Biofísica

Esteu aquí

Inici » Biofísica
Crèdits
6
Tipus
Obligatòria
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits
Departament
UB
Amb aquest curs, l'estudiant adquireix coneixements pràctics i teòrics sobre Biofísica Molecular i la seva rellevància dins de la Bioinformàtica. El curs inclou:
- Conceptes de Termodinàmica i Cinètica. Termodinàmica estadística.
- Macromolècules: Energètica, Plegament, Dinàmica conformacional.
- Processos macromoleculars: Energètica d'enllaç i estructura de complexos, Enzims i catàlisi, Transport molecular.

Professorat

Responsable

  • Josep Lluis Gelpi Buchaca ( )

Altres

  • Alejandro Madrid Valiente ( )
  • Joan Sebastian Serrano Marín ( )

Hores setmanals

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

Resultats d'aprenentatge

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.
  • K6 - Reconèixer els problemes ètics que s'esdevenen del progrés en el coneixement i en l'aplicació dels conceptes biològics i el seu processament computacional.

Habilitats

  • S6 - Identificar i interpretar les dades rellevants, dins de l'àrea d'estudi, per emetre judicis que incloguin reflexions de caire social, científic o ètic
  • S8 - Enfrontar-se a la presa de decisions, i defensar-les amb arguments, en la resolució de problemes de les àrees de biologia, així com, dins dels àmbits adequats, les ciències de la salut, les ciències de la computació i les ciències experimentals.
  • S9 - Explotar la informació biològica i biomèdica per a transformar-la en coneixement; en particular, extreure i analitzar informació de bases de dades per a resoldre nous problemes biològics i biomèdics.

Competències

  • C6 - Detectar deficiències en el propi coneixement i superar-les mitjançant la reflexió crítica i l'elecció de la millor actuació per a ampliar aquest coneixement.
  • C7 - Detectar, des del propi àmbit de la titulació, les desigualtats per raó de sexe i gènere en la societat; integrar les diferents necessitats i referències per raó de sexe i gènere en el disseny de solucions i resolució de problemes.

Objectius

  1. Adquirir coneixements bàsics en l'àmbit i eines de la biofísica molecular i com la bioinformàtica pot ajudar al seu desenvolupament.
    Competències relacionades: K1, S6,
  2. Aplicar fonaments matemàtics, principis algorítmics i teories computacionals en la modelització i el disseny d'experiments biofísics.
    Competències relacionades: K6, S8, S9,
  3. Identificar fonts d'informació científica significatives i fiables per fonamentar l'estat de la qüestió d'un problema biofísic i abordar la seva resolució.
    Competències relacionades: C6, C7, K6, S6, S8, S9,

Continguts

  1. Part 0. Introducció. La biofísica molecular des de una perspectiva bioinformàtica
    Definició de biofísica molecular. Interacció amb altres assignatures. Dades de referència. Dades experimentals i problema associat. Magnituds calculables i limitacions. Sistemes model. Limitacions i aproximacions. Validació i disseny experimental.
  2. Part 1. Conceptes avançats de termodinàmica i cinètica
    Termodinàmica i termodinàmica estadística. Cinètica química: teoria de l'estat de transició. Energies d'activació, equacions de velocitat. Processos de relaxació. Difusió.
  3. Part 2: Macromolècules. Energètica i dinàmica
    Energètica macromolecular: Estabilitat. Components energètics. Termes entàlpics i entròpics. Solvatació. Mètodes per a l'avaluació energètica. Plegament de macromolècules: Paisatge energètic, Models de plegament, Proteïnes desordenades intrínsecament. Dinàmica de macromolècules: Concepte de conjunt conformacional. Generació de conjunts. Simulació biomolecular.
  4. Part 3: Processos biomoleculars
    Reconeixement i unió macromolecular: estructura de complexos. Energètica de la unió. Cicles termodinàmics. Cicles alquímics. Catàlisi: estratègies de catàlisi. Cinètica i mecanisme enzimàtics. Acoblament energètic. Avaluació de constants cinètiques. Transport: membranes biològiques, models de transport. Electrofisiologia. Acoblament energètic.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu


Examen Final

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

Examen Parcial


Objectius: 1 2 3
Setmana: 9
Teoria
0h
Problemes
2h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Presentacions de teoria

(4h) Part 0. Introduction. Molecular biophysics from bioinformatics perspective Definition of molecular biophysics. Interaction with other subjects. Reference data. Experimental data and associated problem. Calculable magnitudes and limitations. Model Systems. Limitations and approximations. Validation and experimental design (6h) Part 1. Advanced concepts of thermodynamics and kinetics 1.1. Thermodynamics and Statistical thermodynamics. 1.2. Chemical kinetics: Transition State theory. Activation Energies, rate equations. Relaxation processes. Diffusion. (8h) Part 2: Macromolecules. Energetics and dynamics 2.1. Macromolecular energetics: Stability. Energy components. Enthalpic and Entropic terms. Solvation. Methods for Energy evaluation. 2.2. Folding of Macromolecules: Energy landscape, Folding models, IDPs. 2.3. Dynamics of Macromolecules: Concept of conformational ensemble. Generation of ensembles. Simulation tools. (8h) Part 3: Biomolecular processes 3.1. Macromolecular recognition and binding: Structure of complexes. Energetics of binding. Thermodynamic cycles. Alchemical cycles. 3.2. Catalysis: Strategies of catalysis. Enzyme kinetics and mechanism. Energy coupling. Evaluation of kinetic constants. 3.3. Transport: Biological Membranes, Transport models. Electrophysiology. Energy coupling.

Teoria
27h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
20h

Resolució guiada de problemes



Teoria
0h
Problemes
10h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
30h

Programació guiada de scripts



Teoria
0h
Problemes
4h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
10h

Projecte de programación en biofísica



Teoria
0h
Problemes
8h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
20h

Seminaris



Teoria
0h
Problemes
6h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
10h

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 de programació guiades es faran en grups de treball en estil "Hackathon" per resoldre els passos del desenvolupament de l'objectiu desitjat. El llenguatge de programació serà Python amb l'ajuda de les biblioteques adequades com Biopython.

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 de programació (Pract) segons la fórmula següent:

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

Cal una nota igual o superior a 5 per aprovar.
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 * Pract + RT * 0,8.

Bibliografia

Bàsica:

  • Introduction to Protein Structure. - BRAND, Carl; TOOZE, John. , Garland Publishing, 1999.
  • Molecular Biophysics - DAUNE, M, Oxford: University Press, 1999.
  • Molecular Modelling: Principles and Applications - Leach, A, Harlow: Pearson Education, 2001.
  • Biophysics: an introduction - COTTERILL, R, Chichester : John Wiley & Sons, , 2002.
  • The biophysical chemistry of nucleic acids & proteins - Creighton, Thomas E, Helvetian Press, 2002.