WYDZIAŁ LEKARSKI II

WYDZIAŁ LEKARSKI II
Nazwa
kierunku
Nazwa
przedmiotu
Jednostka
realizująca
Rodzaj
przedmiotu
Obszar
nauczania
Cel kształcenia
Treści
programowe
Biotechnologia, specjalność
Biotechnologia Medyczna
Komputerowe modelowanie
struktur
Katedra i Zakład Technologii
Chemicznej Środków
Leczniczych
obowiązkowy
semestr
V
Poziom i forma
studiów
I stopień
Punkty ECTS
Osoba odpowiedzialna
(imię, nazwisko, email, nr tel.
służbowego)
wykłady
Rodzaj zajęć
i liczba godzin
stacjonarne
2
dr hab. Tomasz Gośliński
[email protected]
tel .61 854 66 31
ćwiczenia
seminaria
20
10
P1A, M1
Celem seminariów jest zapoznanie studentów z podstawami modelowania molekularnego oraz
komputerowego wspomagania projektowania leków.
Celem ćwiczeń jest zapoznanie studentów z praktyką modelowania molekularnego, prowadzeniem
obliczeń, analizą otrzymanych wyników oraz ich wizualizacją.
Wykłady
Ćwiczenia
W ramach ćwiczeń studenci:
1. Wykonują praktyczne zadania związane z modelowaniem molekularnym: budują modele
cząsteczek w wybranym edytorze, dokonują pomiarów i ustalania parametrów strukturalnych;
wizualizują orbitale atomowe i cząsteczkowe; obliczają energię cząsteczek metodami HF, DFT i
MP2.
2. Optymalizują geometrię cząsteczek i badają wpływ atomowej bazy funkcyjnej na
zoptymalizowaną geometrię (na przykładzie aniliny); wykorzystują symetrię cząsteczek w
obliczeniach; badają wpływ współrzędnych użytych do opisu cząsteczki na efektywność
optymalizacji geometrii; porównują szybkość obliczeń metodami ab initio i semiempirycznymi.
3. Wykonują analizę konformacyjną, obliczają bariery dla wewnętrznej rotacji; potwierdzają
stabilność konformacji obliczeniami drgań normalnych, generują widma wibracyjne wybranych
cząsteczek (IR).
4. Obliczają i analizują rozkład ładunku w cząsteczkach, moment dipolowy, molekularny potencjał
elektrostatyczny, przewidują reaktywność cząsteczek; przeprowadzają wizualizację białek,
analizują strukturę drugorzędową, pętle, centrum aktywne, powierzchnię białka oraz ładunki
cząstkowe i potencjał elektrostatyczny (na przykładzie COX-1 i COX-2).
5. Tworzą własną bazę molekularnych struktur 3D w oparciu o zewnętrzne źródła danych
(internetowe bazy danych); wykorzystują dokowanie jako metodę wirtualnego przesiewania
(screeningu) oraz stosują je do przewidywania selektywności inhibitorów COX-1 i COX-2,
analizują oddziaływania ligandów w centrach aktywnych obu enzymów.
Seminaria
Podczas seminariów omawiane są następujące zagadnienia:
 Budowa atomu i cząsteczki – orbitale, konfiguracja elektronowa, wiązania, kąty
walencyjne, kąty torsyjne, hybrydyzacja, układy współrzędnych
 Metody obliczeniowe stosowane w modelowaniu – mechanika molekularna (założenia
mechaniki molekularnej, postać funkcji energii potencjalnej, przykłady pól siłowych),
atomowe bazy funkcyjne (opis orbitali atomowych), metody ab initio (równanie
Schrödingera, hamiltonian, przybliżenie Borna-Oppenheimera, metoda Hartree-Focka,
stany zamknięto- i otwartopowłokowe, orbitale molekularne, korelacja elektronowa),
metody funkcjonału gęstości DFT (metoda Kohna-Shama, funkcjonały wymienne,
korelacyjne i hybrydowe), metody semiempiryczne
 Optymalizacja geometrii – algorytmy optymalizacyjne i ich wydajność
 Analiza konformacyjna, metody poszukiwania konformacji – przeszukiwanie
systematyczne, metody Monte Carlo, dynamika molekularna, algorytmy genetyczne,
distance geometry, symulowane schładzanie (simulated annealing).
 Powierzchnia energii potencjalnej i drgania normalne – minima, maksima i punkty
siodłowe; analiza drgań normalnych i jej zastosowania









Symetria cząsteczek – grupy punktowe, operacje symetrii i elementy symetrii, notacja
Schoenfliesa
Rozkład ładunku w cząsteczce – ładunki cząstkowe i metody ich obliczania, molekularny
potencjał elektrostatyczny
Oddziaływania międzycząsteczkowe – elektrostatyczne, dyspersyjne, van der Waalsa,
oddziaływania -, wiązania wodorowe, oddziaływania hydrofobowe i hydrofilowe
Analiza sekwencji i modelowanie białek – struktura białek, metody przewidywania
struktury białek, konstruowanie i ocena modelu, konkursy CASP (Critical Assessment of
protein Structure Prediction)
Farmakofory – budowanie farmakoforu; przeszukiwanie baz danych małych cząsteczek
Analiza zależności pomiędzy strukturą, a aktywnością – QSAR (deskryptory, analiza
deskryptorów, równanie QSAR) oraz 3D-QSAR (pola molekularne, CoMFA);
Dokowanie ligandów do receptora – znajdowanie miejsca wiążącego receptora/enzymu,
przygotowanie układu, algorytmy i metody dokowania, funkcje oceniające, dokowanie
jako narzędzie wirtualnego przesiewania (virtual screening);
Projektowanie nowych ligandów i modyfikacja istniejących – cząsteczki wiodące (lead
molecules); generowanie nowych ligandów (de novo drug design);
Teoretyczne przewidywanie właściwości ADMET (Absorption, Distribution,
Metabolism, Excretion and Toxicity);
Inne
Formy
i metody
dydaktyczne
Forma
i warunki
zaliczenia
Literatura
podstawowa
(nie więcej niż 3
pozycje)
Literatura
uzupełniająca
Przedmiotowe
efekty
kształcenia
Seminaria zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych oraz krótkich
dyskusji związanych z analizą wybranych publikacji naukowych.
Ćwiczenia (przy komputerach) zostaną wykonane według wręczonych studentom przed każdym
ćwiczeniem odpowiednich instrukcji zawierających także wzór opracowania uzyskanych wyników
w formie protokołu i/lub w formie elektronicznej (skoroszyt arkusza kalkulacyjnego, dokument
tekstowy, plik graficzny itp.).
Zaliczenie ćwiczeń na podstawie sporządzonych protokołów oraz utworzonych plików na dysku
twardym komputera.
Zaliczenie seminariów na podstawie udziału w dyskusjach oraz pozytywnej oceny z kolokwium
wyjściowego (min. 60% poprawnych odpowiedzi).
1. A. R. Leach, “Molecular Modelling”, Second edition, Pearson Prentice Hall, 2001
2. D. C. Young, „Computational Chemistry. A Practical Guide for Applying Techniques to RealWorld Problems”, Wiley, 2001
3. W. Kołos, J. Sadlej, “Atom i cząsteczka”, WNT, 2007
1. L. Piela, „Idee chemii kwantowej”, WN PWN, 2003
2. F. JENSEN, “Introduction to Computational Chemistry”, Wiley 1999
3. P.W. ATKINS, „Chemia fizyczna”, PWN 2007
4. Reviews in Computational Chemistry, Vol 17, Wiley, 2001
5. A.D. Baxevanis, B.F.F. Ouellette, „Bioinformatyka”, PWN 2004, rozdział 8
6. J.M. Bujnicki, „Przewidywanie struktury białek: Botlzmann i Darwin”, Kosmos, tom 54, 2005
7. J.M. Bujnicki, K. Ginalski, A. Koliński i J. Kosiński, „Odgadywanie struktur życia”, Świat
Nauki 02/2006, s. 38-47
Efekty kształcenia
Przedstawić w formie operatorowej:
Odniesienie do
- zna
kierunkowych
- potrafi
efektów kształcenia
- rozumie
- wykazuje umiejętności…..
E_W01
E_W02
E_W03
E_W04
Ma podstawową wiedzę w zakresie nauk przyrodniczych (matematyki,
fizyki, biofizyki, chemii)
Zna sposoby otrzymywania substancji aktywnych biologicznie za
pomocą różnych technologii, metody poprawiania właściwości tych
substancji i możliwości ich zastosowania w diagnostyce medycznej
i terapii
Ma wiedzę w zakresie matematyki, informatyki i podstaw statystyki na
poziomie pozwalającym na opisywanie zjawisk przyrodniczych
Zna podstawowe narzędzia i techniki stosowane w naukach
K_W01
K_W11
K_W14
K_W16
E_U01
E_U02
E_U03
E_U04
E_U05
E_U06
E_U07
E_K01
Bilans nakładu
pracy studenta
biologicznych i medycznych
Stosuje podstawowe narzędzia badawcze i techniki właściwe dla nauk
biologicznych i medycznych
Potrafi korzystać z technik informacyjnych do pozyskiwania
i przechowywania danych
Wykonuje proste zadania badawcze pod nadzorem opiekuna naukowego
Potrafi prowadzić dokumentację w zakresie podejmowanych działań
Wykazuje umiejętność poprawnego wnioskowania na podstawie danych
pochodzących z różnych źródeł
Potrafi prezentować w formie ustnej wyniki własnych badań lub
wybrane problemy naukowe w języku polskim
Uczy się samodzielnie w sposób ukierunkowany
Rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie
Na jeden pkt ECTS przypada od 25-30 godzin nakładu pracy studenta,
w tym godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim ( wykłady,
seminaria, ćwiczenia, konsultacje) plus samodzielna praca studenta
(przygotowanie do zajęć, do kolokwiów, do egzaminu, przygotowaniu
projektów, prezentacji, opracowywanie protokołów)
Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim
udział w wykładach
udział w ćwiczeniach
udział w seminariach
udział w konsultacjach związanych z zajęciami
Samodzielna praca studenta
przygotowanie do ćwiczeń
przygotowanie do seminariów
przygotowanie do kolokwiów
przygotowanie do egzaminu
K_U01
K_U03
K_U04
K_U05
K_U11
K_U14
K_U15
K_K01
6x3
1x2
5x2
5x 1
Razem
20
7x1
5x2
1x8
7
10
8
Razem
25
Liczba
ECTS
Liczba
godzin
Wskaźniki
ilościowe
10
5
35
Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi
bezpośredniego udziału nauczyciela
35
1
Nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym
Łącznie
27
60
1
2
Metody weryfikacji efektu kształcenia
Formujące
Nr efektu
kształcenia
E_W01-E_W04
E_U01-E_U05
E_U06
(np. wejściówka, obserwacja pracy studenta
w trakcie zajęć, ocena zdolności
do samodzielnej pracy….)
obserwacja pracy studenta podczas zajęć,
ocena zdolności do samodzielnej pracy,
kilkuminutowa dyskusja nad postawionym
problemem badawczym na forum całej grupy,
kolokwium końcowe
obserwacja pracy studenta podczas zajęć,
zwrócenie uwagi na umiejętność formułowania
problemów badawczych i ich rozwiązywania,
ocena zdolności do samodzielnej pracy,
kilkuminutowa dyskusja nad postawionym
problemem badawczym na forum całej grupy
obserwacja pracy studenta podczas zajęć,
Podsumowujące
(np. egzamin praktyczny, teoretyczny,
kolokwium…)
kolokwium końcowe
zaliczenie protokołów będących wynikiem
wykonanych ćwiczeń
E_U07
E_K01
Data
opracowania
programu
ocena zdolności do samodzielnej pracy,
kilkuminutowa dyskusja nad postawionym
problemem badawczym na forum całej grupy
w czasie zajęć
obserwacja pracy studenta podczas zajęć,
ocena zdolności do samodzielnej pracy,
kilkuminutowa dyskusja nad postawionym
problemem badawczym
obserwacja pracy studenta podczas zajęć,
ocena zdolności do samodzielnej pracy,
kilkuminutowa dyskusja na forum całej grupy
w czasie zajęć
25.03.2013
Program opracował
kolokwium końcowe
dr Zbigniew Dutkiewicz