Word версия

д.ф.м.н., доцент каф. Биоинженерии
биофака МГУ, в.н.с. ИБХ РАН
Р.Г. Ефремов
КУРС ЛЕКЦИЙ
“МОЛЕКУЛЯРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОПОЛИМЕРОВ”
Лекции 1-2
Метод эмпирического силового поля в моделировании биомолекул.
Современное состояние проблемы.
Возникновение и развитие эмпирических силовых полей.
Параметризация силовых полей.
Методы расчета потенциальной энергии молекулярных систем.
Ограничения и приближения, современные силовые поля, перспективы развития.
Лекции 3-4.
Метод молекулярной механики.
Приближения, используемые в методах эмпирических силовых полей (периодические
граничные условия, функции обрезания потенциала, зарядовые группы, наложенные
ограничения и т.д.)
Алгоритмы минимизации энергии молекулярных систем.
Примеры использования молекулярной механики в расчетах биомолекул, программы.
Лекции 5-6.
Метод молекулярной динамики.
Формулировка задачи, алгоритмы интегрирования уравнений движения, задание начальных
условий.
Концепции температуры и давления в задачах молекулярной динамики.
Статистические ансамбли, протоколы молекулярной динамики.
Примеры использования молекулярной динамики в расчетах биомолекул, программы.
Лекция 7.
Метод Монте-Карло в моделировании биомолекул
Принцип метода, критерий Метрополиса.
Типичные алгоритмы реализации метода Монте-Карло (моделирование равновесных
состояний, конформационный поиск, взаимодействия белок-лиганд).
Сравнительные характеристики методов Монте-Карло и молекулярной динамики.
Примеры использования методов Монте-Карло в расчетах биомолекул, программы.
Лекция 8.
Методы расчета свободной энергии в молекулярных системах.
Относительная свободная энергия.
Общие принципы, формулировка задачи.
Метод термодинамического интегрирования с использованием разностных методов.
Абсолютная свободная энергия.
Общие принципы, формулировка задачи.
Примеры применения и программы.
Лекции 9-10.
Учет эффектов сольватации в расчетах биомолекул.
Роль эффектов среды в формировании пространственной структуры и функционировании
биомолекул.
Модели неявно заданного растворителя (простейшие диэлектрические модели, решение
уравнения Пуассона-Больцмана, диполи Ланжевена, атомные параметры сольватации).
Модели явно заданного растворителя (периодические граничные условия, граничный
потенциал, создание моделей чистых растворителей).
Достоинства и недостатки различных моделей среды.
Примеры использования и программы.
Лекция 11.
Структурная организация белков.
Уровни структурной иерархии, взаимодействия, определяющие структуру белка.
Расчет и свойства поверхностей макромолекул.
Графические способы визуализации биополимеров.
Примеры использования и программы.
Лекции 12-13.
Биоинформационные методы моделирования структуры глобулярных белков.
Методы работы с аминокислотными последовательностями.
Алгоритмы предсказания вторичной и элементов сверхвторичной структуры.
Методы распознавания типа пространственной укладки полипептидной цепи.
Моделирование на основании гомологии.
Уточнение и проверка качества моделей.
Используемые программы, примеры приложений.
Лекции 14-15.
Молекулярное моделирование мембранных белков.
Типы мембранных белков, установленные пространственные структуры.
Особенности мембранных белков, идентификация мембранных участков, расчеты взаимной
ориентации мембранных сегментов.
Характеризация гидрофильных/липофильных свойств мембранных белков.
Моделирование мембранных белков на основании гомологии и ab initio.
Используемые программы, примеры приложений.
Лекция 16.
Современное состояние методов биоинформатики и молекулярного моделирования.
Пакеты коммерческих и свободно распространяемых программ, базы данных.
Internet-ресурсы по использованию биологической информации.
Перспективы развития биоинформатики в постгеномную эру.
Прим.: Сокращенный вариант курса (лекции 1-10) читался студентам 5 курса МФТИ
(Факультет молекулярной и биологической физики, кафедра высокопроизводительных
вычислительных систем)