Dersin Adı Biyolojik Sistemlerin Modellenmesi İTÜ DERS KATALOG FORMU (COURSE CATALOGUE FORM) Course Name Modelling in Biological Systems Ders Uygulaması, Saat/Hafta (Course Implementation, Hours/Week) Kodu Yarıyılı Kredisi AKTS Kredisi Ders Uygulama Laboratuar (Theoretical) (Tutorial) (Laboratory) (Code) (Semester) (Local Credits) (ECTS Credits) BIO441E 8 3 6 3 - - Bölüm / Program Moleküler Biyoloji ve Genetik (Department/Program) Molecular Biology and Genetics Dersin Türü Seçmeli Dersin Dili İngilizce (Course Type) Elective (Course Language) English Dersin Önkoşulları BIO341/E min DD (Course Prerequisites) Dersin mesleki Temel Bilim Temel Mühendislik Mühendislik Tasarım İnsan ve Toplum Bilim bileşene katkısı, % (Basic Sciences) (Engineering Science) (Engineering Design) (General Education) (Course Category %100 - - - by Content, %) Kuantum mekaniğinin temel kavramları; kuantum mekaniğinin moleküler sistemlere Dersin İçeriği uygulanması (yarı deneysel, ab initio, DFT yöntemleri); moleküler mekanik yöntemleri, moleküler dinamik simülasyonları, Monte Carlo simülasyonları, konformasyon analizi, kararlı (Course Description) moleküllerin ve geçiş yapılarının geometri ve enerjilerinin hesaplanması Basic concepts of quantum mechanics; application of quantum mechanics to molecular systems (semi empirical, ab initio, DFT methods); molecular mechanics methods, molecular dynamics simulations, Monte Carlo simulation, conformational analysis, calculation of the geometries and energies of stable molecules and transition structures Dersin Amacı (Course Objectives) Dersin Öğrenme Çıktıları (Course Learning Outcomes) 1. Kuantum mekaniği ve moleküler mekanik yöntemlerinin temellerinin öğrenilmesi 2. Kuantum yöntemleri kullanılarak biyolojik önemi olan küçük moleküllerin yapı ve tepkimelerinin modellenmesi 3. Moleküler dinamik simülasyonlarıyla biyolojik makromoleküllerin yapı ve dinamiklerinin incelenmesi 1. To teach the basics of the quantum mechanics and molecular mechanics methods 2. To model the structures and reactions of small molecules of biological importance using quantum methods 3. To study the structures and dynamics of biological macromolecules using molecular dynamics simulations 1. Geometri optimizasyonunda kullanılar çeşitli algoritmalar 2. Kuantum mekaniğinin temellleri 3. Yarı deneysel, ab initio, DFT yöntemleri 4. Moleküler sistemlerde yapı, tepkime enerjisi, aktivasyon enerjisi hesapları 5. Moleküllerin IR frekansları, yük dağılımları gibi özelliklerinin hesaplanması 6. Moleküler mekanik yöntemlerinin temelleri 7. Moleküler mekanik simülasyonlarıyla proteinlerin konformasyonel davranışlarının bulunması 8. Monte Carlo simülasyonları 1. Various geometry optimization algorithms 2. Basics of the quantum mechanics 3. Semi empirical, ab initio, DFT methods 4. Calculation of the structures, reaction energies, activation energies in molecular systems 5. Calculation of the molecular properties such as IR frequencies and charge distributions 6. Basics of molecular mechanics methods 7. Studying conformational behaviors of proteins using molecular dynamics simulations 8. Monte Carlo simulations
Ders Kitabı (Textbook) Diğer Kaynaklar (Other References) Molecular Modelling: Principles and Applications A. R. Leach; Prentice Hall, 2 nd Edition Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models C. J. Cremer; Wiley, 2 nd edition. Ödevler ve Projeler (Homework & Projects Laboratuar Uygulamaları (Laboratory Work) Bilgisayar Kullanımı (Computer Use) Bir dönem ödevi verilmektedir A term project is given Derste teorik olarak gösterilen konular bilgisayar laboratuarında biyomoleküler sistemlere uygulanmaktadır In the computational research laboratory, the theoretical concepts shown in the course are applied on biomolecular systems. Laboratuar çalışmaları bilgisayar uygulamalarından oluşmaktadır Laboratory work consists of computer applications Diğer Uygulamalar - (Other Activities) - Başarı Değerlendirme Sistemi Faaliyetler (Activities) Adedi (Quantity) Değerlendirmedeki Katkısı, % (Effects on Grading, %) Yıl İçi Sınavları 1 %30 (Assessment Criteria) (Midterm Exams) Kısa Sınavlar - - (Quizzes) Ödevler - - (Homework) Projeler - - (Projects) Dönem Ödevi/Projesi 1 %30 (Term Paper/Project) Laboratuar Uygulaması - - (Laboratory Work) Diğer Uygulamalar - - (Other Activities) Final Sınavı 1 %40 (Final Exam)
DERS PLANI Dersin Hafta Konular Çıktıları 1 Potansiyel enerji yüzeyi, z-matrix, enerji minimizasyon algoritmaları 1 2 Kuantum mekaniğinin temelleri 2 3 Atomik ve moleküler orbitaller, moleküler hamiltonian, Slater determinantı 2 4 Hückel ve diğer yarı deneysel yöntemler 3 5 Hartree-Fock yöntemi, basis set 3 6 Post-HF ab initio yöntemleri 3 7 DFT yöntemleri 3 8 Çeşitli örnek tepkimelerin kuantum yöntemleriyle incelenmesi 4 9 Termodinamik fonksiyonlar, IR frekansları, yük dağılımları ARA SINAV 5 10 Solvent etkisinin hesaplanması 4, 5 11 Solventte örnek tepkimelerin modellenmesi 4 12 Moleküler mekanik yöntemleri 6 13 Moleküler dinamik simülasyonları 7 14 Moleküler dinamik simülasyon örnekleri; Monte Carlo simülasyonları 7, 8 COURSE PLAN Course Weeks Topics Outcomes 1 Potential energy surfaces, Z-matrix, energy minimization algorithms 1 2 Basics of quantum mechanics 2 3 Atomic and molecular orbitals, molecular Hamiltonian, Slater determinants 2 4 Hückel and other semiempirical methods 3 5 The Hartree-Fock method, basis sets 3 6 Post-HF methods 3 7 DFT methods 3 8 Case studies using quantum methods 4 9 Thermodynamic functions, IR frequencies, charge distributions MIDTERM EAM 5 10 Calculation of the solvent effects 4, 5 11 Case studies in solution phase reactions 4 12 Molecular mechanics methods 6 13 Molecular dynamic simulations 7 14 Case studies using molecular dynamics simulations; Monte Carlo simulations 7, 8
Dersin Moleküler Biyoloji ve Genetik Programıyla İlişkisi Programın mezununa kazandıracağı bilgi ve beceriler (programa ait çıktılar) Katkı Seviyesi 1 2 3 a Moleküler Biyoloji ve Genetik ile ilgili güncel bilgileri içeren ders kitapları, uygulama araç- gereçleri ve diğer kaynaklarla desteklenen bilimsel yaklaşımı ön plana alacak şekilde ileri düzeydeki kuramsal ve uygulamalı bilgilere sahip olabilme b Moleküler Biyoloji ve Genetik alanında edindiği ileri düzeydeki bilgi ve becerileri kullanarak verileri yorumlayıp değerlendirebilme, c Moleküler Biyoloji ve Genetik alanında güncel teknolojik gelişmelere paralel sorunları tanımlayabilme, analiz edebilme, araştırmalara ve kanıtlara dayalı çözüm önerileri geliştirerek, bilimsel yöntem ve tekniklerle inceleyebilme. d Moleküler Biyoloji ve Genetik bilgilerini diğer disiplinlere uygulayabilme e Çok disiplinli gruplarda çalışabilme ve/veya liderlik yapabilme f Moleküler Biyoloji ve Genetik ile ilgili problemlerin incelenmesi için deney tasarlayıp, gerçekleştirme, veri toplama, sonuçları analiz edip yorumlayabilme g Mesleki ve etik sorumluluk anlayışına sahip olabilme, h Türkçe ve/veya İngilizce etkin yazılı ve sözlü iletişim kurabilme, i Moleküler Biyoloji ve Genetik alanı ile ilgili sahip olduğu insan sağlığı ve çevre bilinci konularındaki bilgi birikimini toplum yararına kullanabilme j Hayat boyu öğrenimin önemini kavrama ve uygulayabilme k Moleküler Biyoloji ve Genetik ile ilgili ileri düzeydeki bir çalışmayı bağımsız olarak yürütebilme l Alanı ile ilgili konularda düşüncelerini ve sorunlara ilişkin çözüm önerilerini yazılı ve sözlü olarak aktarabilme 1: Az Katkı, 2. Kısmi Katkı, 3. Tam Katkı Relationship between the Course and the MBG Curriculum Program Outcomes Level of Contribution 1 2 3 a In the field of Molecular Biology and Genetics, being able to have updated and x advanced theoretical and practical knowledge provided by current textbooks, tools and equipment while considering scientific approach b Acquired the ability to interpret and evaluate data by using advanced knowledge and x skills in the field of Molecular Biology and Genetics, c Being able to recognize and analyze the current problems in the field of Molecular x Biology and Genetics and find solutions d An ability to apply knowledge of molecular biology and genetics to other disciplines x e An ability to function in and/or develop leadership in multi-disciplinary teams x f Being able to design and run experiments, collect, interpret and evaluate data to solve x the problems in the field of Molecular Biology and Genetics g An understanding of professional and ethical responsibility x h An ability to communicate effectively in written and oral Turkish and/or English. x i An ability to use the knowledge in the field of Molecular Biology and Genetics x regarding human health and environment for the use of society j A recognition of the need for, and an ability to engage in, life-long learning x k An ability to conduct an independent study in advanced molecular biology and x genetics l An ability to effectively communicate ideas and solutions proposals related to the x field, both oral and written. 1: Little Contribution, 2. Partial Contribution, 3. Full Contribution
Düzenleyen (Prepared by) Tarih (Date) İmza (Signature) 15/11/2013