Aspectos generales
Responsable
Métodos de evaluación
| Método |
Cantidad |
Porcentaje |
| Examenes sorpresa |
4 |
20% |
| Participación en clase |
14 |
30% |
| Proyecto de investigación |
1 |
30% |
| Tareas |
6 |
20% |
Integrantes
| Integrante |
Rol |
Horas |
Actividad complementaria |
| GARDUÑO JUÁREZ RAMÓN |
Responsable |
64.00 |
|
Introducción
INTRODUCCIÓN
El modelado computacional de biomoléculas se ha convertido en una herramienta indispensable en la ciencia y tecnología biomolecular, junto a los experimentos y la teoría. Esta técnica juega un papel clave en el descubrimiento de nuevos fármacos, en la elucidación de la estructura de proteínas y complejos proteicos; así como en la comprensión de la organización de membranas biológicas, polisacáridos y ácidos nucleicos; todos ellos son de sistemas dinámicos, cuyos movimientos internos desempeñan un papel funcional importante en la reactividad bioquímica.
Este curso cubre las técnicas básicas del modelado molecular y de las simulaciones por computadora que se aplican al estudio de la función y estructura de biomoléculas. Basándose en una formación básica en fisicoquímica (se supone que los alumnos tienen este conocimiento), este curso presenta la teoría básica detrás de las técnicas de simulación biomolecular como la química cuántica, la mecánica molecular (MM) y la dinámica molecular (DM). Se revisará el empleo de técnicas gráficas para la representación de la estructura y reactividad de las moléculas.
Este curso está diseñado principalmente para estudiantes de posgrado y estudiantes de licenciatura avanzados en las áreas de física, química, biología molecular, o de otros campos del conocimiento, que necesiten adiestrarse en la teoría de la simulación y modelado molecular.
JUSTIFICACIÓN
Son muchos los tipos de problemas bioquímicos que pueden estudiarse empleando las técnicas de modelado y simulación molecular con el propósito último de tratar de eliminar experimentos costosos en términos económicos y/o morales (e.g., experimentación animal).
La DM se puede considerar como un "microscopio virtual" con alta resolución espacial y temporal. Por medio de ésta, se pueden calcular diferentes propiedades fisicoquímicas del sistema como la energía libre, entropía, solubilidad, viscosidad, presión, temperaturas de cambio de fase, y en sistemas biológicos, permite medir la fuerza de interacción entre posibles fármacos y sus dianas biomoleculares o receptores. La simulación de los sistemas moleculares complejos es el desarrollo de modelos capaces de describir los procesos relevantes que caracterizan a estos materiales, que ocurren en la escala de su microestructura, y que ejercen influencia en los procesos que tienen lugar a nivel macroscópico. La DM se utiliza sobre todo en biofísica y en la ciencia de materiales. Hoy en día, la DM se ha aplicado al estudio de la estructura y función de proteínas y membranas virales como las del VIH, influenza y SARS-CoV-2.
Objetivos
- Introducir al estudiante a la formulación de modelos moleculares tanto detallados como simplificados.
- Introducir al estudiante a los algoritmos básicos y avanzados para computar el comportamiento termodinámico y cinético de biomoléculas.
- Despertar en el estudiante la intuición física necesaria para desarrollar e interpretar nuevos “experimentos” de simulación.
- Mostrar la interconexión entre experimento y teoría, explicando la importancia del modelo y alentando a la “experimentación” con distintos modelos aplicados a sistemas más apegados a la realidad biológica.
Temario
Semana 1
Clase: Introducción y Visualización en Estéreo – Dr. Garduño
Planeación: PLANEACIÓN DE LOS PROYECTOS Y TAREAS
Semana 2
Clase: Generalidades de los Métodos de Simulación Molecular – Dr. Garduño
Clase: Repaso de Química y Bioquímica General – Dr. Garduño
Semana 3
Clase: Repaso de Química Cuántica – Dr. Garduño
Clase: Campos de Fuerzas Clásicos y Funciones de Energía Potencial – Dr. Garduño
Semana 4
Clase: Minimización de la Función de Energía – Dr. Garduño
Clase: Interacciones Biomoleculares y Termodinámica – Dr. Garduño
Semana 5
Clase: Principios Básicos de Dinámica Molecular – Dr. Garduño
Clase: Termostatos, Baróstatos, Algoritmo de Verlet, Sumas de Ewald – Dr. Garduño
Semana 6
Clase: Inicialización de una Dinámica Molecular – Dr. Garduño
Clase: Electrostática y Métodos de Solvatación – Dr. Garduño
Semana 7
Clase: Métodos para el Cálculo de la Energía Libre – Dr. Garduño
Clase: Análisis de la Trayectoria de una Simulación Molecular – Dr. Garduño
Semana 8
Clase: Cálculo de Propiedades Termodinámicas – Dr. Garduño
Clase: Técnicas Avanzadas de Dinámica Molecular – Dr. Garduño
Semana 9
Clase: QC/MM para el estudio de Reacciones Enzimáticas – Dr. Garduño
Clase: Cálculo de la Energía de Asociación – Dr. Garduño
Semana 10
Clase: Introducción al Modelado de Grano Grueso – Dr. Garduño
Clase: Uso de Servidor Gratuito para Simulaciones de Dinámica Molecular – Dr. Garduño
Semana 11
Práctica: Simulación de Proteínas en agua – Dr. Garduño
Práctica: Simulación de Proteínas en Membranas – Dr. Garduño
Semana 12
Práctica: Simulación de un Complejo Ligando-Proteína I – Dr. Garduño
Práctica: Simulación de un Complejo Ligando-Proteína II – Dr. Garduño
Semana 13
Práctica: Muestreo Sombrilla – Dr. Garduño
Práctica: Energía Libre de Solvatación – Dr. Garduño
Semana 14
Seminario: Presentación de artículos - Estudiantes
Seminario: Presentación de artículos - Estudiantes
Semana 15
Seminario: Presentación de artículos - Estudiantes
Seminario: Presentación de artículos - Estudiantes
Semana 16
Revisión: REVISIÓN FINAL DE PROYECTOS
Revisión: REVISIÓN FINAL DE PROYECTOS
Descargables
