LABORATORIO DI BIOFISICA COMPUTAZIONALE

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Il corso ha una impostazione pratica; le esercitazioni di laboratorio verranno svolte personalmente dagli studenti per renderli padroni delle tecniche e delle metodologie avanzate nel campo della biofisica computazionale, in particolare per la determinazione, predizione e analisi di struttura e dinamica di sistemi proteici.

Conoscenza e capacità di comprensione
Gli studenti dovranno conoscere e aver compreso le caratteriastiche delle strutture proteiche ed i principi fisici e biologici fondamentali alla base delle metodologie e delle tecniche loro spiegate. Dovranno inoltre essere in grado di consultare e comprendere gli articoli scientifici presenti in letteratura.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Gli studenti dovranno essere in grado di analizzare la struttura delle proteine con le tecniche e le metodologie loro insegnate, e raccogliere tutti i dati che possono essere loro utili per comprendere le proprietà fondamentali del sistema in studio correlandole alla funzione biologica.

Autonomia di giudizio
Gli studenti dovranno essere in grado di scegliere l’approccio migliore allo studio di una problematica inerente un sistema proteico e appurarne l’efficacia e l’utilità, cercando soluzioni in modo autonomo e approfondendo le conoscenze con studio personale.

Abilità comunicative
Gli studenti dovranno essere capaci di comunicare i risultati delle proprie analisi e dei propri studi in maniera chiara ed incisiva. Tale abilità sarà particolarmente esercitata durante il corso tramite la stesura di relazioni delle attività pratiche svolte.

Capacità di apprendere
Gli studenti dovranno essere in grado di approfondire le tecniche apprese e di utilizzare le loro conoscenze per far loro i risultati di punta della ricerca, ampliandoli e progredendo in essi.

Prerequisiti

Nessuno.

Contenuti dell'insegnamento

Struttura delle proteine. Interazioni covalenti e non covalenti che partecipano alla definizione della struttura delle biomolecole. Metodi teorici e sperimentali per la determinazione della struttura proteica secondaria e terziaria. Rappresentazione topologica. Strutture supersecondarie. Ramachandran plot. Classificazione dei fold.
Ricerca in banche dati biologiche.
Analisi di sequenze proteiche e nucleotidiche: similarità e metodi di allineamento (a coppie e multiplo). Ricerca di pattern e motivi conservati. Profili delle proprietà fisico-chimiche della catena proteica.
Predizione di strutture secondarie proteiche dalla sequenza primaria.
Analisi delle caratteristiche strutturali e delle proprietà funzionali di proteine e complessi proteici tramite software di grafica molecolare e server di rete.
Tecniche computazionali per lo studio di struttura e dinamica delle proteine:
Modellizzazione comparativa e metodi teorici di predizione del fold.
Meccanica molecolare e force fields; minimizzazione dell'energia; simulazioni di dinamica molecolare.
Riconoscimento molecolare. Simulazioni di interazioni molecolari: docking e drug design.
Numerose esercitazioni pratiche durante lo svolgimento delle varie parti del programma.

Programma esteso

Struttura delle proteine. Interazioni covalenti e non covalenti che partecipano alla definizione della struttura delle biomolecole. Metodi teorici e sperimentali per la determinazione della struttura proteica secondaria e terziaria. Rappresentazione topologica. Strutture supersecondarie. Ramachandran plot. Classificazione dei fold.
Ricerca in banche dati biologiche.
Analisi di sequenze proteiche e nucleotidiche: similarità e metodi di allineamento (a coppie e multiplo). Ricerca di pattern e motivi conservati. Profili delle proprietà fisico-chimiche della catena proteica.
Predizione di strutture secondarie proteiche dalla sequenza primaria.
Analisi delle caratteristiche strutturali e delle proprietà funzionali di proteine e complessi proteici tramite software di grafica molecolare e server di rete.
Tecniche computazionali per lo studio di struttura e dinamica delle proteine:
Modellizzazione comparativa e metodi teorici di predizione del fold.
Meccanica molecolare e force fields; minimizzazione dell'energia; simulazioni di dinamica molecolare.
Riconoscimento molecolare. Simulazioni di interazioni molecolari: docking e drug design.
Numerose esercitazioni pratiche durante lo svolgimento delle varie parti del programma.

Bibliografia

A.M. Lesk, "Introduction to protein science", Oxford Univeristy Press.
A.M. Lesk, "Introduzione alla Bioinformatica", McGraw-Hill Ed.
G. Valle, M. Helmer Citterich, M. Attimonelli, G. Pesole, "Introduzione alla Bioinformatica", Zanichelli Ed.
D.E. Krane, M.L. Raymer, "Fondamenti di Bioinformatica", Pearson Education Ed.
Dal docente verranno forniti gli appunti delle lezioni ed articoli di rassegna.

Metodi didattici

Lezioni orali ed esercitazioni in laboratorio.

Modalità verifica apprendimento

Discussione delle relazioni riguardanti le esercitazioni svolte in laboratorio ed esame orale in cui verranno poste domande sui concetti fondamentali su cui si fondano le metodologie affrontate.

Altre informazioni

Verrà richiesta una relazione scritta su ciascuna esercitazione svolta in laboratorio.