečná část kurzu budě věnována bioinformatice, metodám sekvenace genomu/proteomu buňky a získávání, ukládání a vyhodnocování sekvenačních dat. Kurz bude primárně zaměřen na témata vztahující se k biomedicínsky zajímavým problémům.

Požadavky:

Forma ověření studijních výsledků: Průběžné základní znalosti ověřované testy a průběžným ústním přezkoušením. Během semestru je nutné vypracovat a odevzdat minimálně 5 domácích úloh. Výsledky ze cvičení jsou započítány do celkového hodnocení 50%.

Osnova přednášek:

Úvod a motivace - počítačové simulace, molekulové modelování, chemoinformatika a bioinformatika

2. Repetitorium kvantové fyziky, vysvětlení základních pojmů

3. Repetitorium statistické termodynamiky a mechaniky, vysvětlení základních pojmů

4. Stacionární vlastnosti: (relativistická) kvantová chemie a metody funkcionálu elektronové hustoty (DFT), aplikace

5. Stacionární vlastnosti: (relativistická) kvantová chemie a metody funkcionálu elektronové hustoty (DFT), aplikace

6. Spektroskopické metody a teoretický výpočet parametrů, predikce spekter z důrazem na NMR/MRI

6. Stacionární vlastnosti: molekulová mechanika, silové pole, aproximace interakcí, periodické okrajové podmínky

7. Dynamické vlastnosti: molekulová dynamika (klasická vs. kvantová), vývoj systému v čase, kontrola teploty a tlaku

8. Geometrické optimalizace, Monte-Carlo simulace, hrubozrné (coarse-grain) modely

8. Chemoinformatika: reprezentace 2D molekulárních struktur, aplikace teorie grafů, metody vyhledávání struktur

9. Chemoinformatika: farmakofor, reprezentace 3D struktur, molekulární deskriptory, topologické indexy, QSAR

10. Strukturní Bioinformatika: struktura a strukturní motivy v bílkovinách a nukleových kyselinách, metody získání strukturních informací, role energie pro předpověď 3D struktury

11. Strukturní Bioinformatika: řešení konformačního problému, konformační prohledávání, ukládání dat v databázích, formáty dat, homologní modelování a „threading“, molekulární komplexy, docking, návrhy biologicky aktivních látek, návrhy léků na bázi receptoru a farmakoforu

12. Bioinformatika: principy molekulární genetiky, expresní vektory, metody sekvenace a syntézy nukleových kyselin a proteinů, metody genového inženýrství, exprese rekombinantních proteinů.

13. Bioinformatika: genomové projekty, biologické databáze, vyhledávací systémy, párové a vícenásobné přiložení, počítačové předpovídání struktury ze sekvence a modelování.

14. Perspektivy a shrnutí, opakování ke zkoušce

Osnova cvičení:

Úvod a motivace - počítačové simulace, molekulové modelování, chemoinformatika a bioinformatika

2. Repetitorium kvantové fyziky, vysvětlení základních pojmů

3. Repetitorium statistické termodynamiky a mechaniky, vysvětlení základních pojmů

4. Stacionární vlastnosti: (relativistická) kvantová chemie a metody funkcionálu elektronové hustoty (DFT), aplikace

5. Stacionární vlastnosti: (relativistická) kvantová chemie a metody funkcionálu elektronové hustoty (DFT), aplikace

6. Spektroskopické metody a teoretický výpočet parametrů, predikce spekter z důrazem na NMR/MRI

6. Stacionární vlastnosti: molekulová mechanika, silové pole, aproximace interakcí, periodické okrajové podmínky

7. Dynamické vlastnosti: molekulová dynamika (klasická vs. kvantová), vývoj systému v čase, kontrola teploty a tlaku

8. Geometrické optimalizace, Monte-Carlo simulace, hrubozrné (coarse-grain) modely

8. Chemoinformatika: reprezentace 2D molekulárních struktur, aplikace teorie grafů, metody vyhledávání struktur

9. Chemoinformatika: farmakofor, reprezentace 3D struktur, molekulární deskriptory, topologické indexy, QSAR

10. Strukturní Bioinformatika: struktura a strukturní motivy v bílkovinách a nukleových kyselinách, metody získání strukturních informací, role energie pro předpověď 3D struktury

11. Strukturní Bioinformatika: řešení konformačního problému, konformační prohledávání, ukládání dat v databázích, formáty dat, homologní modelování a „threading“, molekulární komplexy, docking, návrhy biologicky aktivních látek, návrhy léků na bázi receptoru a farmakoforu

12. Bioinformatika: principy molekulární genetiky, expresní vektory, metody sekvenace a syntézy nukleových kyselin a proteinů, metody genového inženýrství, exprese rekombinantních proteinů.

13. Bioinformatika: genomové projekty, biologické databáze, vyhledávací systémy, párové a vícenásobné přiložení, počítačové předpovídání struktury ze sekvence a modelování.

14. Perspektivy a shrnutí, opakování ke zkoušce

Cíle studia:

Cílem předmětu počítačové simulace, modelování a chemo/bioinformatika je seznámit studenty s alternativním, výpočetně-teoretickým přístupem k získání biochemicky, biologicky a biomedicínsky relevantních informací a to za pomoci moderní výpočetní techniky a dat z dostupných biologických databází.

Studijní materiály:

Doporučená literatura:

[1] SZABO, Attila a Neil S. OSTLUND. Modern quantum chemistry: introduction to advanced electronic structure theory. Mineola, N. Y.: Dover Publications, 1996. ISBN 0-486-69186-1.

[2] LEACH, Andrew R. Molecular modelling: principles and applications. 2nd ed. New York: Prentice Hall, 2001. ISBN 978-0-582-38210-7.

Chemoinformatika:

[3] LEACH, Andrew R. a Valerie J. GILLET. An introduction to chemoinformatics. Dordrecht: Springer, c2005. ISBN 1-4020-1347-7.

[4] GU, Jenny. a Philip E. BOURNE. Structural bioinformatics. 2nd ed. Hoboken, N.J.: Wiley-Blackwell, c2009. Methods of biochemical analysis, v. 44. ISBN 978-0-470-18105-8.

Povinná literatura:

[5] ŠILHÁNEK, Jaroslav. Úvod do chemické informatiky. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 1994. ISBN 80-7080-218-9.

[6] VYMĚTAL, Jan. Odborná literatura a informace v chemii. Praha: Orac, 2001. Studijní texty (Orac). ISBN 80-86199-33-9.

Poznámka:
Další informace:
Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 25. 4. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet5589906.html