Universitat Internacional de Catalunya
Interacció de Biomolècules
Altres llengües d'impartició: català, castellà
Professorat
La interacció amb el professorat es farà prèvia sol·licitud a través del correu electrònic:
Antonio Viayna: aviayna@uic.es
Presentació
Tot sistema biològic està constituït per una gran i diversa xarxa d' interaccions biomoleculars.
En aquesta assignatura, l'alumnat entendrà com les biomolècules interaccionen, sabrà quines tècniques experimentals i eïnes bioinformàtiques hi ha disponibles per a l'anàlisi d'interaccions proteïna-proteïna i proteïna-lligand.
Es familiaritzarà i usarà bases de dades i servidors disponibles per estudiar i analitzar aquestes interaccions. Se'ls introduirà en l'àrea estructural de la bioinformàtica per a la simulació i predicció in-silico d'interaccions biomoleculars.
La assignatura Interacció de Biomolècules contribueix als Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS) de la Agenda 2030, particualarment als ODS 3, 4 i 9, mitjançant la promoció de la salud i benestar de les persones, el foment del pensament crític i formació de profesionals a través d'una educació de qualitat i contribuint al desenvolupament de noves tecnologies, medicaments i eines diagnóstiques.
Requisits previs
Coneixements sobre estructura i funció de les molècules, genètica, biologia cel·lular i biologia molecular.
Objectius
- Guiar l'alumnat en la comprensió dels principis fisicoquímics i els mecanismes fonamentals de les interaccions biomoleculars, i com aquestes interaccions són essencials per al funcionament cel·lular, la regulació biològica i el desenvolupament de malalties.
- Capacitar l'alumnat per utilitzar bases de dades especialitzades i eines computacionals avançades per estudiar, modelar i predir interaccions biomoleculars.
- Fomentar en els/les estudiants la capacitat d'analitzar i predir els efectes de les mutacions genètiques sobre l'estructura i la funció de les proteïnes, utilitzant eines de modelatge computacional i simulació, i discutir les implicacions d'aquests canvis en el context de malalties humanes.
Competències/Resultats d’aprenentatge de la titulació
- CP05 - Aplicar els fonaments biològics en la recerca de solucions pràctiques a problemes en l’àmbit de la salut, seguint les normes ètiques i de rigor científic i respectant els drets fonamentals d’igualtat entre homes i dones, i la promoció dels drets humans i els valors propis d’una cultura de pau i de valors democràtics que inclouen el foment d’un llenguatge inclusiu, no discriminatori i lliure d’estereotips.
- HB08 - Utilitzar les eines bioinformàtiques bàsiques per analitzar l’estructura i interacció de les principals biomolècules, així com els recursos bioinformàtics propis de l’àmbit de la recerca biomèdica.
Resultats d’aprenentatge de l’assignatura
En acabar el curs, l’alumnat ha de:
- Identificar i descriure els fonaments fisicoquímics i les principals interaccions entre biomolècules, així com el seu paper en la funció cel·lular i en el desenvolupament de malalties.
- Analitzar l'impacte de les mutacions genètiques en l'estructura i funció de les proteïnes, i com aquestes variants poden estar relacionades amb malalties o estats saludables.
- Utilitzar bases de dades d’interacció biomolecular per identificar complexos proteïna-proteïna i proteïna-ligand, i per explorar xarxes d’interaccions relacionades amb malalties i vies metabòliques.
- Caracteritzar les interaccions de proteïnes a nivell estructural i energètic utilitzant tècniques experimentals i eines computacionals, com el modelatge per "docking" i les simulacions d’afinitat d’unió.
- Predir com les mutacions en les proteïnes poden alterar l’afinitat d’unió en interaccions proteïna-ligand o proteïna-proteïna, utilitzant eines de simulació i anàlisi computacional.
- Utilitzar eines bioinformàtiques per a la simulació molecular i la predicció d’interacció de biomolècules.
-
Aplicar eines basades en intel·ligència artificial per donar suport a la predicció d’estructures o interaccions biomoleculars i comparar-ne els resultats amb mètodes computacionals tradicionals.
-
Avaluar l’ús de models d’intel·ligència artificial en la predicció d’estructures de proteïnes, interaccions proteïna-proteïna/proteïna-lligand i efectes de mutacions, identificant-ne els avantatges, les limitacions i les possibles aplicacions biomèdiques.
-
Utilitzar models d’intel·ligència artificial (per exemple, predictors d’estructura o afinitat) per analitzar interaccions biomoleculars i estimar l’impacte de mutacions sobre l’estabilitat o l’afinitat d’unió en complexos proteïna-proteïna o proteïna-lligand.
Continguts
Classes Magistrals (CM):
- Fonaments de l'interacció de biomolècules
- Propietats fisicoquímiques
- Tipus d'interaccions de proteïnes
- Proteïna-Proteïna
- Proteïna-Lligand
- Variants genètiques en estat saludable i en malaltia
- Impacte de les mutacions en l'estructura i la funció de les proteïnes
- Principals bases de dades d'interacció de biomolècules
- Complexos proteïna-proteïna i proteïna-lligand
- Xarxes d'interacció de proteïna-proteïna
- Xarxes amb malalties relacionades
- Xarxes de rutes metabòliques i mol·leculars
- Afinitats d'unió
- Caracterització de l'interacció de proteïnes
- Caracterització estructural de l'interacció de proteïnes
- Tècniques experimentals
- Caracterització estructural de les proteïnes i les interfícies de proteïna-proteïna/lligand
- Modelatge computacional d'interacció de proteïnes
- Template-based docking
- Ab initio docking
- Modelatge integrador d'interacció de proteïnes
- Caracterització energètica d'interacció de proteïnes
- Tècniques experimentals
- Eïnes computacionals disponibles
- Limitacions actuals
Mètodes del Cas (MC):
- Análisis d'una interacció de proteïa-proteïna específica fent servir bases de dades d'interacció.
- Simulació proteïna-lligand.
- Predicció de canvis en l'afinidat d'unión després d'una mutació.
Laboratori:
- Bases de dades i servidors per a la caracterització estructural de proteïnes i interacció de biomolècules.
- ús d'eïnes computacionals per a simular i predir interaccions moleculars relacionades amb Malària.
Metodologia i activitats formatives
Modalitat totalment presencial a l'aula
Modalitat totalment presencial a l’aula
1. Classes magistrals – 20 hores: Exposició d’un tema teòric per part del professorat.
2. Mètodes del cas (MC) – 6 hores: Plantejament d’una situació real o imaginària. L’alumnat treballa les preguntes formulades en grups reduïts o en interacció activa amb el professorat, i es discuteixen les respostes. El professorat intervé activament i aporta nous coneixements.
3. Classes pràctiques – 4 hores: Es fan en grups reduïts. El professorat planteja un problema i intervé en la cerca de la solució, mentre l’alumnat desenvolupa la metodologia implementada pel professorat.
4. Educació virtual (EV): Material en línia disponible a través de la intranet.
Sistemes i criteris d'avaluació
Modalitat totalment presencial a l'aula
1. Alumnat en primera convocatòria:
- Examen parcial: 20%
- Examen final: 40%
- Mètodes del cas: 20%
- Sessions pràctiques: 20%
2. Alumnat en segona convocatòria:
Únicament es podrà repetir l'examen final. Computant en la nota final l'examen parcial, mètodes del cas i els exercicis pràctics obtinguts en la primera convocatòria.
3. Alumnat que repeteix l'assignatura:
La nota d'avaluació continuada (participació a classe, mètodes del cas, pràctiques) es guardarà, tot i que sempre que ho desitgin, els alumnes podran repetir l'assistència a classe i obtenir una nova nota. D'altra banda, els alumnes podran escollir si realitzen el parcial i el final, o si realitzen únicament el final, que els comptarà el 60% de la nota.
---
Punts generals a tenir en compte sobre el sistema d' avaluació:
1) Per poder fer mitjana, en l'examen final s'haurà d'obtenir un 5 de nota mínima.
2) Els exàmens són tipus test. L'examen tipus test conté 4 opcions de resposta, comptant +1 cada resposta correcta i -0.33 cada resposta incorrecta.
3) Assistència a classe:
- Es recomana l'assistència regular a les classes de teoria.
- L'assistència a les classes magistrals no és obligatòria, però els assistents s'hauran de regir per les normes que indiquin els professors. L'expulsió d'un alumne de classe magistral o mètode del cas, repercutirà negativament en les avaluacions continuades.
- L'assistència a mètodes del cas és obligatòria. Tots els mètodes del cas seran avaluats. La falta d'assistència haurà de ser justificada (malaltia, etc), pel contrari, es perdrà el dret a ser evaluat/evaluada del mètode del cas en concret.
- L'assistència a pràctiques és obligatòria i els alumnes han d'assistir en els grups assignats. L'expulsió d'un alumne de l'aula de pràctiques significarà la suspensió automàtica de l'assignatura.
- En la concessió de les Matrícules d'Honor, entre els candidats es tindrà especial consideració la seva participació i implicació en l'assignatura, així com el respecte per les normes bàsiques.
- L'ús indegut d'aparells electrònics com mòbils, taules o ordinadors portàtils pot comportar l'expulsió de classe. Com a ús indegut s'entén l'enregistrament i difusió tant dels alumnes o professors durant les diferents lliçons així com l'ús d'aquests aparells amb fins lúdics i no educatius.
Bibliografia i recursos
Protein Structure Prediction. Methods in Molecular Biology, vol 2165 (2020). Humana Press. Edited by Daisuke Kihara. ISBN: 978-1-0716-0710-7. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-0716-0708-4
Protein-Protein Interactions. Methods in Molecular Biology, vol 1278 (2015). Human Press. Edited by Cheryl L. Meyerkord, Haian Fu. ISBN: 978-1-4939-2425-7. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4939-2425-7
Protein-Protein Interactions and Networks. Methods in Molecular Biology, vol (2008). Humana Press. Edited by Panchenko A, Przytycka T. ISBN: 978-1-84800-125-1 https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-84800-125-1
Protein-Ligand Interactions. Methods in Molecular Biology, vol 305 (2005). Humana Press. Edited by G. Ulrich Nienhaus. ISBN: 978-1-61737-525-5. https://link.springer.com/book/10.1385/1592599125
Protein-Protein Interactions in Human Disease. Advances in Protein Chemistry and Structural Biology, vol 110 (2018). Edited by Rossen Donev. ISBN: 978-0-12-814344-5. https://www.sciencedirect.com/bookseries/advances-in-protein-chemistry-and-structural-biology/vol/110/suppl/C
Structural Bioinformatics. Methods in Molecular Biology, vol 2112 (2020). Humana Press. Edited by Zoltán Gáspári. ISBN: 978-1-0716-0272-0. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-0716-0270-6
Lehninger: principles of biochemistry (4th edn) D. L. Nelson and M. C. Cox, W. H. Freeman & Co., New York ISBN 0-7167-4339-6 (2004). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cbf.1216
Prediction of protein assemblies, the next frontier: The CASP14-CAPRI experiment. Lensink MF, Brysbaert G, Mauri T, Nadzirin N, Velankar S, Chaleil RAG, Clarence T, et al. (2021), Proteins, 89(12):1800-1823. https://doi.org/10.1002/prot.26222
Structural and Computational Characterization of Disease-Related Mutations Involved in Protein-Protein Interfaces. Navío D, Rosell M, Aguirre J, de la Cruz X, Fernández-Recio J. (2019), Int J Mol Sci, 20(7):1583. https://doi.org/10.3390/ijms20071583
Hot-spot analysis for drug discovery targeting protein-protein interactions. Expert Opin Drug Discov. Rosell M, Fernández-Recio J. (2018), 13(4):327-338. https://doi.org/10.1080/17460441.2018.1430763
Weak protein–ligand interactions studied by small-angle X-ray scattering. Tuukkanen, A.T. and Svergun, D.I. (2014), FEBS J, 281: 1974-1987. https://doi.org/10.1111/febs.12772
First homology model of Plasmodium falciparum glucose-6-phosphate dehydrogenase: Discovery of selective substrate analog-based inhibitors as novel antimalarial agents. Alencar N, Sola I, Linares M, Juárez-Jiménez J, Pont C, Viayna A, Vílchez D, et al. (2018), Eur J Med Chem, 146:108-122. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2018.01.044
Docking-based identification of small-molecule binding sites at protein-protein interfaces. Rosell M, Fernández-Recio J. (2020), Comput Struct Biotechnol J., 18:3750-3761. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2020.11.029
Període d'avaluació
- E1 22/05/2026 A08 14:00h
- E2 30/06/2026 I3 16:00h