МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Молекулярное моделирование и биоинформатика
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра органической химии
Направление подготовки04.04.01. Химия
ПрофильКвантовые технологии, компьютерный наноинжиниринг и физикохимия материалов. ФГОС 3++
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость6 ЗЕТ
Учебный план04_04_01_Химия-2-2020
Часов по учебному плану 216
в том числе:
аудиторные занятия 64
самостоятельная работа 125
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 4

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (4) Итого
Недель 6
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 24 24 24 24
Практические 40 40 40 40
Сам. работа 125 125 125 125
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 216 216 216 216

Программу составил(и):

Рецензент(ы):

Рабочая программа дисциплины
Молекулярное моделирование и биоинформатика

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 04.04.01 Химия (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 13.07.2017г. №655)

составлена на основании учебного плана:
04.04.01 Химия
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра органической химии

Протокол от 22.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
Базарнова Н.Г., д.х.н., профессор

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра органической химии

Протокол от 22.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой Базарнова Н.Г., д.х.н., профессор

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Формирование системных знаний, умений и навыков в области молекулярного моделирования лекарственных веществ.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.03

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1: Способен выполнять комплексные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования в избранной области химии или смежных наук с использованием современных приборов, программного обеспечения и баз данных профессионального назначения
ОПК-2: Способен анализировать, интерпретировать и обобщать результаты экспериментальных и расчетно-теоретических работ в избранной области химии или смежных наук
ПК-1: Способен проводить работы по обработке и анализу научно-технической информации и результатов исследований
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.теоретические основы молекулярного моделирования лекарственных веществ и биополимеров, способы учета влияния внешней среды, методы оптимизации геометрии и минимизации энергии, методы конформационного анализа, фармакофорного поиска и прогнозирования биологической активности;
3.2.Уметь:
3.2.1.создавать модели молекул биологически активных соединений и проводить расчеты их характеристик с использованием специализированного программного обеспечения, проводить фармакофорный поиск, прогнозировать биологическую активность молекулярных моделей методами 3D-QSAR;
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.методами молекулярного моделирования биополимеров и лекарственных веществ, навыками фармакофорного поиска, основными методами 3D-QSAR и программными средствами прогнозирования биологической активности.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Методы получения пространственных координат и оптимизации геометрии молекулярных структур
1.1. Методы получения пространственных координат молекулярных структур (использование кристаллографических баз рентгеноструктурных данных, подбор стандартных геометрий из библиотек фрагментов, преобразование двумерных структур в трехмерные с помощью автоматизированных процедур). Вычислительные методы оптимизации геометрии молекул. Силовые поля. Методы минимизации энергии (метод скорейшего спуска, метод сопряженных градиентов, метод Ньютона–Рафсона). Влияние зарядов и растворителя. Растворитель как статистический континуум. Квантово-механические методы (неэмпирические методы, полуэмпирические методы молекулярных орбиталей, комбинированные методы квантовой и молекулярной механики). Лекции 4 4 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
1.2. Методы получения пространственных координат молекулярных структур (использование кристаллографических баз рентгеноструктурных данных, подбор стандартных геометрий из библиотек фрагментов, преобразование двумерных структур в трехмерные с помощью автоматизированных процедур). Вычислительные методы оптимизации геометрии молекул. Силовые поля. Методы минимизации энергии (метод скорейшего спуска, метод сопряженных градиентов, метод Ньютона–Рафсона). Влияние зарядов и растворителя. Растворитель как статистический континуум. Квантово-механические методы (неэмпирические методы, полуэмпирические методы молекулярных орбиталей, комбинированные методы квантовой и молекулярной механики). Практические 4 8 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
1.3. Методы получения пространственных координат молекулярных структур (использование кристаллографических баз рентгеноструктурных данных, подбор стандартных геометрий из библиотек фрагментов, преобразование двумерных структур в трехмерные с помощью автоматизированных процедур). Вычислительные методы оптимизации геометрии молекул. Силовые поля. Методы минимизации энергии (метод скорейшего спуска, метод сопряженных градиентов, метод Ньютона–Рафсона). Влияние зарядов и растворителя. Растворитель как статистический континуум. Квантово-механические методы (неэмпирические методы, полуэмпирические методы молекулярных орбиталей, комбинированные методы квантовой и молекулярной механики). Сам. работа 4 20 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 2. Конформационный анализ
2.1. Методы конформационного анализа молекулярных структур (методы систематического поиска, метод Монте–Карло, методы молекулярной динамики), их возможности и ограничения. Лекции 4 2 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
2.2. Методы конформационного анализа молекулярных структур (методы систематического поиска, метод Монте–Карло, методы молекулярной динамики), их возможности и ограничения. Практические 4 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
2.3. Методы получения пространственных координат и оптимизации геометрии молекулярных структур Сам. работа 4 10 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 3. Потенциалы молекулярных взаимодействий
3.1. Потенциалы молекулярных взаимодействий. Методы расчета частичных атомных зарядов (топологические и квантово-химические методы), молекулярного электростатического потенциала и полей молекулярного взаимодействия. Отображение свойств на молекулярную поверхность. Лекции 4 4 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
3.2. Потенциалы молекулярных взаимодействий. Методы расчета частичных атомных зарядов (топологические и квантово-химические методы), молекулярного электростатического потенциала и полей молекулярного взаимодействия. Отображение свойств на молекулярную поверхность. Практические 4 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
3.3. Потенциалы молекулярных взаимодействий Сам. работа 4 20 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 4. Фармакофорный поиск
4.1. Фармакофорный поиск. Совмещение молекул. Совмещение «атом-на-атом». Совмещение молекулярных полей. Лекции 4 4 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
4.2. Фармакофорный поиск. Совмещение молекул. Совмещение «атом-на-атом». Совмещение молекулярных полей. Практические 4 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
4.3. Фармакофорный поиск Сам. работа 4 20 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 5. Методы исследования количественных соотношений пространственная структура – активность (методы 3D-QSAR)
5.1. Методы исследования количественных соотношений пространственная структура – активность (методы CoMFA, CoMSIA, GRID, GOLPE, методы, не зависящие от выравнивания). 3D-QSAR, основанный на рецепторе. Надежность моделей 3D-QSAR. Лекции 4 4 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
5.2. Методы исследования количественных соотношений пространственная структура – активность (методы CoMFA, CoMSIA, GRID, GOLPE, методы, не зависящие от выравнивания). 3D-QSAR, основанный на рецепторе. Надежность моделей 3D-QSAR. Практические 4 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
5.3. Методы исследования количественных соотношений пространственная структура – активность (методы 3D-QSAR) Сам. работа 4 30 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 6. Моделирование малых молекул на примере антагонистов дофаминового рецептора подтипа D3
6.1. Модель фармакофора антагонистов D3-рецептора. Основно-ароматический фрагмент. Спейсер. Амидно-ароматический фрагмент. Поля молекулярных взаимодействий. Анализ 3D-QSAR. Уменьшение числа переменных и регрессия частичных наименьших квадратов. Валидация модели. Прогноз для внешней выборки лигандов. Лекции 4 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
6.2. Модель фармакофора антагонистов D3-рецептора. Основно-ароматический фрагмент. Спейсер. Амидно-ароматический фрагмент. Поля молекулярных взаимодействий. Анализ 3D-QSAR. Уменьшение числа переменных и регрессия частичных наименьших квадратов. Валидация модели. Прогноз для внешней выборки лигандов. Практические 4 8 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
6.3. Моделирование малых молекул на примере антагонистов дофаминового рецептора подтипа D3 Сам. работа 4 25 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Представлены в приложении
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Представлены в приложении
5.3. Фонд оценочных средств
Представлены в приложении
Приложения
Приложение 2.   ФОС ММиБ.docx

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 В. Е. Стефанов, А. А. Тулуб, Г. Р. Мавропуло-Столяренко Биоинформатика .: М. : Издательство Юрайт, , 2018 https://biblio-online.ru/book/bioinformatika-413622
Л1.2 Х. Хёльтье, В. Зиппль, Д. Роньян, Г. Фолькерс Молекулярное моделирование=Molecular Modeling: теория и практика : Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=362831
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Воронцов Б.С., Москвин В.В. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В РЕШЕНИИ ПРИКЛАДНЫХ И НАУЧНЫХ ЗАДАЧ: Вестник Курганского государственного университета. Серия Естественные науки - 2012г. №25, https://e.lanbook.com/reader/journalArticle/104545
Л2.2 Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков [Электронный ресурс]: учебник М. : Изд-во Моск. ун-та : Наука, 2005 http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN5211049713.html
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Курсы в Moodle "Молекулярное моделирование и биоинформатик https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=2688
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Windows
Microsoft Office
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
Организация взаимодействия с обучающимися посредством электронной почты, скайпа;
Компьютерное тестирование (с использованием системы Moodle);
Система управления обучением на основе модульной динамической учебной среды «Moodle», предназначенная для автоматизации процессов управления обучением, предоставления доступа к электронному образовательному контенту и реализации электронных образовательных технологий. Пользователи системы: Преподаватели и сотрудники университета, обучающиеся всех форм обучения, слушатели курсов повышения квалификации.
Электронная библиотека ФГБОУ ВО "Алтайский государственный университет"
www.konkurs.dnttm.ru – обзор исследовательских и научно-практических юношеских конференций, семинаров конкурсов и пр
http://www.inion.ru/product/db_2.htm - Институт научной информации по общественным наукам Российской Академии Наук (ИНИОН РАН)
http://fuji.viniti.msk.su/ - Всероссийский институт научной и технической информации (ВИНИТИ)
http://www.nlr.ru:8101/ - Российская национальная библиотека
Доступ онлайн Электронная библиотека eLIBRARY.RU

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Представлены в приложении