Einführung ins Molecular Modeling Quiz

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Questions and Answers

Welche Disziplinen sind in der Vorlesung 'Einführung ins Molecular Modeling' kombiniert?

Chemie, Physik, Informatik

Pharmazie, Chemie, NanoWissenschaften (correct)

Pharmazie, Biochemie, Physik

Biologie, Chemie, Pharmazie

Wie viele Kreditpunkte (KP) sind dem Praktikum 'VTV Molecular Modeling' zugeordnet?

3 KP

4 KP

1 KP

2 KP (correct)

Wer leitet den Bereich 'Computational Structural Biology' im Biozentrum?

Prof.M.Meuwly

Prof.S.Goedecker

M.Smieško

Prof.T.Schwede (correct)

Wie viele Tage dauert das Praktikum 'Modern Drug Design'?

6 Tage Signup and view all the answers

In welchem Bereich wird AI in Drug Design im Master of Drug Sciences angeboten?

HS, 1 KP Signup and view all the answers

Was steht im Zusammenhang mit der enzymatischen Aktivität bei Protein-Ligand-Wechselwirkungen?

Entropie und Enthalpie Signup and view all the answers

Welche Methode wird verwendet, um die Struktur von Molekülen in der molekularen Modellierung zu optimieren?

Konformationssuche Signup and view all the answers

Welche der folgenden Themen wird in der Vorlesung am 30.10.23 behandelt?

Quantitative Struktur-Property Beziehungen Signup and view all the answers

Was ist ein Bestandteil des strukturierten Designs in der Molekulardynamik?

Fallstudien Signup and view all the answers

Was ist das Hauptziel des rationalen Wirkstoffdesigns?

Entwicklung von Molekülen, die an makromolekulare Zielmoleküle binden. Signup and view all the answers

Welches Konzept wird am 09.10.23 behandelt?

Docking und Scoring Signup and view all the answers

Welcher Aspekt des Arzneimittelentwurfs wird beim Diskutieren der Solvatisierung betrachtet?

Wirkstoffverfügbarkeit Signup and view all the answers

Wie lange dauert die Entdeckung einer neuen Droge in der Regel?

3-5 Jahre Signup and view all the answers

Was wird im Repetitorium behandelt?

Fragen und Antworten zu behandelten Themen Signup and view all the answers

Welche Methode wird nicht zu den bioinformatischen Techniken gezählt?

Klassische Chemie Signup and view all the answers

Welche Phase kommt nach der Identifizierung eines Hits bei der Wirkstoffentwicklung?

Optimierung Signup and view all the answers

Wie erfolgt der Zugang zu den Lernmaterialien für die Studierenden?

Über die ADAM Plattform Signup and view all the answers

Welche Technik wird zur Vorhersage der Proteinstruktur verwendet?

Homologiemodellierung Signup and view all the answers

In welchem Bereich findet die Docking-Methode Anwendung?

Vorhersage von protein-ligand Wechselwirkungen Signup and view all the answers

Was wird unter 'in silico ADMET' verstanden?

Simulation der Absorption, Verteilung, Metabolismus, Exkretion und Toxizität Signup and view all the answers

Welche der folgenden Technologien wird zur Verbesserung der Drug-Discovery-Phase verwendet?

Deep Learning Signup and view all the answers

Was ist der Hauptvorteil der computergestützten Methoden im Wirkstoffdesign?

Sie sind kostensparend und schnell. Signup and view all the answers

Was beschreibt das 'Schlüssel-Schloss' Prinzip in Bezug auf Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen?

Liganden passen spezifisch in die Struktur der Rezeptoren. Signup and view all the answers

Welches der folgenden Probleme kann durch computergestützte Methoden im Wirkstoffdesign nicht vollständig gelöst werden?

Überbewertung von Resultaten. Signup and view all the answers

Was ist eines der Hauptziele beim Screening von Substanzen im Wirkstoffdesign?

Die Identifizierung von Substanzen, die an das Zielmolekül binden. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über Modelle im Wirkstoffdesign ist korrekt?

Modelle können verwendet werden, um kausale Erklärungen zu geben. Signup and view all the answers

Was ist ein Nachteil der computergestützten Wirkstoffdesign-Methoden?

Sie basieren auf Modellen der Realität. Signup and view all the answers

Welche physikalisch-chemischen Eigenschaften müssen bei der Optimierung von Substanzen berücksichtigt werden?

Relevante Eigenschaften und mögliche Nebeneffekte. Signup and view all the answers

Welcher Aspekt ist nicht typischerweise ein Vorteil der computer-gestützten Methoden im Wirkstoffdesign?

Erhöhung der Anzahl der notwendigen Experimente. Signup and view all the answers

Study Notes

Vorlesung 12205: Einführung ins Molecular Modeling

Kursinformationen: Vorlesung 12205: Einführung ins Molecular Modeling, gehalten von M. Smieško und M. Lill am Departement Pharmazeutische Wissenschaften, Universität Basel, im Sommersemester 2024.

Molecular Modeling an der Uni Basel

Grundvorlesung: Einführung ins Molecular Modeling für Pharmazie-, Chemie- und Nanowissenschaften-Studiengänge (1 ECTS-Punkt).
Praktikum "Modern Drug Design": Für Pharmazie- und Chemie-Studenten (3 ECTS-Punkte, über 6 Tage verteilt).
Praktikum "VTV Molecular Modeling": Für Chemie- und Nanowissenschaften-Studenten (2 ECTS-Punkte, über 4 Tage verteilt).
Weiterführende Angebote: Masterkurse, Wahlpraktika (6-10 ECTS-Punkte) und Masterarbeiten/Dissertationen in Molecular Modeling. Kurse sind in Pharmazie und Chemie verfügbar. Spezifische Professoren in Computational Structural Biology, Computational Chemistry, und Computational Physics werden ebenfalls erwähnt.

Einführung ins Molecular Modeling - Übersicht HS 2023

Lehrveranstaltungen: Die Vorlesung findet im Biozentrum, Hörsaal U1.101, 10:15-12:00 statt.
Inhaltliche Gliederung: Die Vorlesung behandelt Einführungen in Strukturbasiertes Design, Protein-Ligand Wechselwirkungen, Kraftfelder, Molekülmechanik, Strukturoptimierung, Konformierungssuche, Moleküldynamiksimulationen und weitere Themen (Enthalpie, Entropie, Solvatisierung, QSAR, Künstliche Intelligenz).
Termine: Auflistung der Termine und Themenbereiche der Vorlesungen. Einzelne Vorlesungen werden von Lill oder Smieško gehalten.

Rationale Wirkstoffentwicklung

Biologische Prozesse: Biologische Prozesse werden durch das Zusammenspiel von Molekülen wie Proteinen, DNA und Hormonen gesteuert.
Wirkstoffmoleküle: Wirkstoffmoleküle interagieren mit diesen Molekülen indem sie an makromolekulare Zielmoleküle binden, Enzyme hemmen oder biochemische Reaktionen aktivieren/deaktivieren.
Rationale Wirkstoffdesign: Das rationale Wirkstoffdesign zielt darauf ab, Moleküle zu entwickeln, die spezifisch an makromolekulare Zielmoleküle binden, basierend auf Analysen der vorhandenen Daten (3D-Struktur, Protein-Ligand-Bindungsdaten).

Computermethoden im Wirkstoffdesign (CADD)

Methoden: Computergestützte Methoden (CADD) werden zum Entwurf von Wirkstoffen eingesetzt. Diese identifizieren neue Substanzen, die an krankheitsrelevante Zielmoleküle binden und optimieren ihre Aktivitaten unter Berücksichtigung von physikalisch-chemischen Eigenschaften und potentiellen Nebeneffekten.
Vorteile: Kosteneffiziente, schnelle Durchführung, weniger Tierversuche
Nachteile: Nur ein Modell; Überschätzung der Resultate ohne kritische Betrachtung.

Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen

Emil Fischer (1894): Das "Schlüssel-Schloss"-Prinzip von Emil Fischer beschreibt die spezifische Wechselwirkung von Liganden und Rezeptoren.

Strukturbasiertes Design

Struktur des Zielmoleküls: Die Struktur des Zielmoleküls wird als Ausgangspunkt für das Design verwendet.
Molekulare Komplementarität: Optimales Passen von 3D-Erkennungselementen zur Zielstruktur.
Liganden Design Struktur des Zielmoleküls ist bekannt oder wird benutzt. Fokus auf Ähnlichkeit von Substanzen für ähnliche Aktivitäten.
Bindungstaschenbestimmung: Identifizierung von Bereichen auf dem Zielmolekül an welche ein Ligand binden kann
Screening: Auswahl von Liganden anhand ihrer Bindung an das Zielmolekül.

Proteinstrukturbestimmung und Proteinstrukturvorhersage

Ausgangspunkt strukturbiologie: Methoden der Proteinstrukturbestimmung (X-Ray, NMR, Cryo-EM) werden erläutert.
Homologiemodellierung: Computerbasierte Methoden zur Vorhersage der Proteinstruktur anhand bekannter, ähnlicher Strukturen.

Computer-basierte Strukturvorhersage / Homologiemodellierung

Auswahl der Vorlagenstruktur: Auswahl bekannter Proteinstrukturen (Templates) für die Modellierung
Überlagerung der Ziel- und Vorlagensequenzen: Überlagerung der Zielsequenz mit der Vorlagensequenz.
Validierung: Validierung des homologiemodell.

Künstliche Intelligenz: Deep-Neural Networks (AlphaFold2)

Deep-Neural Networks: Einsatz künstlicher Intelligenz zur Prognose von Proteinstrukturen (z.B. AlphaFold2)

Darstellungen von Proteinstrukturen

Oberfläche: Darstellung der Oberfläche eines Proteins, um Eigenschaften und Form anzuzeigen.
Linien: Darstellung von Proteinstrukturen mit Linien, die Aminosäuren verbinden.
Cartoon: Darstellung von Proteinstrukturen in Cartoon-Stil, um die Sekundärstrukturen (Alpha-Helices, Beta-Faltblätter) zu visualisieren.
Atomistisches Detail: Sehr detaillierte Darstellung aller Atome und ihrer Bindungen.

Darstellung von Liganden

Linien: Darstellung der Molekülstruktur mit Linien als Bindungen zwischen den Atomen.
Stäbchen: Darstellung der Molekülstruktur mit Stäbchen als Bindungen zwischen den Atomen.
Ball & Stick: Darstellung der Molekülstruktur mit Kugeln für Atome und Stäbchen für Bindungen.
VdW: Darstellung der Van-der-Waals-Radien der Atome (Umfeld des Moleküls).
Oberfläche: Darstellung der Moleküloberfläche.
Farbcodierte Oberfläche: Darstellung der Oberfläche mit farbiger Codierung.

Protein-Ligand-Wechselwirkungen

Diskussion: Allgemeine Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Liganden.

Elektrostatische Wechselwirkungen

Elektronegativität: Eine Skala, die die Fähigkeit eines Atoms beschreibt, Elektronen in einer Bindung anzuziehen.
**Dipol: ** Wenn zwei Atome einen unterschiedlichen Elektronegativitätswert haben, wird die Elektronendichte in der chemischen Bindung ungleichmäßig verteilt.
Oberflächenkomplementarität: Die Oberflächen von Liganden und Proteinen passen für eine optimal stark Wechselwirkung zusammen

Wasserstoffbrücken

Eigenschaften: Starke elektrostatische Dipol-Dipol Wechselwirkungen, partiell kovalenter Bindungscharakter (kürzer als Summe der van der Waals Radien).
Direktionalität (Selektivität): Die Stärke der Wasserstoffbrücken verringert sich mit zunehmendem Winkel von X-H...Y.
Länge und Winkel: Spezifische Längen und Winkel, die für die optimalen Wasserstoffbrücken charakteristisch sind.

π-π-Wechselwirkungen

Konformationstabilisierung: π-π Wechselwirkungen tragen zur Stabilisierung der Protein-Ligand-Bindung und der Konformation des Liganden/Proteins bei.

Kation-π-Wechselwirkungen

Wechselwirkung zwischen aromatischen Ringen und Kationen: die Wechselwirkung wird mit einer Wasserstoffbrücke verglichen.

Komplementaritätsprinzip

Sterische Anpassung: Optimale Wechselwirkungen erfordern eine optimale sterische Anpassung von Ligand und Protein.
Perfekte Komplementarität: Ligand und Protein sind perfekt aufeinander abgestimmt.
Imperfekte Komplementarität: Ligand und Protein passen nicht perfekt zusammen. Kostet Energie die Bindungsstärke zu reduzieren

Protein-Ligand-Bindung

Bindungsaffinität: Die Bindungsaffinität eines Liganden hängt von der Energiebilanz (Direkte Wechselwirkungen und Desolvatisierung), und der inneren Energie des Liganden und Protein ab.

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Description

Testen Sie Ihr Wissen über die Inhalte der Vorlesung 'Einführung ins Molecular Modeling'. Beantworten Sie Fragen zu Disziplinen, Kreditpunkten für Praktika und wichtigen Personen im Bereich der Computational Structural Biology. Ideal für Studierende im Master of Drug Sciences, die sich mit modernem Arzneimitteldesign befassen.