Difrakční metody strukturní biologie

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

vod do fyzikálních metod strukturní biologie. Struktura a vlastnosti proteinů a nukleových kyselin. Monokrystalová difrakce biologických látek. Krystalizační metody. Řešení fázového problému u biologických struktur. Upřesňování, validace molekulárních struktur a jejich biologický význam. Databáze makromolekulárních struktur.

Požadavky:

Základní znalosti fyziky a chemie.

Osnova přednášek:

1. Úvod do fyzikálních metod strukturní biologie.

Historie strukturního přístupu u biologických molekul. Vláknová difrakce. Monokrystalová difrakce. Nukleární magnetická rezonance. Spektroskopické metody. Rozptyl elektronů a neutronů. Elektronová mikroskopie. Molekulární modelování.

2. Struktura a vlastnosti proteinů a nukleových kyselin.

Aminokyseliny a nukleové kyseliny. Primární, sekundární, terciární a kvartérní struktura proteinů. Příklady a klasifikace struktur proteinů. Vlastnosti proteinů a nároky na přípravu vzorků. Charakterizace vzorků biologických molekul.

3. Krystalizační metody.

Fázový diagram krystalizace biologických molekul. Metody difuze par. Metody visící, sedící a sendvičové kapky. Očkování. Význam teploty, pufru, precipitantů a aditiv při optimalizaci krystalizace. Charakterizace krystalů a manipulace s nimi. Méně obvyklé krystalizační metody.

4. Monokrystalová difrakce biologických látek.

Symetrie a vlastnosti monokrystalů. Bodové a prostorové grupy v krystalech biologických molekul. „Krystaly“ proteinů - mezi pevnou a kapalnou fází. Reciproký prostor. Ewaldova konstrukce. Vztah mezi difrakční intenzitou a distribucí elektronové hustoty. Záznam difrakčních dat a jejich zpracování.

5. Řešení fázového problému u biologických struktur.

Fázový problém. Přímé metody. Molekulární nahrazení. Metoda izomorfního nahrazení. Anomální rozptyl. Kombinace metod. Příklady řešení struktury.

6. Upřesňování a validace struktur.

Upřesňování v přímém a v reciprokém prostoru. Target funkce, nejmenší čtverce, maximum-likelihood, TLS rafinace, „simulated annealing“. Ramachandranův graf, validační přístupy. Depozice výsledků v databázích.

7. Analýza strukturních databází.

Komplexní přístup ke strukturním informacím v PDB, NDB, EBI-MSD atd. Aplikace výsledků při designu léčiv, v biotechnologiích a v základním výzkumu.

Osnova cvičení:

1. Krystalizace proteinu

2. Příprava proteinového krystalu pro difrakční experiment

3. Difrakční charakterizace proteinového krystalu

4. Měření difrakčních dat a jejich zpracování

5. Řešení fázového problému metodou molekulárního nahrazení (případně s pomocí experimentálního fázování)

6. Principy stavby strukturního modelu a upřesňování struktur

7. Analýza strukturních databazí

Cíle studia:

Vybavit posluchače základními znalostmi o fyzikálních technikách využívaných v oblasti strukturní biologie, s porozuměním základním principů všech těchto technik a detailním pochopením difrakčních technik strukturní biologie. Ukázat praktické aplikace technik na konkrétních příkladech biomedicínských a biotechnologických projektů.

Studijní materiály:

1. T. Blundell, L. Johnson: Protein Crystallography

2. I. Kraus: Struktura a vlastnosti krystalů

3. D. Blow: Protein crystallography for biologists

4. Marek & Trávníček: Monokrystalová rentgenová strukturní analýza

Poznámka:

Výuka probíhá částečně nebo zcela (podle dohody se studenty) v centru Biocev ve Vestci

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: