WPROWADZENIE dr Jacek Śmietański Instytut Informatyki UJ rok akademicki 2013/2014 WPROWADZENIE dr Jacek Śmietański Instytut Informatyki UJ jacek.smietanski@ii.uj.edu.pl http://jaceksmietanski.net 1 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Czyli od groszku do komputerowych molekuł (10’) Termin Piątki, godz. 12.15 – 13.45 sala 1073 / 1074 Wyjaśnienie i definicja pojęcia „bioinformatyka”, różnica pomiędzy bioinformatyką a biologią obliczeniową (15’) Czyli od groszku do komputerowych molekuł (10’) Genomika, proteomika i inne omiki (15’) Czyli przepływ informacji na poziomie komórkowym (5’) Czym się różni DNA od RNA? Po co w ogóle te sekwencje? (10’) Publiczne bazy danych, narzędzia on-line itp. (5’) Dlaczego python? (20’) 2 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Czyli od groszku do komputerowych molekuł (10’) Tematyka Wiodącym tematem w tym semestrze będą interakcje białko-białko oraz RNA-białko. Wiodący temat nr. 2: sieci HTM i ich wykorzystanie w diagnostyce medycznej. Wskazanej tematyki będą dotyczyły propozycje artykułów do zreferowania. Niezależnie od powyższego, każdy może zaproponować swój własny temat z dowolnego obszaru, mający związek z bioinformatyką. Wyjaśnienie i definicja pojęcia „bioinformatyka”, różnica pomiędzy bioinformatyką a biologią obliczeniową (15’) Czyli od groszku do komputerowych molekuł (10’) Genomika, proteomika i inne omiki (15’) Czyli przepływ informacji na poziomie komórkowym (5’) Czym się różni DNA od RNA? Po co w ogóle te sekwencje? (10’) Publiczne bazy danych, narzędzia on-line itp. (5’) Dlaczego python? (20’) 3 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

BIAŁKA, RNA i INTERAKCJE 4 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Przepływ informacji 5 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Podstawowy rodzaj cząstek występujących z organizmach żywych: Białka Podstawowy rodzaj cząstek występujących z organizmach żywych: budują szkielet organizmu pełnią przeróżne funkcje 6 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

H3N+-Gly-Ile-Val-Cys-Glu-Gln-..........-Thr-Leu-His-Lys-Asn-COO- Białka - budowa C-terminus N-terminus H3N+-Gly-Ile-Val-Cys-Glu-Gln-..........-Thr-Leu-His-Lys-Asn-COO- 7 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Białka – poziomy organizacji Poziomy przestrzennej organizacji białek: I rzędowa – sekwencja aminokwasów II rzędowa – struktura α-helisy i β-kartki III rzędowa – zwinięty łańcuch polipeptydowy IV rzędowa – połączone wszystkie podjednostki białka 8 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Białka – wizualizacja struktur 9 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Rodzaj kwasu nukleinowego: RNA Rodzaj kwasu nukleinowego: kluczowy pośrednik pomiędzy informacją genetyczną a białkiem niektóre rodzaje pełnią inne ważne funkcje w organizmie 10 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Rodzaje RNA mRNA – matrycowy (informacyjny) tRNA – transportujący rRNA – rybosomowy niskocząsteczkowe RNA (np. miRNA, siRNA) 11 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Struktura drugorzędowa RNA 12 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Struktura drugorzędowa tRNA 13 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

pary nie zawsze tworzone są zgodnie z zasadą komplementarności Parowanie zwykle łańcuch jednoniciowy (mRNA) ale niektóre cząsteczki tworzą strukturę i biorą udział w funkcjach katalitycznych; pary nie zawsze tworzone są zgodnie z zasadą komplementarności (choć pary C-G i A-U dominują; częste są też pary G-U). 14 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Obszary parowania 15 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Typy par 16 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Metody przewidywania struktur drugorzędowych RNA ab initio porównawcze 17 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Interakcje białko-białko 18 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Interakcje białko-RNA 4KJI 4JNG 19 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

BAZY DANYCH 20 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

PDB (Protein data Bank) – baza struktur białkowych http://pdb.org 21 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Propozycja referatu (1) Protein Data Bank Przedstawienie zawartości i funkcjonalności bazy PDB. M.in. statystyki; opcje filtracji i wyszukiwania; wyświetlane informacje; wizualizacja struktur. Szczególną uwagę proszę zwrócić na sposób zapisu informacji w formacie PDB, zwłaszcza w kontekście możliwości automatycznego parsowania i przetwarzania dostępnych informacji. Źródła wiedzy: baza PDB, powiązane artykuły, dokumentacja formatu: http://pdb.org; http://wwpdb.org/ 22 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Propozycja referatu (2) Automatyczne przetwarzanie informacji zgromadzonych w bazie PDB Temat na pracę magisterską. Problem: pliki typu PDB posiadają istotne ograniczenia; ponadto informacje w nich zawarte często są niespójne i niekompletne Cel: identyfikacja i eliminacja problemu niespójności danych Rozwiązanie: ? Źródła wiedzy: baza PDB, artykuły naukowe Cel referatu: przedstawienie problemu w szerszym kontekście; ew. próby jego rozwiązania. 23 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Propozycja referatu (3) Bazy danych interakcji białko-białko Przedstawienie i omówienie baz danych zawierających informacje o interakcjach białko-białko. W szczególności baza STRING http://string-db.org 24 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Propozycja referatu (4) Bazy danych interakcji białko-RNA Przedstawienie i omówienie baz danych zawierających informacje o interakcjach białko-RNA W szczególności baza RPISeq http://pridb.gdcb.iastate.edu/RPISeq/ 25 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

UniProt/SwissProt http://web.expasy.org/docs/swiss-prot_guideline.html Inne UniProt/SwissProt http://web.expasy.org/docs/swiss-prot_guideline.html PISA http://www.ebi.ac.uk/msd-srv/prot_int/pistart.html http://www.geneinfinity.org/sp/sp_proteininteraction.html 26 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

INTERAKCJE: ALGORYTMY 27 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Propozycja referatu (5-...) Metody przewidywania interakcji białko-białko i RNA-białko 28 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

HTM 29 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

Propozycja referatu (xx) Hierarchical Temporal Memory 30 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ

1 . Przygotowanie i wygłoszenie referatu Zasady zaliczenia Warunki konieczne: 1 . Przygotowanie i wygłoszenie referatu 2. Obecność i aktywność na zajęciach (dopuszczalne 3 nieobecności) Domyślna ocena 5.0. W przypadku większej liczby nieobecności bądź słabej jakości referatu, może zostać stosownie obniżona. Wyjaśnienie i definicja pojęcia „bioinformatyka”, różnica pomiędzy bioinformatyką a biologią obliczeniową (15’) Czyli od groszku do komputerowych molekuł (10’) Genomika, proteomika i inne omiki (15’) Czyli przepływ informacji na poziomie komórkowym (5’) Czym się różni DNA od RNA? Po co w ogóle te sekwencje? (10’) Publiczne bazy danych, narzędzia on-line itp. (5’) Dlaczego python? (20’) 31 Jacek Śmietański, Kraków 2013 Instytut Informatyki UJ