PřF:C2150 Zpracování info v ch. a bioch. - Informace o předmětu

C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii

Rozsah

0/2/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: k.
Vyučováno kontaktně

Vyučující

RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Július Zemaník (cvičící)

Garance

RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.
Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta

Předpoklady

Výuka probíhá v počítačové učebně, která je osazena pracovními stanicemi s operačním systémem Linux, konkrétně distribucí Ubuntu. Absolvování kurzu C2110 Operační systém UNIX a základy programování je doporučeno, avšak není podmínkou. Pro úspěšné zvládnutí kurzu postačuje běžná uživatelská znalost práce s jakýmkoliv operačním systémem, jako je MS Windows, MacOS nebo Linux. Primárním cílem kurzu je seznámit studenty s vizualizačním software, který je ve většině případů dostupný i v prostředí MS Windows či MacOS.

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Bioinformatika (program PřF, B-BIC)

Cíle předmětu

Kurz je určen všem, kteří chtějí získat základní přehled o vizualizacích v molekulovém modelování a jejich praktickém využití v chemii, biochemii a strukturní biologii. Studenti se postupně seznamují s postupy získávání dat o strukturách biomolekul z veřejných databází, jako jsou Protein Data Bank (PDB) nebo PubChem, a s metodami vizualizace chemických a biologických struktur. Důraz je kladen na efektivní práci se softwarovými nástroji pro analýzu a vizualizaci biomolekul, jako jsou proteiny, nukleové kyseliny a malé molekuly.
Kromě základních vizualizačních dovedností kurz zahrnuje také tvorbu grafických výstupů, včetně grafů, schémat a ilustrací molekulárních interakcí. Tyto dovednosti jsou rozšiřovány o přípravu komplexních vědeckých sdělení, jako jsou prezentace, posterová sdělení nebo schémata pro publikace. Studenti se učí, jak efektivně interpretovat a prezentovat získaná data v kontextu vědeckého výzkumu a jak zvolit vhodný grafický formát pro různé typy odborné komunikace.
Kurz zároveň přibližuje využití vizualizačních nástrojů při studiu strukturálních vlastností biomolekul, jejich interakcí a dynamiky, což jsou klíčové aspekty moderní strukturní biologie. Důraz je kladen na propojení teoretických znalostí s praktickým využitím, aby absolventi kurzu byli schopni aplikovat nabyté dovednosti v širokém spektru vědeckých disciplín.

Výstupy z učení

Po úspěšném ukončení kurzu bude student schopen: získat z databáze data o struktuře molekul; zobrazit struktury pomocí programů pro vizualizaci molekul; využít data o struktuře molekul pro řešení jednoduchých vědeckých problémů; vizualizovat chemická data formou jednoduchých grafů a schémat;

Osnova

• 1. Úvod do kurzu: Zaměření a cíle kurzu; Seznámení se s počítačovým klastrem WOLF; Základy vědecké metody a práce s informacemi; Formy vědeckých sdělení: články, prezentace, postery; Přehled používaných softwarových nástrojů; Požadavky na závěrečný projekt.
• 2. Základy vizualizace molekul: Chemický vzorec a jeho znázornění; Reakční schémata; Přehled nástrojů pro 2D grafickou reprezentaci molekul.
• 3. Práce s 3D strukturami molekul: Popis 3D struktury molekul; Databáze struktur (PDB, PubChem); Metody predikce 3D struktur biomolekul (AlphaFold, ESMFold).
• 4. Vizualizace molekul v 3D: Práce v programech: VMD, PyMOL, ChimeraX. Vytváření vysoce kvalitních 3D modelů pro publikace.
• 5. 3D tisk v chemii a biochemii: Přehled aplikací 3D tisku; Příprava dat pro 3D tisk molekulárních struktur; Ukázky realizace 3D modelů.
• 6. Datová analýza a vizualizace grafů: Generování a úprava grafů v Gnuplotu a matplotlibu, Prezentace a interpretace výsledků ve vědeckých sděleních.
• 8. Grafická úprava vědeckých materiálů: Editory grafiky: GIMP: práce s rastrovou grafikou, Inkscape: tvorba vektorové grafiky. Praktické tipy pro přípravu publikací a prezentací.
• 9. Tvorba profesionálních dokumentů v LaTeX: Základy práce v prostředí LaTeX, Tvorba vědeckých dokumentů: články, diplomové práce, prezentace. Pokročilé nástroje: balíčky, formátování, vkládání grafických prvků.
• 10. Práce s citačními manažery: Význam citačních manažerů pro vědeckou práci, Práce se softwarem Zotero: Import/export citací, Organizace a správa referencí, Integrace s LaTeX a textovými editory.
• 11. Závěrečný projekt: Návrh a realizace komplexního vědeckého výstupu (prezentace nebo poster), Tvorba vědeckého sdělení (průběžně během semestru), Prezentace na simulované konferenci.

Literatura

• Molecular modeling of proteins. Edited by Andreas Kukol. Totowa: Humana Press, 2008, xi, 390. ISBN 9781588298645. info
• HÖLTJE, Hans-Dieter a Gerd FOLKERS. Molecular modelling :basic principles and applications. Edited by Thomas Beier - Wofgang Sippl - Didier Rognan. Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft, 1997, xii, 194 s. ISBN 3-527-29384-1. info
• Molecular modeling of nucleic acids. Edited by Neocles B. Leontis - John SantaLucia. Washington: American Chemical Society, 1998, x, 435 s. ISBN 0-8412-3541-4. info
• http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/

Výukové metody

Praktická cvičení u počítače. Prezentace během simulované konference.

Metody hodnocení

Student připraví krátkou prezentaci nebo posterové sdělení, a to buď na základě vlastních dat, nebo ve formě shrnutí již publikovaných výsledků. Toto sdělení následně představí na simulované konferenci, která se uskuteční na závěr kurzu.

Další komentáře

Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.

• Statistika zápisu (nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2025/C2150