Bioinformàtica Estructural

Crèdits
6
Tipus
Obligatòria
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits , però té capacitats prèvies
Departament
UB
El curs ofereix coneixements pràctics i teòrics sobre l'estructura de les proteïnes i altres biomacromolècules, així com els mètodes utilitzats per a la seva caracterització i anàlisi. El curs inclou:
Els principis estructurals dels biopolímers: proteïnes i ADN
Predicció i anàlisi d'estructures tridimensionals de biomolècules i els seus complexos
Simulacions moleculars de proteïnes i ADN.

Professorat

Responsable

Hores setmanals

Teoria
2
Problemes
0
Laboratori
2
Aprenentatge dirigit
0
Aprenentatge autònom
6

Competències

Resultats d'aprenentatge

Coneixements

  • K1 - Reconèixer els principis bàsics de la biologia, des de l'escala cel·lular a la de l'organisme, i com aquests es relacionen amb els coneixements actuals en els camps de la bioinformàtica, de l'anàlisi de dades, i de l'aprenentatge automàtic; assolint així una visió interdisciplinar amb especial èmfasi en aplicaciones biomèdiques.
  • K2 - Identificar els mètodes estadístics i computacionals i els models matemàtics que permeten resoldre problemes en els camps de la biologia molecular, la genòmica, la investigació mèdica i la genètica de poblacions.
  • K5 - Identificar la naturalesa de les variables biològiques que cal analitzar, així com els models matemàtics, els algorismes i les proves estadístiques adequades per a desenvolupar i avaluar anàlisis estadístics i eines computacionals.
  • K7 - Analitzar les fonts d'informacions científiques, vàlides i fiables, per a fonamentar l'estat de la qüestió d'un problema bioinformàtic i poder abordar la seva resolució.

    • Habilitats

  • S7 - Implementar mètodes de programació i anàlisi de dades a partir de l'elaboració d'hipòtesis de treball, dins de l'àrea d'estudi.
  • S10 - Usar els coneixements adquirits i la capacitat de resolució de problemes bioinformàtics en entorns nous o poc coneguts dins de contextos més amplis (o multidisciplinars) relacionats amb la bioinformàtica i la biologia computacional.

    • Objectius

    1. 1. Reconeixement dels patrons estructurals de les biomolècules i la seva relació amb la seva funció biològica. L'estudiant ha de demostrar comprensió dels descriptors fisicoquímics de l'estructura: termes d'energia potencial, solubilitat, acidesa, hidrofobicitat.
      Competències relacionades: K1, K2, K5,
    2. 2. Correlacionar l'estructura tridimensional de les biomolècules amb la seva funció biològica
      Demostrar comprensió de:
      - Relació entre seqüència, estructura i funció: flexibilitat global i local i similitud de la seqüència, preservació tridimensional dels centres actius, conservació de les interaccions amb lligands i altres proteïnes.
      - Bases i aplicacions del concepte d'homologia. Identificar els residus conservats en l'estructura i descriure la seva possible funció estructural.
      Competències relacionades: K1, K5, K7, S7,
    3. 3. Manejar el programari que permet processar dades que representen estructures i seqüències de biomolècules.
      Competències relacionades: K2, S7, S10,

    Continguts

    1. Part 0. INTRODUCCIÓ
      Introducció al curs. Objectius, posició de la bioinformàtica estructural dins de la bioinformàtica, objectius principals. Exemples d'aplicació.
    2. Part 1. ESTRUCTURA I MODELITZACIÓ
      Fonaments de les estructures macromoleculars. Espai conformacional. Determinació de l'estructura experimental. Fonts i formats de dades. Bases de dades i visualització molecular.
      Qualitat de les dades estructurals, problemes comuns i solucions. Comparació d'estructures, alineació de seqüències/estructura, famílies estructurals, el concepte d'homologia. Predicció d'estructures (1D, Threading, Comparativa, Ab initio, Alphafold). Predicció complexa (Docking)
    3. Part 2. ESPAI CONFORMACIONAL I SIMULACIÓ
      Avaluació energètica. Camps de força molecular. Configuració del sistema per a la simulació. Optimització del procés de simulació i HPC. Estratègies per millorar el mostreig de conformació. Anàlisi de simulació. Control de qualitat. Anàlisi de flexibilitat. Estratègies per a l'avaluació d'entropia i energia lliure. Anàlisi avançada. Anàlisi de xarxes i mètodes basats en IA.
    4. Part 3. ESTRUCTURES EN BIOLOGIA DE SISTEMES
      Dominis proteics. Interaccions entre cadenes i entre dominis. Predicció d'interaccions físiques basades en dominis. Complexos transitius i permanents. Altres prediccions de relacions entre gens i proteïnes. Sistemes de comunicació i xarxes de senyalització (fosforilació). Estudi de xarxes d'interacció: Interactoma. Grans complexos macromoleculars.

    Activitats

    Activitat Acte avaluatiu


    Examen Parcial

    Control de resolució de problemes
    Objectius: 1 2 3
    Setmana: 5
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Examen Final

    Examen Final
    Objectius: 1 2 3
    Setmana: 1 (Fora d'horari lectiu)
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Presentacions de teoria

    Sessions de presentació dels continguts. Presentacions sobre diapositives amd demostraciones guiades.
    Objectius: 1 2
    Continguts:
    Teoria
    27h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    20h

    Resolució guiada de problemes


    Objectius: 1 2 3
    Continguts:
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    10h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    20h

    Analisi estructural guiat

    Resolució de casos practiques sobre eines d'anàlisi bioinformàtica, usualment disponibles via web, o instal·lables de manera senzilla
    Objectius: 1 2 3
    Continguts:
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    14h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    30h

    Sessió presentacio projectes

    Presentacions curtes per grups dels resultats del projecte d'anàlisi
    Objectius: 1 2 3
    Setmana: 14
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Projecte d'analisi integrat

    Projecte de tema lliure que impliqui la utilització d'eines d'anàlsi o predicció estructural treballades durant en curs, aplicades a la comprensió de la relació estructura-funció d'un sistema proteic.

    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    2h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    20h

    Metodologia docent

    - Les classes teòriques seran expositives amb l'ajuda de materials gràfics (diapositives, vídeos, demostracions per ordinador).

    - La sessió de resolució de problemes detallarà la metodologia per resoldre els problemes seleccionats. Inclourà sessions expositives i pràctiques.

    - Les sessions d'anàlisi estructural guiat es faran en grups de treball en estil "Hackathon" per resoldre la utilizació d'eines de bioinformàtica estructural per a la resolució de casos pràctics.

    Mètode d'avaluació

    Per a l'avaluació de l'assignatura, es tindrà en compte la nota de l'examen parcial (MTE) i final (FE) i la nota de les sessions pràctiques i del projecte d'anàlisi (Proj) segons la fórmula següent:

    Nota = MTE * 0.2 + FE * 0.6 + Proj * 0.2

    Cal una nota igual o superior a 5 per aprovar.
    La qualificació de Sessions Practiques i Projecte (Proj) està condicionada a una assistència presencial mínima d'un 60% a les sessions de pràctiques/problemes
    Els estudiants que hagin suspès amb una nota igual o superior a 3 poden fer l'examen de reavaluació (RT). En aquest cas, la nota de l'assignatura serà de 0,2 * Proj + RT * 0,8.

    Bibliografia

    Bàsic

    Capacitats prèvies

    Coneixement bàsic d'estructura de macromolecules (Quimica Física i orgànica, Bioquimica, Biologia Molecular
    Coneixement de Termodinamica i cinètica i avaluació d'energies en macromolecules (Quimica Física i orgànica, Biofísica)
    Coneixement amb eines de visualització molecular
    Coneixements de programació (python)