Anno di corso: 1

Crediti: 8
Crediti: 6
Crediti: 6
Crediti: 6
Crediti: 6

Anno di corso: 2

Crediti: 8
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 6
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 4
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 12
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 40
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 4
Tipo: Altro

INTERAZIONI LIGANDO-MACROMOLECOLA

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2018/2019
Anno di corso: 
1
Anno accademico di erogazione: 
2018/2019
Tipo di attività: 
Obbligatorio a scelta
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' didattica: 
48
Prerequisiti: 

Conoscenze di fisica classica: forze, energie, interazioni elettrostatiche.
Conoscenza di processi biochimici.

Moduli

Metodi di valutazione

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

La verifica dell'apprendimento avviene con esame finale orale, non sono previste prove in itinere.
Lo studente deve redigere una relazione tecnica sulle esperienze effettuate in laboratorio, esponendo chiaramente la procedura adottata, i risultati ottenuti e l'analisi degli stessi.
L'esame sarà basato su quanto esposto nella relazione facendo i necessari collegamenti con i concetti teorici appresi durante le lezioni. Le risposte dello studente dovranno essere sempre motivate e collegate a concetti più ampi.

Nella prova finale, per quanto possibile, lo studente verrà valutato sulla base dei seguenti criteri:

1) conoscenza e capacità di comprensione ;

2) capacità di collegare i diversi concetti;

3) autonomia di ragionamento;

4) capacità di utilizzare correttamente il linguaggio scientifico

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

Obiettivi
Apprendere le principali tecniche di modellistica molecolare utilizzabili nella modellizzazione delle interazioni tra una macromolecola e un ligando per lo studio e la razionalizzazione di processi biologici

Contenuti

Natura delle interazioni tra molecole: forze elettrostatiche; interazione tra dipoli; dipoli indotti; potenziale di interazione intermolecolare (Lennard-Jones), forze a lungo e corto raggio, forze dispersive.
Geometria molecolare e PES (Potential Energy Surface).
Il metodo della Meccanica Molecolare per il calcolo di energie molecolari e di interazione.
Metodi di simulazione molecolare: il metodo Monte Carlo Metropolis per la stima di proprietà molecolari all'equilibrio; la Dinamica Molecolare per lo studio di macromolecole.
Il Docking Molecolare per lo studio delle interazioni tra macromolecola e ligando.
Tecniche di 3D-QSAR per la progettazione di ligandi con aumentata attività con specifici target.
Esperienze di laboratorio.

Programma esteso

Strutture 3D di macromolecole biologiche. Banca dati PDB.
Natura elettrostatica delle interazioni tra molecole: forze esercitate tra cariche puntiformi; forze esercitate tra cariche e dipoli e dipolo-dipolo; dipoli indotti e dipoli istantanei (transienti).
Potenziale di interazione intermolecolare (potenziale di Lennard-Jones), forze a lungo e corto raggio, forze dispersive.
Definizione di geometria molecolare e di PES (Potential Energy Surface). Ricerca di punti di minimo sulla PES: Metodo Newton-Raphson e metodi approssimati. Problema dei molti minimi: ricerca sistematica e deterministica.
Il metodo della Meccanica Molecolare per il calcolo di energie molecolari e di interazione. Descrizione classica dei sistemi molecolari. Force Fields. Valori “naturali” dei parametri geometrici e trasferibilità dei parametri. Formulazione delle interazioni nella MM; campo di forza armonico e suoi limiti; legge di Hooke generalizzata. Potenziali armonici di stretching, di bending e di strecth‐bend; Potenziali torsionali; Potenziali di non legame. Calcolo dell'energia di interazione.
Metodi di simulazione molecolare: Caratteristiche dei sistemi molecolari reali; calcolo di proprietà di un insieme macroscopico di particelle come valor medio, pesato sull’energia, delle proprietà delle singole molecole. Stato del sistema e spazio delle fasi.
Il metodo Monte Carlo Metropolis per la stima di proprietà molecolari all'equilibrio.
La Dinamica Molecolare per lo studio di macromolecole, processi e fenomeni di interesse biologico.
Calcolo di proprietà di un insieme macroscopico di particelle come media temporale di valori istantanei (Ipotesi ergodica).
Schema logico di una simulazione di dinamica molecolare. Impostazione di una simulazione e analisi delle traiettorie.
Estensioni del metodo della dinamica molecolare: REMD, Steered Dynamics, Meta Dynamics, Free Energy Perturbation.
Il Docking Molecolare per lo studio delle interazioni tra macromolecola e ligando. Posing e funzioni di scoring. Limiti dei metodi di docking. Analisi sistematica di diverse funzioni di score.
Tecniche di 3D-QSAR per la progettazione di ligandi con aumentata attività con specifici target.
Costruzione di un modello QSAR. Proprietà molecolari e descrittori molecolari come variabili del modello.
Descrittori 3D WHIM e G-WHIM. Metodo COMFA e successive modifiche. Pre-selezione delle variabili del modello.
Metodi di fitting (R2) e di predizione (Q2). Algoritmo genetico per la selezione delle variabili del modello.
Esperienze di laboratorio.
1) Studio della PES dell'ammide della N-acetil-N-metilglicina mediante (Meccanica Molecolare e Dinamica Molecolare)
2) Studio di inbitori di ADH (docking molecolare e calcolo energie di interazione)
3) Studio del carrier mitocondriale ANT (verifica risultati docking molecolare e ipotesi di complesso con ADP)

Bibliografia consigliata

Appunti delle lezioni e dispense.
Articoli scientifici selezionati per i diversi argomenti.

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche in laboratorio

Contatti/Altre informazioni

Orario di ricevimento
Non è previsto un giorno di ricevimento fisso. E' possibile contattare il docente ogni volta sia necessario, fissando un appuntamento