Universitat Internacional de Catalunya

Interacció de Biomolècules

Interacció de Biomolècules
3
13504
3
Segon semestre
OB
EINES INFORMÀTIQUES BÀSIQUES EN SALUT
Llengua d'impartició principal: anglès

Altres llengües d'impartició: català, castellà

Professorat


La interacció amb el professorat es farà prèvia sol·licitud a través del correu electrònic:

Mireia Rosell: mrosello@uic.es
Antonio Viayna: aviayna@uic.es

 

 

Presentació

 

Tot sistema biològic està constituït per una gran i diversa xarxa d' interaccions biomoleculars. En aquesta assignatura l'estudiant 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.


Requisits previs

 

Coneixements sobre estructura i funció de les molècules, genètica, biologia cel·lular i biologia molecular.

Objectius

  • Conèixer els mecanismes energètics involucrats en les interaccions biomoleculars.
  • Aprendre i extreure informació de les bases de dades i servidors.
  • Conèixer les tècniques experimentals per a l'estudi i la caracterització estructural de les interaccions biomoleculars.
  • Entendre i executar eines bioinformàtiques per a la simulació molecular i la predicció d'interacció de biomolècules.

 

 

Competències

Competències Bàsiques:

- Que els estudiants hagin demostrat posseir i comprendre coneixements en una àrea d'estudi que parteix de la base de l'educació secundària general, i se sol trobar a un nivell que, si bé es recolza en llibres de text avançats, inclou també alguns aspectes que impliquen coneixements procedents de l' avantguarda del seu camp d' estudi.

- Que els estudiants tinguin la capacitat de reunir i interpretar dades rellevants (normalment dins de la seva àrea d'estudi) per emetre judicis que incloguin una reflexió sobre temes rellevants d'índole social, científica o ètica.


Competències generals i específiques
:

- Utilitzar les eines bioinformàtiques pròpies de l'àmbit de la recerca biomèdica.

- Identificar i saber utilitzar les eines bàsiques de l'àmbit de la bioinformàtica i saber analitzar l'estructura i interacció de les principals biomolècules.


Competències transversals:

- Desenvolupar la capacitat d'organització i planificació adequades al moment.
- Desenvolupar la capacitat per a la resolució de problemes.
- Desenvolupar la capacitat d'anàlisi i síntesi.
- Interpretar resultats experimentals i identificar elements consistents i inconsistents.
- Usar internet com a mitjà de comunicació i com a font d'informació.
- Saber comunicar, fer presentacions i redactar treballs científics.
- Ser capaç de treballar en equip.
- Raonar i avaluar les situacions i resultats des d' un punt de vista crític i constructiu.
- Tenir la capacitat de desenvolupar habilitats en les relacions interpersonals.
- Ser capaç de dur a terme un aprenentatge autònom.
- Aplicar els coneixements teòrics a la pràctica.
- Aplicar el mètode científic.
- Respectar 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.

Resultats d'aprenentatge

  • Coneix i sap usar les bases de dades més utilitzades per predir i extreure informació sobre la interacció de biomolècules
  • Usa eines informàtiques per caracteritzar i predir la interacció de biomolècules a nivell estructural.
  • Sap les limitacions actuals en l'estudi de les interaccions moleculars.
  • Treballa en equip, raona i aplica el mètode científic.

Continguts

Classes Magistrals (CM):

  1. Fonaments de l'interacció de biomolècules
    1. Propietats fisicoquímiques
    2. Tipus d'interaccions de proteïnes
      • Proteïna-Proteïna
      • Proteïna-Lligand
    3. Variants genètiques en estat saludable i en malaltia
    4. Impacte de les mutacions en l'estructura i la funció de les proteïnes
  2. Principals bases de dades d'interacció de biomolècules
    1. Complexos proteïna-proteïna i proteïna-lligand
    2. Xarxes d'interacció de proteïna-proteïna
    3. Xarxes amb malalties relacionades
    4. Xarxes de rutes metabòliques i mol·leculars
    5. Afinitats d'unió
  3. Caracterització de l'interacció de proteïnes
    1. Caracterització estructural de l'interacció de proteïnes
      1. Tècniques experimentals
      2. Caracterització estructural de les proteïnes i les interfícies de proteïna-proteïna/lligand
      3. Modelatge computacional d'interacció de proteïnes
        • Template-based docking
        • Ab initio docking
      4. Modelatge integrador d'interacció de proteïnes
    2. Caracterització energètica d'interacció de proteïnes
      1. Tècniques experimentals
      2. Eïnes computacionals disponibles
  4. Limitacions actuals

 

Mètodes del Cas (MC):

  1. Análisis d'una interacció de proteïa-proteïna específica fent servir bases de dades d'interacció.
  2. Simulació proteïna-lligand.
  3. Predicció de canvis en l'afinidat d'unión després d'una mutació.

 

Laboratori:

  1. Bases de dades i servidors per a la caracterització estructural de proteïnes i interacció de biomolècules.
  2. ús d'eïnes computacionals per a simular i predir interaccions moleculars relacionades amb Malària.

Metodologia i activitats formatives

Modalitat totalment presencial a l'aula



Classes magistrals: Lliçó teòrica en dues sessions de 50min. d'exposició oral per part del professor.

Casos clínics o mètodes del cas (MC): Plantejament d'una situació real o imaginària. Els alumnes treballen les preguntes formulades en grups reduïts o en interacció activa amb el professor i es discuteixen les respostes. El professor intervé activament i aporta nous coneixements.

Sessions pràctiques: Es fan en grups reduïts. El professor planteja un problema i intervé en la recerca de la solució,  els alumnes desenvolupen la metodologia implementada per part del professor.

Educació virtual (EV): Material on-line disponible a través de la intranet.

Sistemes i criteris d'avaluació

Modalitat totalment presencial a l'aula



1) Alumnes en primera convocatòria:

Examen parcial: 20%
Examen final: 40%
Mètodes del cas: 20%
Sessions pràctiques: 20%

2) Alumnes 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) Alumnes que repeteixen 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 -0.25 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