Crystallochemistry and structural analysis of biomolecules

Celem przedmiotu jest zaznajomienie studentów z podstawową wiedzą z zakresu krystalochemii oraz z technikami i narzędziami stosowanymi w analizie strukturalnej związków małocząsteczkowych i biomakrocząsteczek. Studenci zapoznają się z podstawami metod badań strukturalnych na poziomie cząsteczkowym i ograniczeniami omawianych metod, co umożliwi krytyczne posługiwanie się literaturą specjalistyczną. Znajomość przedstawionych metod jest obecnie niezbędnym elementem wykształcenia wszechstronnego naukowca z dziedziny nauk przyrodniczych oraz farmaceutycznych.

Podstawowe pojęcia: budowa sieci krystalicznej, komórka elementarna, symbole punktów, prostych i płaszczyzn sieciowych, układy krystalograficzne, czworościan zasadniczy, prawo pasów. Elementy symetrii - operatory w ujęciu macierzowym. Kombinacje elementów symetrii, reguły składania. Symetria cząsteczki. Grupy punktowe, symbolika międzynarodowa i Schoenflisa. Rozpoznawanie elementów symetrii, grupy punktowej i układu krystalograficznego. Translacje: sieci Bravais i translacyjne elementy symetrii. Grupy przestrzenne a grupy punktowe. Punkty symetrycznie równoważne. Krystalografia rentgenowska. Równania Bragga i Lauego. Metoda Debye'a, Scherrera i Hulla - identyfikacja i wskaźnikowanie, stała sieciowa. Czynniki struktury a gęstość elektronowa. Prawo Friedla, grupy dyfrakcyjne Lauego. Grupa przestrzenna a wygaszenia systematyczne (typ sieci Bravais, translacyjne elementy symetrii). Problem fazowy. Funkcja Pattersona i metody bezpośrednie. Związek pomiędzy funkcją rozkładu gęstości elektronowej a natężeniem wiązek ugiętych na periodycznym krysztale, w nawiązaniu do symetrii cząsteczek i symetrii sieci krystalicznej. Metody rozwiązania problemu fazowego dla związków małocząsteczkowych i białek umożliwiające obliczenie funkcji rozkładu gęstości elektronowej. Specyfika i ograniczenia metod krystalografii białek. Podstawy metod bioinformatycznych do porównania sekwencji i identyfikacji modeli odpowiednich dla metody MR. Projektowanie leków w oparciu o strukturę przestrzenną receptorów. Modelowanie oddziaływań między potencjalnymi lekami i ich białkowymi receptorami. Oprogramowanie stosowane w rozwiązywaniu, udokładnianiu i deponowaniu struktur krystalicznych białek i związków małocząsteczkowych. Wizualizacja struktur małocząsteczkowych i makromolekuł.

1. T. Penkala, Zarys Krystalografii, PWN Warszawa, 1977,

2. Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec, Krystalografia, PWN, 1996,

3. Z. Bojarski [et al.]. Krystalografia: podręcznik wspomagany komputerowo Wydaw. Naukowe PWN, 2001,

4. Z. Trzaska-Durski, H. Trzaska-Durska, Podstawy Krystalografii Strukturalnej i Rentgenowskiej, PWN, 1994,

5. A.D. Baxevanis, B.F.F. Quellette, Bioinformatyka. Podręcznik do analizy genów i białek. PWN, 2005.

6. P.G. Higgs, T.K. Attwood, Bioinformatyka i ewolucja molekularna. PWN, 2008.

7. M. Jaskólski, Krystalografia dla biologów. Wydawnictwo naukowe UAM, 2010.

8. J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer, Biochemia. PWN, Warszawa 2011.

9. International Tables For X-ray Crystallography.

10. J. Drenth, Principles of Protein X-Ray Crystallography, Springer-Verlag, 2010.

Zna pojęcia pozwalające określać symetrię cząsteczki oraz układu krystalograficznego i wykorzystać ją do uzyskania informacji o badanej substancji. Zna podstawowe metody analizy strukturalnej i bazy danych strukturalnych.

Zna podstawy metod modelowania dla układów białko-ligand.

K_W01, K_W03, K_W04, K_W06,

Potrafi korzystać z rozszerzonej wiedzy z podstawowych działów chemii oraz twórczo wykorzystać ją w zakresie swojej specjalności.

Rozpoznaje symetrię cząsteczek, sieci krystalicznej, potrafi zastosować techniki eksperymentalne do identyfikacji substancji i wyznaczenia parametrów sieci krystalicznej.

Potrafi zaplanować eksperyment w celu określenia struktury biocząsteczek, uzyskać dane strukturalne z baz danych i przeprowadzić modelowanie oddziaływań ligand-receptor.

K_U01, K_U02, K_U04, K_U05, K_U07

Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego uczenia się przez całe życie; potrafi samodzielnie podjąć działania w celu poszerzania i pogłębiania wiedzy chemicznej.

Potrafi współdziałać w zespole (przyjmując w nim różne role) i kreatywnie rozwiązywać problemy dotyczące badań naukowych w tym analizy strukturalnej.

K_K01, K_K02

Zaliczenie laboratorium na podstawie obecności, krótkich sprawdzianów i ocena studenta w czasie zajęć.

Egzamin pisemny oceniany w procentach. Blok przedmiotowy oceniany według algorytmu 80% oceny egzaminu + 20% oceny z laboratorium.