Dipartimento di Scienze della Vita e dell'Ambiente - Guida degli insegnamenti (Syllabus)

Programma

Nuova ricerca Nuova ricerca    Stampa scheda Stampa scheda

MODELING DI SISTEMI BIOLOGICI
ROBERTA GALEAZZI

Sede Scienze
A.A. 2016/2017
Crediti 6
Ore 48
Periodo 1^ semestre
Lingua ITA
Codice U-gov SM04 W000012

Prerequisiti

Conoscenza delle nozioni di base di Bioinformatica, Chimica e Fisica



Modalità di svolgimento del corso

Sono previste sia lezioni teoriche (4 crediti, 32 ore) che esercitazioni pratiche di laboratorio svolte a livello individuale  o piccoli gruppi (max 3 persone) (2 crediti, 16 ore). Al corso frontale è affiancata un’attività didattica di supporto con materiale didattico, istruzioni per le esercitazioni di laboratorio e per la preparazione delle relative relazioni.



Risultati di apprendimento attesi

Conoscenze:
Alla fine del Corso gli studenti dovranno conoscere i principali metodi attualmente utilizzati nell'ambito della simulazione di sistemi di interesse chimico-biologico. In particolare, essi dovranno essere a conoscenza delle principali tecniche computazionali utili sia per il calcolo delle energie e delle geometrie molecolari, sia per l'analisi conformazionali di piccole (farmaci, ligandi endogeni) e macromolecole (proteine e acidi nucleici). 

Capacità di applicare le conoscenze:Lo studente dovrà essere in grado di saper individuare la procedura più opportuna per risolvere alcuni problemi chimico-biologico che verranno proposti durante lo svolgimento del corso. Dovrà, inoltre, saper utilizzare alcuni software di modeling di base per prevedere la struttura tridimensionale proteica e l’associazione farmaco-recettore.

Competenze trasversali:
L’esecuzione di analisi di laboratorio singole e di gruppo, nonché la stesura di relazioni sulle esercitazioni svolte, contribuiscono a migliorare, sia il grado di autonomia di giudizio in generale, sia la capacità comunicativa che deriva anche dal lavoro in gruppo, sia la capacità di apprendimento in autonomia e di trarre conclusioni, dello studente.



Programma

Contenuti (lezioni frontali, 4 CFU, 32 ore):
Metodi per il calcolo della geometria ed energia molecolare: Meccanica Molecolare. Metodi quantomeccanici (semi-empirici e ab initio, metodi DFT). I metodi misti Quantum Mechanics/ Molecular Mechanics per lo studio di sistemi molecolari e supramolecolari di grosse dimensioni. Utilizzo della densità elettronica e potenziale elettrostatico (MEP) per lo studio della similitudine e per il riconoscimento molecolare.
Metodi di simulazione molecolare : Introduzione alla problematica della simulazione di molecole di interesse chimico-biologico. Dinamica Molecolare: metodi coarse grained e atomistici. Metodi di solvatazione. Alcuni esempi: solvatazione di ammino acidi e studio di una proteina in soluzione.
Analisi conformazionale per molecole di interesse biologico: Metodi sistematici e metodi statistici (Monte Carlo).  Il problema dell'analisi conformazionale per sistemi con un elevato numero di gradi di libertà.
Applicazioni dei metodi: 
La modellistica delle molecole di interesse biologico- introduzione al drug design: metodi computazionali applicati alle biomolecole: Determinazione della struttura 3D di peptidi e proteine (metodi ab initio, Homology modeling e folding recognition). Applicazioni al modeling e design di peptidomimetici. La progettazione di un farmaco. Similitudine molecolare. Oligonucleotidi e acidi nucleici a singolo e doppio filamento ed il legame a ponte di idrogeno.
Simulazioni di peptidi e proteine in bilayer lipidici: stato dell’arte ed esempi applicativi

Esercitazioni di laboratorio (2 CFU, 16 ore/studente): Le tematiche affrontate a lezione saranno oggetto di esercitazioni; Nelle esercitazioni di laboratorio verranno illustrati alcuni dei concetti esposti a lezione, tramite l’utilizzo di programmi complessi di modellistica molecolare.



Modalità di svolgimento dell'esame

Metodi di valutazione dell’apprendimento:
Lo studente consegna (via mail al docente) le proprie relazioni di laboratorio. L’esame consiste in un orale sugli argomenti trattati a lezione o in alternativa in un compito scritto a domande a risposta multipla (n. 10, 1 pt per domanda) e 5 domande aperte (4 pt per domanda).  Per il voto finale vengono valutate anche le relazioni delle esercitazioni, cui vengono assegnati fino ad un massimo di due punti. L’esame si intende superato quando il voto finale è maggiore o uguale a 18. 

Criteri di valutazione dell’apprendimento:
Nella prova scritta lo studente dovrà dimostrare di conoscere principi e metodi (teoria e pratica) delle metodologie di modeling molecolare nonché di aver acquisito conoscenze di base sui metodi per la previsione della struttura proteica e delle interazioni farmaco-recettore. Nelle relazioni di laboratorio lo studente dovrà dimostrare di aver conseguito la capacità di applicare le conoscenze acquisite durante l’insegnamento ai fini dell’esecuzione di semplici analisi di laboratorio, nonché la capacità di redigere criticamente, in autonomia e/o in gruppo, un rapporto di prova.

Criteri di misurazione dell’apprendimento:
Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).

Criteri di attribuzione del voto finale:
Il voto finale viene attribuito sommando alla valutazione dello scritto quella della relazione di laboratorio, quest’ultima fino ad un massimo di due punti. La lode viene attribuita quando il punteggio ottenuto dalla precedente somma superi il valore 30 e contemporaneamente lo studente abbia dimostrato piena padronanza della materia.



Testi consigliati

Appunti di lezione
A.R. Leach, Molecular Modeling - Principles and applications, Longman, second edition, 2001.
C.J.Cramer, Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models, John Wiley & Sons, 2004.
T. Schlick, Molecular Modeling. An Interdisciplinary Guide, Second Edition, Springer Verlag, New York ,2010.
D. C. Rapaport, The Art of Molecular Dynamics Simulation, 2004, ISBN 0-521-82568-7
Jan H. Jensen, Molecular Modeling Basics, CRC Press, 2010

 



Corsi di laurea
  • Biologia molecolare e applicata




Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427