Disciplina detalhes

Conhecimentos de Base Recomendados

A UC requer capacidade de escrita de scripts (em qualquer linguagem, preferencialmente em Python) e conhecimentos de geometria analítica, não cobertos na UC, e mobiliza os conhecimentos das UCs de Química Orgânica e Bioquímica.

Objetivos

A UC "Bioquímica Computacional" visa desenvolver as capacidades de modelação em química e bioquímica, incluindo a modelação de proteínas e da sua interacção com outras moléculas. Os estudantes irão estudar a validade e aplicabilidade dos métodos de dinâmica molecular a problemas envolvendo biomoléculas – proteínas, ácidos nucleicos e membranas.

Usando o conteúdo desta UC os estudantes serão capazes de:
- Escolher as técnicas adequadas para modelar os vários problemas relativos à estrutura;
- Planear e executar os cálculos necessários;
- Utilizar as ferramentas existentes de análise de resultados ou escrever os seus próprios códigos de análise utilizando os conhecimentos de programação adquiridos em outras UCs.

Os estudantes desenvolverão as capacidades fundamentais de modelação de estruturas, com aulas práticas focadas em levá-los a trabalhar de forma crescentemente independente.
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Métodos de Ensino

1 h semanais de aulas teóricas para exposição de conceitos e técnicas.

2 h semanais de aulas práticas centradas na resolução de exercícios e na apreensão dos aspectos básicos de manipulação de software, planificação do trabalho necessário para as diferentes tarefas e interpretação dos resultados obtidos pelas diferentes técnicas.

Estágio(s)

Não

Programa

1. Introdução – estrutura atómica e molecular; ligações e interacções; visão geral de métodos clássicos, semiempíricos, DFT e ab initio – características, aplicação e limitações. Force fields, termostatos e baróstatos. Práticas correctas de simulação em dinâmica molecular.

2. Estrutura de proteínas e ácidos nucleicos – revisão. Contribuição das interacções não covalentes para estrutura e função das proteínas e dos ácidos nucleicos.

3. Modelação de proteínas e ácidos nucleicos– mecânica molecular e dinâmica molecular aplicadas a proteínas; campos de forças, aplicação e limitação.

4. Lípidos e membranas – abordagem por dinâmica molecular. Simulação de proteínas transmembranares.

5. Interacções ligando-proteínas – técnicas de docking, aplicações e limitações; análise pós-docking – refinamentos baseados em química quântica e em dinâmica molecular.

6. Interacções entre proteínas – o interactoma; ferramentas de docking proteína-proteína.

Demonstração de conteúdos

Os capítulos 1 a 3 do programa irão apresentar aos estudantes os temas e métodos gerais de simulação de estruturas; os capítulos 4 e 5 abordam a modelação de proteínas; o capítulo 6 apresentará a modelação de lípidos e membranas, e os capítulos 7 e 8 serão focados nas interacções entre proteínas e ligandos e entre proteínas. Estes capítulos abordam os principais temas em simulação de estruturas, incluindo quer os métodos quer a sua aplicabilidade, bem como uma introdução aos pacotes de software mais relevantes. Isto será realizado através de palestras demonstrativas. Os requisitos para cada tipo de simulação, as informações obtidas pelas diversas técnicas e a validade das diversas abordagens serão discutidas com nas aulas práticas.

Demonstração da metodologia

O objectivo final desta UC é permitir aos estudantes compreender os fundamentos das técnicas de modelação estrutural de modo a que eles sejam capazes de identificar a melhor abordagem para resolver os problemas e escolher a metodologia mais adequada. As aulas teóricas permitirão um contacto inicial com o tema, introduzindo os temas e incluindo demonstrações. As aulas práticas, dedicadas à resolução de exercícios, e a resolução individual de trabalhos irão obrigar os estudantes a aplicar as diferentes abordagens de modelação, cobrindo os vários temas do programa. Esta UC irá preparar os estudantes de modo a que eles possam desenvolver os seus próprios projectos na UC “Laboratórios de Bioinformática” no mesmo semestre.

Docente(s) responsável(eis)

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Métodos de Avaliação

Bibliografia

Bruce Alberts; Molecular Biology of the Cell, Garland Science, 2014. ISBN: 978-0815344643
Frank Jensen; Introduction to Computational Chemistry, Wiley, 2017. ISBN: 978-1118825990
Harvey Lodish, Arnold Berk, S Lawrence Zipursky, Paul Matsudaira, David Baltimore, and James Darnell; Molecular Cell Biology, WH Freeman, 2000. ISBN: 0-7167-3136-3
Atkins, Keeler, de Paula; Atkins' Physical Chemistry, Oxford University Press. ISBN: 9780198769866
Introduction to Computational Chemistry; GROMACS 2021.4 Manual (2021.4), 2021 (https://doi.org/10.5281/zenodo.5636522)