Metody Chemii Obliczeniowej 0600-S3-DSC-MCO

Głównym celem kursu jest zapoznanie słuchaczy z podstawową terminologią chemii obliczeniowej i prezentacja zagadnień chemii organicznej, które mogą być rozwiązywane z wykorzystaniem metodologii ogólnie pojętego modelowania molekularnego. Z założenia, kurs ma charakter popularyzatorski stanowiąc swoiste kompendium wiedzy o metodach chemii obliczeniowej (mechanika i dynamika molekularna, metody ab initio, dokowanie ligandów, techniki chemoinformatyczne), ich wadach, zaletach oraz ograniczeniach. Treści omawiane podczas wykładów dotyczyć będą: wykorzystania technik obliczeniowych w chemii organicznej i projektowaniu leków, natury oddziaływań międzycząsteczkowych w centrach aktywnych enzymów, sposobów modelowania ułożenia cząsteczek ligandów w biomakromolekułach, zależności aktywności i właściwości układu od jego struktury. Zajęcia mają także na celu zapoznanie słuchaczy z praktycznymi zastosowaniami metod chemoinformatycznych. W szczególności, studenci poznają metody badania zależności struktura – właściwość (QSPR) oraz struktura – aktywność substancji biologicznie czynnej (QSAR). Przedstawione zostaną zasady klasycznej metody QSAR oraz metod 3D QSAR, w tym analizy porównawczej pól molekularnych CoMFA oraz analizy porównawczej powierzchni molekularnych CoMSA. Omówione zostaną zagadnienia związane z wyznaczaniem deskryptorów molekularnych (m. in. w oparciu o metody chemii obliczeniowej), metody redukcji (selekcja i ekstrakcja cech) oraz wizualizacji wielowymiarowych danych, statystyczne metody eksploracji danych oraz sztuczne sieci neuronowe z uwzględnieniem nadzorowanych i nienadzorowanych metod uczenia. Treści teoretyczne zostaną uzupełnione zagadnieniami ogólnymi dotyczącymi natury omawianych zjawisk i reakcji. Przedstawione zostaną strategie projektowania leków w oparciu o metody dokowania ligandów (dokowanie gotowego liganda, budowanie liganda de novo), przykłady zastosowania metod wirtualnego testowania ligandów oraz dokowanie do modeli białek zbudowanych na podstawie homologii.

Podczas laboratorium będą ilustrowane treści programowe zawarte w wykładzie oraz planowana jest realizacja indywidualnych projektów obliczeniowych dostosowanych do potrzeb studentów.
Przedmiotem rozważań podczas zajęć będą: opis struktury i właściwości układów molekularnych oraz modelowanie ścieżek reakcji chemicznych w oparciu o metody chemii obliczeniowej. Planowane jest zastosowanie metod chemoinformatycznych do rozwiązywania problemów chemicznych. Studenci poznają główne etapy konstrukcji modeli, zasady doboru technik modelowania oraz określania złożoności i jakości predykcyjnej modeli QSAR.
Zadania laboratoryjne dotyczyć będą także natury oddziaływań między- i wewnątrzmolekularnych w kompleksach białek. Po przygotowaniu układu do przeprowadzenia dokowania (struktura receptora, biblioteka ligandów, charakterystyka miejsca wiążącego), przeanalizowane na przykładach zostaną metody szacowania energii wiązania receptor-ligand, algorytmy dokowania: dokowanie sztywnych ligandów, uwzględnianie zmian konformacyjnych ligandów, metody uwzględniania giętkości receptora oraz wpływ wody na oddziaływanie ligand-receptor.