
Biologia Estructural
Codi: 107534Crèdits: 6
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Biotecnologia | OP | 4 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- Guillem Prats Ejarque
- Correu electrònic :
- guillem.prats.ejarque@uab.cat
Equip docent
- Arnau Cordomi Montoya
- Silvia Lope Piedrafita
- Nuria Benseny Cases
- Ester Boix Borras
Equip docent (extern a la UAB)
- Fernando Gil
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
L'alumnat haurà d'haver superat les assignatures Tècniques Instrumentals Bàsiques, Tècniques Instrumentals Avançades i Química i Enginyeria de Proteïnes.
Objectius
L'objectiu general de l'assignatura és l'estudi estructural i funcional de les macromolècules biològiques.
L'assignatura inclou una descripció de les tècniques actuals de resolució i predicció de l'estructura tridimensional de macromolècules biològiques, així com les metodologies experimentals i computacionals per a l'estudi del seu comportament dinàmic i funcions.
Es donarà màxima prioritat a l'aplicació pràctica de la matèria impartida, de manera que l'alumnat pugui experimentar les tècniques descrites i simular el comportament de les macromolècules i els seus complexos en un context biològic.
Finalment, l'anàlisi estructural -funcional de macromolècules i la predicció de complexos supramoleculars s'aplicarà a exemples pràctics d'identificació de les bases moleculars de malalties i al disseny de fàrmacs.
Resultats d'aprenentatge
- CM25 (Treballar en equip i de manera col·laborativa per a la resolució de problemes en l'àmbit de la biologia de sistemes.) Treballar en equip i de manera col·laborativa per a la resolució de problemes en l'àmbit de la biologia de sistemes.
- KM25 (Descriure les bases físiques i químiques de la metodologia i instrumentació emprada en l'anàlisi genòmica, transcriptòmica, proteòmica, interactòmica i metabolòmica.) Descriure les bases físiques i químiques de la metodologia i instrumentació emprada en l'anàlisi genòmica, transcriptòmica, proteòmica, interactòmica i metabolòmica.
- SM24 (Modelitzar de manera quantitativa un procés o sistema biològic.) Modelitzar de manera quantitativa un procés o sistema biològic.
- SM25 (Analitzar la informació de bases de dades i programari necessari per a l'estudi de les correlacions entre estructura, funció i evolució de macromolècules.) Analitzar la informació de bases de dades i programari necessari per a l'estudi de les correlacions entre estructura, funció i evolució de macromolècules.
Continguts
TEORIA
Tema 1. Aplicacions biològiques de la radiació de sincrotró.
Introducció a la producció i característiques de la llum sincrotró. Microscòpies de raigs X i d’infraroig: introducció a les tècniques i aplicacions en biomedicina.
Tema 2. Tècniques microscòpiques avançades.
Criomicroscòpia electrònica, criotomografia; determinació de l’estructura de partícules úniques; microscòpia electrònica de transmissió, microscòpia electrònica de rastreig. Microscòpia de força atòmica i d’efecte túnel; espectroscòpia de forces; nanotribologia. Aplicacions en Biotecnologia i Biomedicina.
Tema 3. Cristal·lografia de raigs X i aplicacions
Fonaments de la determinació de l'estructura tridimensional de macromolècules per cristal·lografia; propietats dels cristalls, processament de dades de difracció i reconstrucció del model 3D. Noves metodologies amb fonts de llum de sincrotró de 4a generació (làsers d’electrons lliures, cristal·lografia en sèrie, experiments de resolució temporal i pel·lícules moleculars). Eines per a l'anàlisi de motius funcionals en macromolècules.
Tema 4. Eines bioinformàtiques per a l’anàlisi estructural de proteïnes
Introducció a la bioinformàtica estructural. Comparació de seqüències i estructures. Predicció d’estructura proteica: estructures secundàries, regions transmembrana i mètodes basats en intel·ligència artificial (AlphaFold). Modelització per homologia. Introducció als camps de força i a la dinàmica molecular de biomolècules. Estratègies de d’acoblament molecular i cribatge virtual per estudiar interaccions macromolècula–lligand.
PROBLEMES
Es proposarà la resolució de problemes pràctics que facilitaran la consolidació dels conceptes teòrics impartits. Bona part de les classes de problemes s'impartiran a l'aula d'informàtica, on es treballarà entre altres amb programes de predicció i anàlisi estructural.
PRÀCTIQUES
Es realitzaran 3 blocs de Pràctiques segons el temari de l'assignatura
1r bloc (Temes 1 i 2)
Pràctiques al Servei de Microscòpia Electrònica: Anàlisi de mostres biològiques mitjançant microscòpia òptica d’alta resolució i microscòpia electrònica de transmissió (tinció negativa i CrioTEM)
Pràctiques a l'aula d'informàtica SID: Resolució d'estructures per Microscòpia Electrònica
2n bloc (Tema 3)
Pràctiques de resolució d'estructures tridimensionals per Cristal·lografia de raigs X a l’aula d’informàtica SID. Anàlisi de regions funcionals en macromolècules a l’Aula informàtica SID.
3r bloc (Tema 4)
Visualització i anàlisi estructural: ús de PyMOL per explorar, representar i analitzar estructures de proteïnes i complexos macromoleculars.
Modelització i interaccions moleculars: construcció de models tridimensionals i estudi d’interaccions macromolècula–lligand mitjançant acoblament molecular.
Dinàmica molecular: introducció a la simulació de dinàmica molecular per analitzar la flexibilitat, estabilitat i comportament dinàmic de biomolècules.
SEMINARI:
Es preveu incloure un seminari especialitzat.
Sortida de camp:
Visita guiada al laboratori de Llum de sincrotró ALBA. Seminari a càrrec del Dr. Fernando Gil i explicació del funcionament de les estacions: BL-09, Microscopia de raigs X; BL-11, Difracció no cristal·lina i BL-13, Cristal·lografia de macromolècules.
Tutories
Es podran realitzar sessions de tutories durant el semestre. L'objectiu d'aquestes sessions és el de resoldre dubtes i repassar conceptes.
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Problemes | 10 | 0,4 | |
| Pràctiques | 9 | 0,36 | |
| Estudi personal | 52,5 | 2,1 | |
| Preparació de problemes/treballs científics | 41 | 1,64 | |
| Classes teòriques | 30 | 1,2 |
Classes de teoria
El professorat explicarà el contingut del temari amb el suport de material audiovisual que estarà a disposició dels estudiants al Campus Virtual de l’assignatura. Aquest material de suport estarà escrit en català, castellà o anglès.
Es preveu incloure un seminari d'un especialista en el camp.
Classes de problemes
Al llarg del curs es dedicaran 8 hores a sessions de classe de problemes. Les classes inclouran sessions a l'aula d'informàtica.
Pràctiques
El protocol de pràctiques es penjarà al Campus Virtual amb anterioritat a la sessió pràctica.
Les pràctiques inclouran sessions a l'aula d'informàtica.
Així mateix es realitzaran visites guiades a grans instalacions i equipaments especialitzats.
Cal comparèixer a les pràctiques amb el protocol de pràctiques (disponible al Campus Virtual) imprès i prèviament llegit i una llibreta per anotar les observacions realitzades i les dades obtingudes.
Les pràctiques, així com la seva avaluació, es duran a terme individualment o en grups de dues persones. L’assistència a les pràctiques és obligatòria, excepte en els casos en què hi hagi una causa justificada documentalment.
Tutories
Material disponible al Campus Virtual de l’assignatura
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Avaluació de Problemes | 15% | 1,25 | 0,05 | CM25, SM24, SM25 |
| Avaluació prova teòrica 1er +2on parcial | 70% | 5,25 | 0,21 | KM25, SM24, SM25 |
| Avaluació de Pràctiques | 15% | 1 | 0,04 | CM25, SM25 |
La qualificació es basarà en els seg elements:
1- Proves de continguts teòrics: màxim 7 punts
2- Proves de problemes: màxim 1,5 punt
3- Participació en les pràctiques: màxim 1,5 punt
Es podran incloure tasques per entregar de qualsevol de les tres tipologies (teoria, problemes i pràctiques).
El contingut de l'assignatura s'avaluarà distribuït en dos exàmens parcials.
El pes proporcional en la nota final de cadascun dels temes serà proporcional al nombre d’hores impartides per cada professor.
L’assignatura es considerarà superada quan la nota final sigui igual o superior a 50 sobre un màxim de 100.
Altres consideracions
Les alumnes i/o els alumnes que no puguin assistir a una prova d’avaluació individual per causa justificada i aportin la documentació oficial corresponent al Coordinador de l'assignatura, tindran dret a realitzar la prova en qüestió en una altra data.
En la nota final es tindrà en compte la participació a classe.
Per participar a la recuperació, l'alumnat ha d'haver estar prèviament avaluat en un conjunt d'activitats el pes de les quals equivalgui a un mínim de dues terceres parts de la qualificació total de l'assignatura o mòdul. Per tant, l'alumnat obtindrà la qualificació de \"No Avaluable\" quan les activitats d'avaluació realitzades tinguin una ponderació inferior al 67% en la qualificació final.
Normativa per pujar nota:
És possible millorar la nota dels exàmens parcials en ocasió de l’examen de recuperació. Es considerarà la segona nota obtinguda sempre i quan sigui superior a l’obtinguda en el primer examen.
En cas que la nota obtinguda en la segona oportunitat sigui inferior en 1 punt o més a la primera nota obtinguda, es considerarà que la nota definitiva d’aquesta part és la mitjana de les dues notes.
L’alumne tindrà 10 minuts a l’inici de l’examen per a decidir si vol realitzar o no la prova.
En l’adjudicació de la qualificació de Matrícula d’honor es prioritzaran les notes obtingudes en els exàmens parcials.
Càlcul de la qualificació final
Nota final = Teoria * 0.7 + Problemes* 0,15 + Pràctiques* 0,15
Per a aprovar l’assignatura la nota final ha de ser ≥ 5
Avaluació única:
L’alumnat que s’aculli a l’avaluació única ha de fer de forma presencial obligatòria totes les sessions de pràctiques de laboratori, pràctiques a l’aula d’informàtica i sortida de camp (visita al sincrotró).
L’avaluació única consisteix en una prova de síntesi única (amb preguntes de format variable sobre els continguts de les sessions de totes les tipologies). Totes les tasques encarregades durant el curs s’hauran d’entregar o durant la sessió corresponent o el dia de l’examen final.
La prova d’avaluació única es farà coincidint amb la data fixada al calendari de l’examen final per l’avaluació continuada i s’aplicarà el mateix sistema de recuperació que per l’avaluació continuada.
El càlcul de la nota final en l’avaluació única serà el següent:
Nota final = 0,80 *Teoria + 0,10 *Problemes + 0,10 *Pràctiques
Nota sobre l'ús de la IA
En aquesta assignatura, es permet l'ús de tecnologies d'Intel·ligència Artificial (IA) com a part integrant del desenvolupament del treball, sempre que el resultat final reflecteixi una contribució significativa de l'estudiant en l'anàlisi i la reflexió personal. L'estudiant haurà d'identificar clarament quines parts han estat generades amb aquesta tecnologia, especificar les eines emprades i incloure una reflexió crítica sobre com aquestes han influït en el procés i el resultat final de l’activitat. La no transparència de l’ús de la IA es considerarà falta d'honestedat acadèmica i pot comportar una penalització en la nota de l'activitat, o sancions majors en casos de gravetat.
Frau i ús indegut de la IA.
La realització de qualsevol irregularitat en un acte d’avaluació (frau acadèmic, plagi o ús indegut de la IA, tret que aquest ús estigui autoritzat expressament a la guia docent), que pugui conduir a una variació significativa de la qualificació, suposa que aquest acte es qualificarà amb un 0. En cas que la guia docent prevegi que per superar l’assignatura sigui requisit imprescindible haver obtingut una nota mínima en aquest acte d’avaluació o que es produeixin diverses irregularitats en els actes d’avaluació d’una mateixa assignatura, la qualificació final d’aquesta assignatura és 0. Al marge d’això, es podrà instruir un procés disciplinari a l’estudiant que incorri en alguna d’aquestes irregularitats
Bibliografia
ENLLAÇOS WEB
- Training Protein Data Bank Portal
https://pdb101.rcsb.org
- Protein Crystallography course. Structural Medicine. Cambridge University, MRC-LMB:
http://www-structmed.cimr.cam.ac.uk/course.html
- University of Cambridge. Crystallography. Teaching and Learning packages.
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/crystallography3/index.php
- Dpt. de Biología Estructural. CSIC, Madrid
http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/index-en.html
Llibres electrònics de lliure accés a la biblioteca de la UAB:
Integrative Structural Biology with Hybrid Methods Advances in Experimental Medicine and Biology. Vol. 1105. Haruki Nakamura; Gerard Kleywegt; Stephen K. Burley and John L. Markley. Springer. Cohen et al. editors. 2018
LLIBRES DE CONSULTA
Molecular Biology of Assemblies and Machines. A. C. Steven et al. (2016) Garland Science.
Proteins. Structures and Molecular Properties. Creighton T.E., (1993) 2ed Freeman W.H.and Co.
Introduction to Biophysical Methods for Protein and Nucleic Acid Research Glasel and Deutscher (1995) Academic Press
Crystal Structure Analysis for Chemists and Biologists. J.P. Glusker, M. Lewis and M. Rossi (1994) VCH Publishers, Inc.
Computational tools for Chemical Biology. [2018]. Editor: S. Martín-Santamaría. London. Chemical Biology series. Royal Society of Chemistry. ISBN: 978-1-78262-700-5. DOI: 10.1039/9781788010139.
Programari
UCSF Chimera; CCP4i2; Coot, Phenix; Modeller, AutoDock, AlphaFold, Pymol, RosettaFold
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura