נקודות זכות באוניברסיטה העברית: 4

תואר: מוסמך

היחידה האקדמית שאחראית על הקורס: מדעים ביורפואיים

סמסטר: סמסטר א'

שפת ההוראה: עברית

קמפוס: עין כרם

מורה אחראי על הקורס (רכז): אורה פורמן-שולר

דוא"ל של המורה האחראי על הקורס: ora.furman-schueler@mail.huji.ac.il

שעות קבלה של רכז הקורס: יום ה15:00-16:00

מורי הקורס:
פרופ אורה פורמן-שולר,
גב נירית טרבלסי,
גב שרה כנף

תאור כללי של הקורס:
הקורס עוסק במבנה ותפקיד של חלבונים, תוך התייחסות לקשר רצף-מבנה-תפקיד.
הקורס גם מקנה חשיפה וידע בסיסי למידול מבנה והנדסת חלבונים, תוך התייחסות לשיטות חדישות ופורצות דרך מלמידה עמוקה.

נלמד על עקרונות המשמשים בקיפול חלבונים. השפעת מוטציות על מבנה החלבון. אפיון משפחות חלבונים. אספקטים אבולוציונים הנגזרים מאינפורמציה גנומית.
עקרונות של ניבוי מבנה והנדסת חלבונים. הבנה וניבוי של פעילות חלבון. נתאר חלבונים שאין להם מבנה.

אספקטים מבניים בתהליכי הכרה בין מולקולות. התרגיל יתקיים בכיתת המחשבים ובו נלמד שיטות ממוחשבות להצגה וניתוח של מבנים תלת מימדיים, ניבוי מבני על סמך אינפורמצית רצף, זיהוי מוטיבים אופיניים ושיוך רצף למשפחת חלבונים ידועה.

מטרות הקורס:
מטרת הקורס הינה להקנות לסטודנט רקע על הבסיס המבני של חלבונים, אופן פעילותם, וכן על הנדסת חלבונים

ההרצאות מלוות בתרגילים להעמקת ההבנה ויישום הנלמד

תוצרי למידה :
בסיומו של קורס זה, סטודנטים יהיו מסוגלים:
איפיון חלבון על בסיס המבנה שלו

הבנת הבסיס המבני של יציבות ופעילות חלבונים

הבנת המהפכה בביולוגיה מבנית המתחוללת בזכות למידה עמוקה (deep learning) ויכולת שימוש בשיטות מתקדמות למידול של מבנה ותפקיד של חלבונים

דרישות נוכחות (%):
80

שיטת ההוראה בקורס: הרצאות ותרגילים. הכנה והצגת מצגות קצרות על ידי הסטודנטים

רשימת נושאים / תכנית הלימודים בקורס:
הרצאות:
Structural properties of proteins I
● The chemical nature of polypeptides
● Forces that determine protein structure
● Secondary structure elements
● Classification of tertiary structure; Protein families
● Experimental ways to determine protein structure
● Prepare presentations on amino acids
Sequence → structure
Analysis of structural determinants:
● Anfinsen’s principle: protein structure is determined by sequence
● Determinants of secondary structure: context or propensity?
● Conservation of tertiary structure during evolution
Effects mutations on protein structure
● Experimental measure of structural stability; effects of point mutations
● Large-scale mutagenesis experiments
Protein folding: Theory and experiment
Protein structure prediction & design
Protein structure prediction
● Introduction:
o Challenges, approaches & CASP
● How to optimize a protocol
● The revolution of Deep Learning (DL) in protein structure prediction
o Basic concepts
o Examples of implementations
Protein design
● Design of stable folds in Nature, in the computer and in the lab
● Design of novel proteins (Top7)
Design with AI
● Basic concepts
● Advanced design
Structure → function
The structural basis of protein function
● Evolution of new functions
● Function prediction
Unstructured proteins
Unstructured proteins
● Characteristic features of intrinsically disordered proteins (IDPs) and their functional roles
● Phase separation in biology

תרגילים
Ex1 (2 weeks):
● Databases of protein sequence and structure (uniprot; pdb; alphafold uniprot)
● Structural visualization:
o Introduction to Pymol
o “Personal encounter” with protein structure; amino acids
o Pymol example: HLA-peptide binding

Sequence → structure
Ex2: Helices & sheets



Ex3: Evolutionary conservation of protein structure: the hemoglobin family
Ex4: Measure of similarity and quality of protein structures: RMSD; xray, cryo-EM & NMR; plDDT
o Alphafold (AF) coloring: pLDDT (inverse coloring)
Protein structure prediction & design
Ex5-7: Alphafold (AF)
Ex5: The basics of AF (1): MSA, PSSM & PSIBLAST
Ex6: The basics of AF (2): Pairwise matrices Modeling with information from co-variation in evolution
Ex7: AF colab
Ex8: Effect of mutations on protein stability;
Effect of genomic variations in coding regions
Ex9: Protein design
● Basics of protein design
● MPNN
Ex10: Structural inspection of recent design applications
Structure → function
Ex11: DL for function prediction
Unstructured proteins
Ex12: Characterization of IDPs
● IUPRED + Alphafold
● Globular domains vs linkers and tails
● Recognition motifs, posttranslational modifications

חומר חובה לקריאה:
none

חומר לקריאה נוספת:
TBA

מרכיבי הציון הסופי :
מבחן מסכם בכתב/ מבחן בית / בחינה בעל פה % 67
מטלות הגשה במהלך הסמסטר: תרגילים / עבודות / מבדקים / דוחות / פורום / סימולציה ואחרות % 33

מידע נוסף / הערות:
הקורס גם פתוח לסטודטים מתואר ראשון, לאחר בדיקת הרקע המתאים

במקרה של למידה מרחוק יתקיים מבחן בית מקוון במקום מבחן בכתב בקמפוס