Biofísica

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Créditos
6
Tipos
Obligatoria
Requisitos
Esta asignatura no tiene requisitos
Departamento
UB
Con este curso, el estudiante adquiere conocimientos prácticos y teóricos sobre Biofísica Molecular y su relevancia en la Bioinformática. El curso incluye:
- Conceptos de Termodinámica y Cinética. Termodinámica estadística.
- Macromoléculas: Energética, Plegamiento, Dinámica conformacional.
- Procesos macromoleculares: Energética de enlace y estructura de complejos, Enzimas y catálisis, Transporte molecular.

Profesorado

Responsable

  • Josep Lluis Gelpi Buchaca ( )

Horas semanales

Teoría
2
Problemas
2
Laboratorio
0
Aprendizaje dirigido
0
Aprendizaje autónomo
6

Objetivos

  1. Adquirir conocimientos básicos en el ámbito y herramientas de la biofísica molecular, y cómo la bioinformática puede ayudar a su desarrollo.
    Competencias relacionadas: K1, S6,
  2. Aplicar fundamentos matemáticos, principios algorítmicos y teorías computacionales en el modelado y diseño de experimentos de biofísica.
    Competencias relacionadas: K6, S8, S9,
  3. Identificar fuentes significativas y confiables de información científica para fundamentar el estado del arte de un problema biofísico y abordar su resolución.
    Competencias relacionadas: K6, S6, S8, S9, C7, C6,

Contenidos

  1. Parte 0. Introducción. La Biofísica Molecular desde una perspectiva bioinformática
    Definición de biofísica molecular. Interacción con otras disciplinas. Datos de referencia. Datos experimentales y problema asociado. Magnitudes calculables y limitaciones. Sistemas modelo. Limitaciones y aproximaciones. Validación y diseño experimental.
  2. Parte 1. Conceptos avanzados de termodinámica y cinética
    Termodinámica y termodinámica estadística. Cinética química: Teoría de estados de transición. Energías de activación, ecuaciones de velocidad. Procesos de relajación. Difusión.
  3. Parte 2: Macromoléculas. Energética y dinámica
    Energética macromolecular: Estabilidad. Componentes energéticos. Términos entálpicos y entrópicos. Solvatación. Métodos de evaluación energética. Plegamiento de macromoléculas: Panorama energético, Modelos de plegamiento, Proteínas intrínsecamente desordenadas. Dinámica de macromoléculas: Concepto de conjunto conformacional. Generación de conjuntos. Simulación biomolecular.
  4. Parte 3: Procesos biomoleculares
    Reconocimiento y unión de macromoléculas: Estructura de complejos. Energética de la unión. Ciclos termodinámicos. Ciclos alquímicos. Catálisis: Estrategias de catálisis. Cinética y mecanismos enzimáticos. Acoplamiento energético. Evaluación de constantes cinéticas. Transporte: Membranas biológicas, modelos de transporte. Electrofisiología. Acoplamiento energético.

Actividades

Actividad Acto evaluativo


Exame Final

Final exam including all contents
Objetivos: 1 2 3
Semana: 1 (Fuera de horario lectivo)
Teoría
3h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
0h

Examen Parcial


Objetivos: 1 2 3
Semana: 9
Teoría
0h
Problemas
2h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
0h

Presentaciones 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.

Teoría
27h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
20h

Resolución Guiada de problemas



Teoría
0h
Problemas
10h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
30h

Programación guiada de scripts



Teoría
0h
Problemas
4h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
10h

Proyecto de programación en Biofísica



Teoría
0h
Problemas
8h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
20h

Seminarios



Teoría
0h
Problemas
6h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
10h

Metodología docente

- Las clases teóricas serán expositivas con la ayuda de materiales gráficos (diapositivas, videos, demostraciones en computadora).
- La sesión de resolución de problemas detallará la metodología para resolver los problemas seleccionados. Incluirá sesiones expositivas y prácticas.
- Las sesiones de programación guiada se realizarán en grupos, al estilo de un "hackatón", para resolver los pasos del desarrollo del objetivo deseado. El lenguaje de programación será Python con la ayuda de las bibliotecas apropiadas, como Biopython.

Método de evaluación

Para la evaluación de la asignatura, se tendrán en cuenta las calificaciones del examen parcial (MTE) y final (FE), así como la calificación de las sesiones prácticas y el proyecto de programación (Pract), según la siguiente fórmula:

Calificación = MTE * 0,2 + FE * 0,6 + Pract * 0,2

Se requiere una calificación igual o superior a 5 para aprobar.
Los estudiantes que hayan reprobado con una calificación igual o superior a 3 podrán presentarse al examen de reevaluación (RT). En este caso, la calificación de la asignatura será 0,2 * Pract+ RT * 0,8.

Bibliografía

Básica:

  • 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.