Цели освоения дисциплины

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Московский институт электроники и математики Национального

исследовательского университета "Высшая школа экономики"

Факультет прикладной математики и кибернетики

Программа дисциплины «Механика молекулярных систем»

для направления 010400.68 «Прикладная математика и информатика» подготовки магистра

для магистерской программы «Математические методы естествознания и компьютерные технологии»

Автор программы:

Ефремов Р.Г., д. ф.-м. н., профессор, [email protected]

Одобрена на заседании кафедры прикладной математики «___»____________ 20 г

Зав. кафедрой Карасев М. В.

Рекомендована секцией УМС [Введите название секции УМС] «___»____________ 20 г

Председатель [Введите И.О. Фамилия]

Утверждена УС факультета [Введите название факультета] «___»_____________20 г.

Ученый секретарь [Введите И.О. Фамилия] ________________________ [подпись]

Москва, 2013

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.

Область применения и нормативные ссылки

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.

Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 010400.68 «Прикладная математика и информатики», обучающихся по магистерской программе «Математические методы естествознания и компьютерные технологии» изучающих дисциплину «Методы квазиклассического приближения».

Программа разработана в соответствии с:

· Образовательным стандартом государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «Государственный университет – Высшая школа экономики», в отношении которого установлена категория «Национальный исследовательский университет»;

· Образовательной программой «Математические методы естествознания и компьютерные технологии» для направления 010400.68 «Прикладная математика и информатика» подготовки магистра;

· Рабочим учебным планом университета по направлению 010400.68 «Прикладная математика и информатика» подготовки магистра по программе «Математические методы естествознания и компьютерные технологии», утвержденным в 2013г.

Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Механика молекулярных систем» является ознакомление студентов с основными современными методами молекулярного компьютерного моделирования биологических макромолекул и надмолекулярных систем (на примере белков, биомембран и белок-мембранных комплексов).

Биологическая активность белков определяется особенностями их пространственной структуры и динамическим поведением в среде. В настоящее время методы компьютерного моделирования и биоинформатики являются мощными средствами изучения структурно-динамических свойств водорастворимых и мембранных белков, существенно расширяя и дополняя традиционные биофизические подходы.

Основное внимание в рамках настоящего курса лекций уделено вычислительным подходам, использующим эмпирические силовые поля - методам молекулярной механики, молекулярной динамики, Монте-Карло. Рассматриваются теоретические основы указанных подходов, используемые физические модели и математические алгоритмы. Обсуждаются комбинированные подходы к постановке вычислительного эксперимента – с использованием набора in silico технологий. Возможности и ограничения методов молекулярного моделирования иллюстрируются на примерах реальных научных проблем.

Специальные разделы курса посвящены актуальным разделам современной биофизики - учету эффектов сольватации в расчетах сложных биологических систем и моделированию мембранных и мембрано-активных пептидов и белков.

Поскольку современный уровень развития нанобиотехнологий и достижение значимых результатов в этой области немыслимы без широкого использования компьютерного моделирования, данная дисциплина занимает одно из ведущих мест в программе подготовки бакалавров. Указанные специалисты должны не только свободно владеть компьютерными технологиями для обработки результатов экспериментов, подготовки отчетов, презентаций и пр., но и должны уметь оценивать и прогнозировать свойства и механизмы функционирования изучаемых биомолекулярных систем и наноконструкций с помощью вычислительного эксперимента. Это поможет рационально интерпретировать результаты традиционных биофизических исследований, даст возможность планирования новых экспериментов, будет способствовать формированию у обучающихся единой - теоретической и практико-ориентированной – картины изучаемых сложных объектов и явлений. Эти навыки необходимы обучающимся по всем специальностям данного направления.

Важной отличительной особенностью курса является то, что большинство из рассматриваемых в нем примеров взяты из исследований, проводимых авторами в Лаборатории моделирования биомолекулярных систем Института биоорганической химии РАН.