Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина»



Скачать 90,37 Kb.
Дата22.05.2015
Размер90,37 Kb.
ТипПрограмма дисциплины




Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина»

для направления подготовки бакалавра

010400.62 «Прикладная математика и информатика» подготовки бакалавра





Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Факультет прикладной математики и кибернетики МИЭМ



Программа дисциплины

«Компьютерная молекулярная биология и медицина»


для направления 010400.62 «Прикладная математика и информатика» подготовки бакалавра

Автор программы:

Р.Г. Ефремов, д. ф.-м. н., профессор, efremov@nmr.ru, r-efremov@yandex.ru.

Одобрена на заседании кафедры прикладной математики «20» мая 2014 г.

Зав. кафедрой Карасев М. В.

Москва, 2014

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.

1.Область применения и нормативные ссылки


Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.

Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатики», изучающих дисциплину «Компьютерная молекулярная биология и медицина».



Программа разработана в соответствии с:

  • ФГОС 010400 "Прикладная математика и информатика" 62 бакалавр.

  • Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика», утвержденным в 2014 г.

2.Цели освоения дисциплины


Целью освоения дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» является ознакомление студентов с основными современными методами молекулярного компьютерного моделирования биологических макромолекул и надмолекулярных систем (на примере белков, биомембран и белок-мембранных комплексов).

3.Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины


В результате освоения дисциплины студент должен:

- Знать:

  • современные экспериментальные и теоретические методы исследования пространственной структуры и динамического поведения многоатомных биомолекулярных систем – на примере белков и биомембран;

  • порядки численных величин, характерные для различных разделов физики и физической химии;

  • физические основы, математические алгоритмы и программы, используемые в вычислительных экспериментах, направленных на изучение биомолекулярных систем;

- Уметь:

  • абстрагироваться от несущественного при моделировании реальных физических ситуаций;

  • пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных и прикладных задач;

  • делать обоснованные выводы из сопоставления результатов теории и эксперимента;

  • производить численные оценки по порядку величины;

  • видеть в биологических задачах физическое содержание;

  • осваивать новые предметные области, теоретические подходы, математические и физические модели, биологические особенности изучаемых объектов и экспериментальные методики, доступные для изучения последних;

  • эффективно использовать информационные технологии молекулярного моделирования и компьютерную технику для достижения необходимых теоретических результатов.

- Владеть:

  • навыками освоения большого объема информации;

  • навыками самостоятельной работы в лаборатории и Интернете;

  • навыками корректной обработки результатов моделирования и сопоставления их с имеющимися экспериментальными и литературными данными;

  • навыками теоретического анализа реальных задач, связанных с исследованием на атомном уровне свойств биомолекулярных систем и механизмов их функционирования.

4.Место дисциплины в структуре образовательной программы


Настоящая дисциплина является факультативом для данного направлению обучения.

5.Тематический план учебной дисциплины




Название раздела

Всего часов

Аудиторные часы

Самостоя­тельная работа

Лекции

Семинары

Практические занятия

1

Основы компьютерного моделирования биомолекулярных систем.

24

10




4

10

2

Методы расчета энергии биомолекулярных систем.

20

10




4

6

3

Учет эффектов сольватации в расчетах биомолекулярных систем.

26

6




10

10

4

Молекулярное моделирование белков, биомембран и белок-мембранных систем.

38

8




16

14




Всего

108

34




34

40



6.Формы контроля знаний студентов


Тип контроля

Форма контроля

4 и 5 курс, осенний семестр

Параметры **

Текущий

(неделя)


Отсутствует






Итоговый

Экзамен

В конце семестра

В устной форме.



7.Содержание дисциплины


Содержание дисциплины разбито на разделы, каждый включает в себя 4 темы, по которым проводится одна или две лекции и одно или два практических занятия.
1. Основы компьютерного моделирования биомолекулярных систем.

1.1. Обзор основных методов компьютерного моделирования биомолекулярных систем. Тип решаемых задач, получаемая информация. Реальный и вычислительный эксперимент.

1.2. Основы структурной организации белков и биологических мембран. Иерархия структуры белков. Липидные бислои как модели клеточных мембран.

1.3. Моделирование пространственной структуры белков на основании гомологии.

1.4. Вычислительная оценка межмолекулярных взаимодействий с участием белков: молекулярный докинг. Суть метода. Ограничения. Оценочные функции и проблема выбора корректных решений докинга. Характер решаемых задач. Примеры использования для разработки новых лекарств.
Литература по разделу:

1. Schlick T. Molecular Modeling and Simulation. An Interdisciplinary Guide. – N.Y.: Springer, 2006. – 635 p.

2. Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. – М.: КДУ, 2005. – 456 с.

3. Тиноко И., Зауэр К., Вэнг Дж., Паглиси Дж. Физическая химия. Принципы и применение в биологических науках: Пер. с англ.: М.: Техносфера, 2005. – 744 с.

4. Tramontano A. Protein Structure Prediction. Concepts and Applications. – Weinheim.: Wiley-VCH, 2006. – 205 p.

5. Ефремов Р.Г., Шайтан К.В. Молекулярное моделирование нано- и биоструктур. Учебно-методический комплекс для магистров. - М., 2011. НОУДПО "Институт АйТи". - 129 с.

6. Рубин А.Б. Биофизика: Уч. пос. в 2-х т. - М.: Изд-во МГУ; изд-во «Наука», 2004. – Т. 1 - 448 с.

7. Генис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. – М.: «Мир», 1997. – 623 с.


2. Методы расчета энергии биомолекулярных систем.

2.1. Понятие эмпирического силового поля. Аналитические выражения для расчета потенциальной энергии молекулярных систем. Физическая подоплека. Вид отдельных термов в выражении для потенциальной энергии.

2.2. Параметризация силовых полей. Экспериментальные данные или квантовохимические расчеты?

2.3. Приближения, используемые в методах эмпирических силовых полей (периодические граничные условия, функции обрезания потенциала, зарядовые группы, наложенные ограничения и т.д.)

2.4. Примеры использования молекулярной механики в расчетах биомолекул, программы. Современные методы расчета энергии сложных надмолекулярных систем – на примере белков и биомембран.
Литература по разделу:

1. Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика. - М.: Наука, 1975. - 616 с.

2. Дашевский В.Г. Конформационный анализ органических молекул. - М.: Химия, 1982. - 509 с.

3. Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия: В 3-х т. Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - Т. 1 – 336 с.

4. Рубин А.Б. Биофизика: Уч. пос. Т. 1. - М.: Изд-во МГУ; изд-во «Наука», 2004. – 448 с.

5. Полозов Р.В. Метод полуэмпирического силового поля в конформационном анализе биополимеров. М., Наука, 1981. – 215 с.

6. Попов Е.М. Структурная организация белков. М.: Наука, 1989. – 352 с.

7. Schlick T. Molecular Modeling and Simulation. An Interdisciplinary Guide. – N.Y.: Springer, 2006. – 635 p.

8. Буркерт У., Эллинджер Н. Молекулярная механика: Пер. с англ.: М.: Мир, 1986. – 364 с.
3. Учет эффектов сольватации в расчетах биомолекулярных систем.

3.1. Роль эффектов среды в формировании пространственной структуры и функционировании биомолекул.

3.2. Модели неявно заданного растворителя. Простейшие диэлектрические модели, решение уравнения Пуассона-Больцмана, диполи Ланжевена, атомные параметры сольватации.

3.3. Модели явно заданного растворителя. Периодические граничные условия, граничный потенциал, создание моделей чистых растворителей.

3.4. Модели сольватации, имитирующие клеточные мембраны. Достоинства и недостатки различных моделей среды, примеры использования и программы.
Литература по разделу:

1. Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия: В 3-х т. Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - Т. 3 – 536 с.

2. Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. – М.: КДУ, 2005. – 456 с.

3. Allen M.P., Tildesley D.J. Computer Simulation of Liquids. – Oxford: Clarendon Press. – 1987. – 385 p.

4. Schlick T. Molecular Modeling and Simulation. An Interdisciplinary Guide. – N.Y.: Springer, 2006. – 635 p.
4. Молекулярное моделирование белков, биомембран и белок-мембранных систем.

4.1. Строение и физико-химические свойства биомембран. Теоретические модели биомембран.

4.2. Структура и динамика гидратированных липидных бислоев. Макроскопические параметры; латеральные неоднородности и нано-кластеры, их биологическая роль. Информация, которую можно получить в компьютерном эксперименте.

4.3. Метод молекулярной динамики: формулировка задачи, алгоритмы интегрирования уравнений движения, задание начальных условий, вычислительные протоколы.

4.4. Типы мембранных белков, установленные пространственные структуры. Особенности мембранных белков, идентификация мембранных участков, расчеты взаимной ориентации мембранных сегментов. Характеризация гидрофобных и гидрофильных свойств мембранных белков.
Литература по разделу:

1. Генис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. – М.: «Мир», 1997. – 623 с.

2. Ефремов Р.Г., Шайтан К.В. Молекулярное моделирование нано- и биоструктур. Учебно-методический комплекс для магистров. - М., 2011. НОУДПО "Институт АйТи". - 129 с.

3. Рубин А.Б. Биофизика: Уч. пос. В 2-х т. - М.: Изд-во МГУ; изд-во «Наука», 2004. - Т. 1 – 448 с.

4. Рапапорт Д.К. Искусство молекулярной динамики. – Пер. с англ.: Ижевск: Изд-во «Регулярная и хаотическая динамика - Институт компьютерных исследований», 2012. – 630 с.

5. Allen M.P., Tildesley D.J. Computer Simulation of Liquids. – Oxford: Clarendon Press. – 1987. – 385 p.

6. Schlick T. Molecular Modeling and Simulation. An Interdisciplinary Guide. – N.Y.: Springer, 2006. – 635 p.

7. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике: Пер. с англ.: М., Наука, 1990. – 176 с.



8.Образовательные технологии


Проведение лекций и практических занятий.

9.Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента

10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

11. Материльно-техническое обеспечение дисциплины


Практические занятия проводятся в компьютерном классе с удаленным доступом к сети Интернет.


Похожие:

Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconУчебная программа дисциплины дисциплина Молекулярная биология Укрупненная группа 020000 Естественные науки

Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconПрограмма дисциплины " компьютерная геометрия и графика" Рекомендуется Министерством образования РФ для направления подготовки
В результате изучения дисциплины “Компьютерная геометрия и графика” студентом должны быть приобретены следующие знания, умения и...
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconРабочая программа дисциплины опд. В. 05 Судебная медицина для специальности 030501. 65 Юриспруденция

Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconПрограмма курса "молекулярная биология" для студентов 2 курса, семестр 4
Рассматриваются обратная транскрипция и репарация. Излагаются молекулярные основы возникновения жизни на Земле: от образования биологических...
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconМолекулярная биология
В основу настоящей программы положены следующие разделы: структура и функции белков; структура и биосинтез нуклеиновых кислот; структура...
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconПрограмма разработана экспертным советом Высшей аттестаци­онной комиссии по биологическим наукам
Гией. Место биохимии в системе наук, свя­занных с физико-химической биологией. Основные этапы развития биохи­мии. Молекулярная биология...
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconЛьвов Алексей Семенович, старший
К рабочей программе дисциплины «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика»
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconУчебно-методический комплекс учебной дисциплины «Компьютерная геометрия и графика»
«Экономической информатики проф., д э н и автоматизации управления» М. Ю. Денисов
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconПрименение компьютерных технологий на уроках биологии
В отечественной общеобразовательной школе в последние годы компьютерная техника и другие средства информационных технологий стали...
Программа дисциплины «Компьютерная молекулярная биология и медицина» iconУчебно-методический комплекс дисциплины (модуля) Психология и педагогика Направление подготовки 020400. 62 Биология
Рабочая программа составлена на основании фгос впо, в соответствии с целями (миссией) и задачами ооп впо и учебного плана направления...
Разместите кнопку на своём сайте:
docs.likenul.com


База данных защищена авторским правом ©docs.likenul.com 2015
обратиться к администрации
docs.likenul.com