Struktura i funkcje makrocząsteczek biologicznych 1100-2BB25

Wyklad ma za zadanie przedstawienie podstawowych zagadnień strukturalno-dynamicznych dużych polimerów biologicznych w aspekcie ich funkcjonowania w komórce i organizmie, zgodnie z podstawowym paradygmatem biologii i biofizyki molekularnej SAR (structure - activity relationship): szeroko rozumiana struktura (chemiczna i przestrzenna) biomolekuł warunkuje ich biologiczną aktywność.
Program:
1. Fizyczne podstawy struktur makrocząsteczek oraz oddziaływań wewnątrz- i między-cząsteczkowych:
- energia cząsteczki; przybliżenie pola siłowego dla dużych biomolekuł,
- parametry termodynamiczne układu cząsteczek w roztworze (energia swobodna Gibbsa),
- struktura przestrzenna (konformacja) cząsteczki i oddziaływania stabilizujące: niewiążące oddziaływania elektrostatyczne (wiązania wodorowe, mostki solne, nieukierunkowane oddziaływania van der Waalsa), oddziaływania hydrofobowe; oddziaływania warstwowe (stacking) pi - pi i kation - pi; rola rozpuszczalnika,
- specyficzność wzajemnego rozpoznawania biomolekuł w kompleksach molekularnych: komplementarność zasad, wzajemne dopasowanie konformacyjne - modele „induced fit” i „fly-casting”.
2. Ogólny podział metod badania struktur i dynamiki biopolimerów: wykorzystanie różnic mas cząsteczkowych; oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z cząsteczkami, mikroskopia, manipulacje pojedynczymi biomolekułami; modelowanie i teoretyczne przewidywanie struktur
3. Kwasy nukleinowe DNA i RNA:
- replikacja DNA; transkrypcja; degradacja,
- biologiczna rola kwasów nukleinowych,
- struktura pierwszorzędowa; sekwencjonowanie,
- struktury wyższorzędowe: drugorzędowe struktury helikalne i niehelikalne, motywy struktury trzeciorzędowej RNA (pseudowęzeł motyw A-minor, zamek rybozowy struktura tRNA), budowa chromatyny, superskrętność.
4. Białka globularne, włókniste i błonowe:
- biosynteza białek (translacja mRNA), topogeneza, degradacja,
- różnorodność funkcji białek
- struktura pierwszorzędowa - sekwencjonowanie
- struktury wyższorzędowe: wykres Ramachandrana, domeny i ich klasyfikacja, podjednostki,
- zwijanie białek (protein folding): komputerowe, in vitro, in vivo,
- enzymy białkowe i RNA; fizyczne podstawy kinetyki reakcji enzymatycznych.
5. Lipidy; budowa i dynamika błon biologicznych.
6. Polisacharydy jako materiał zapasowy i budulcowy.
7. Kompleksy biomolekularne.
8. Biofizyka molekularna w biotechnologii i medycynie (wybrane zagadnienia)

Nakład pracy studenta:
Wykład = 30 godzin
Ćwiczenia rachunkowe = 30 godzin
Samodzielne przygotowanie do wykładu i ćwiczeń (2 godz. tygodniowo) ok. 30 godzin.
Przygotowanie do egzaminu ok. 20 godzin
Razem ok. 110 godzin.

Ćwiczenia poświęcone są:
(a) analizie oddziaływań wewnątrz- i międzyczasteczkowym biopolimerów i z rozpuszczalnikiem (klasyczne pola siłowe), energii, dynamice i termodynamicznym warunkom stabilizacji biomolekuł i kompleksów molekularnych;
(b) komputerowej analizie struktur przestrzennych biopolimerów, ze szczególnym uwzględnieniem klasyfikacji domen białkowych i motywów strukturalnych kwasów RNA.

Opis sporządził: Ryszard Stolarski, wrzesień 2012