• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2021/2022

Молекулярный дизайн биологически активных соединений

Статус: Курс по выбору (Химия)
Направление: 04.03.01. Химия
Кто читает: Факультет химии
Когда читается: 3-й курс, 3 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Охват аудитории: для своего кампуса
Язык: русский
Кредиты: 3

Программа дисциплины

Аннотация

Дисциплина Молекулярный дизайн биологически активных соединений служит для надстройки знаний, полученных в общем курсе биохимии, органической и физической химии, в направлении специализации в области вычислительной химии, биохимии, органического синтеза, анализа связи биологической активности вещества с его структурой и в переходе на его следующую ступень – к направленному синтезу практически важных соединений, обладающих заданной активностью.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью освоения дисциплины Молекулярный дизайн биологически активных соединений является надстройка знаний, полученных в общем курсе биохимии, органической и физической химии, в направлении специализации в области вычислительной химии, биохимии, органического синтеза, анализа связи биологической активности вещества с его структурой и в переходе на его следующую ступень – к направленному синтезу практически важных соединений, обладающих заданной активностью.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Сравнивает различные концепции молекулярного моделирования, принципы статистических и физических расчетов – как в присутствии белка-мишени, так и без него.
  • Демонстрирует знания о принципах молекулярной динамики, расчета прочности связывания лиганд-мишень. Практически проводит моделирование активной структуры, максимально комплементарной мишени
  • знает основные методы направленного дизайна биологи¬чески активных веществ и подходы к поиску органических соединений с заданной биологической активностью
  • способность предложить возможные модификации структур органических соединений для повышения/понижения прочности указанных комплексов
  • умеет анализировать возможные биологические активности органических соединений на основе данных по их взаимодействию с известными терапевтическими мишенями
  • планирует деятельность по профессиональному описанию эксперимента в области компьютерного дизайна биологически активных веществ
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Общие принципы молекулярного дизайна. Силовые поля и модельные потенциалы. Подготовка структуры белка к вычислительному эксперименту.
    1.1. Общие принципы молекулярного дизайна веществ с заданной биологической активностью. Основные тенденции развития молекулярного дизайна биологически активных соединений. Практическая направленность и фундаментальное значение. Принципиальная схема разработки новых лекарственных средств. Понятие неудовлетворенной медицинской потребности. Понятие терапевтической мишени. Связь терапевтической мишени и биологической активности. 1.2. Мишень-направленный поиск лекарственных средств. Белки как терапевтические мишени. Методы оценки прочности комплексов белок- лиганд. Использование модельных молекулярно-механических потенциалов для описания энергии образования комплекса. Основные силовые поля, используемые в молекулярном моделировании. 1.3. Белки как терапевтические мишени. Особенности белковых молекул как терапевтических мишеней. Методы анализа конформационной подвижности белка. Понятие активного центра. Конформационная подвижность остатков активного центра.
  • Предсказание биологической активности методами QSAR. Оценка биологической активности методами молекулярного докинга. Основные классы терапевтических мишеней. Понятие селективности.
    2.1. Дизайн биологически активных веществ на основе структуры лиганда. Поиск количественных соотношений структура-свойство. Молекулярные дескрипторы. Методы построения моделей структура-свойство. 3D-QSAR, достоинства и недостатки метода. 2.2. Молекулярный докинг и виртуальный скрининг. Основные задачи метода. Схема вычислительного эксперимента. Анализ результатов и повышение точности молекулярного докинга. Методы выделения важнейших взаимодействий и структурная фильтрация. Фрагментный докинг. Виртуальный скрининг библиотек химических соединений. Основные ограничения метода молекулярного докинга. 2.3. Основные классы терапевтических мишеней. Характерные особенности активных центров киназ, протеаз, фосфодиэстераз. Понятие селективности, связь токсичности и селективности. Важность создание селективных ингибиторов для разработки безопасных лекарственных препаратов. Подходы к моделированию селективности органических соединений.
  • Предсказание биологической активности методами молекулярной динамики. Предсказание фармакокинетических параметров органических соединений.
    3.1. Молекулярная динамика. Основные задачи метода. Схема вычислительного эксперимента. Анализ результатов и повышение точности предсказаний методами молекулярной динамики. Метод возмущения свободной энергии. Основные ограничения метода молекулярной динамики и возмущения свободной энергии. Потенциал средний силы. 3.2. Основные фармакокинетические характеристики биологически активных веществ. Понятие ADME. Подходы к предсказанию адсорбции и метаболизма биологически активных веществ. Моделирование связывания органических соединений с белками плазмы крови, цитохромами, глюкуронилтрансферазами, белками множественной лекарственной устойчивости. Построение QSAR моделей для предсказания ADME.
  • Примеры практической оценки биологической активности соединений. Подходы к выбору лекарственного кандидата.
    4.1. Понятие гипотезы в вычислительном эксперименте. Анализ связывания органических соединений в активных центрах киназ, на основе литературных данных по связи структура свойство. Объяснение биологической активности на основе данных молекулярного докинга. Разбор наиболее характерных ошибок молекулярного докинга. 4.2. Анализ связывания органических соединений в активных центрах протеаз (тромбин, бета-секретаза и т.д.). Объяснение биологической активности на основе данных молекулярного моделирования. Разбор наиболее характерных ошибок молекулярного докинга, характерных для докинга в протеазы. 4.3. Основные характеристики лекарственного кандидата с точки зрения эффективности, фармакокинетики и токсичности. Подходы к выбору лекарственного кандидата. Анализ литературных примеров по выбору лекарственного кандидата. Анализ характерных ошибок прогнозирования активности.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Контрольная работа 1
  • неблокирующий Контрольная работа 2
  • неблокирующий Экзамен
  • неблокирующий Контрольная работа 3
  • неблокирующий Контрольная работа 4
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (3 модуль)
    0.125 * Контрольная работа 1 + 0.125 * Контрольная работа 2 + 0.125 * Контрольная работа 3 + 0.125 * Контрольная работа 4 + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Дрюк В. Г., Скляр С. И., Карцев В. Г. - БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для бакалавриата, специалитета и магистратуры - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 311с. - ISBN: 978-5-534-08504-4 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/biologicheskaya-himiya-442129
  • Прошкина Е. Н., Юранева И. Н., Москалев А. А. - МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ: СТРЕСС-РЕАКЦИИ КЛЕТКИ. Учебное пособие для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 101с. - ISBN: 978-5-534-08502-0 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/molekulyarnaya-biologiya-stress-reakcii-kletki-441651
  • Стефанов В. Е., Тулуб А. А., Мавропуло-Столяренко Г. Р. - БИОИНФОРМАТИКА. Учебник для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 252с. - ISBN: 978-5-534-00860-9 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/bioinformatika-433453

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Ризниченко Г. Ю. - МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. МОДЕЛИ В БИОФИЗИКЕ И ЭКОЛОГИИ 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 181с. - ISBN: 978-5-534-07037-8 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/matematicheskoe-modelirovanie-biologicheskih-processov-modeli-v-biofizike-i-ekologii-420698