Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Lingua di erogazione: INGLESELessons taught in: ENGLISH
Laurea Magistrale - [AM04] FOOD AND BEVERAGE INNOVATION AND MANAGEMENT Master Degree (2 years) - [AM04] FOOD AND BEVERAGE INNOVATION AND MANAGEMENT
Dipartimento: [040027] Dip.Scienze Agrarie,Alimentari e AmbientaliDepartment: [040027] Dip.Scienze Agrarie,Alimentari e Ambientali
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2021-2022
Anno regolamentoAnno regolamento: 2020-2021
Opzionale
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 54
TipologiaType: D - A scelta dello studente
Settore disciplinareAcademic discipline: BIO/10 - BIOCHIMICA
INGLESE
English
Biochimica, biologia e fisica.
Biochemistry, biology and physics.
sono previsti 4 ETCS (36 ore) di lezioni teoriche, e 2 ETCS (18 ore) di attività di laboratorio computazionale.
We foresee 4 CFU (36 hours) of theoretical lessons, and 2 CFU (18 hours) of computational laboratory.
Padronanza dei principi di enzimologia strutturale intesa come strumenti di studio strutturale degli enzimi per le applicazioni biotecnologiche.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Comprensione della struttura tridimensionale degli enzimi per migliorarne le prestazioni
Competenze trasversali.
Capacità di individuare e consigliare le correte procedure nelle varie fasi del processo di studio della struttura degli enzimi; capacità di trasferire in modo chiaro ed esauriente informazioni, idee e soluzioni tecniche a interlocutori di vario tipo.
Knowledge and Understanding.
Mastering of the principle of structural enzymology, main means for structural understanding of enzymes for biotechnological applications.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
Understanding of tridimensional structure of enzymes to improve performance.
Transversal Skills.
Skills in designing, deploying, and advising the appropriate procedures to perform structural analysis of enzymes; communication skills to transfer information, ideas and technical solutions to colleagues and customers.
(0.25 ETCS) Introduzione: Organizzazione del corso. Introduzione agli argomenti del programma. Introduzione alla biochimica strutturale, con particolare riferimento ai suoi strumenti, obiettivi e potenzialità nell’ambito dell’enzimologia.
Metodi di analisi strutturale ai raggi X.
Cristallizzazione di macromolecole biologiche (0.25 ETCS): Principi basilari, stadi e meccanismi del processo di cristallizzazione con particolare riferimento ai cristalli di macromolecole biologiche. Proprietà e crescita dei cristalli proteici. Principali tecniche per la cristallizzazione di macromolecole biologiche.
Basi fisiche della diffrazione di raggi X e celle elementare di un cristallo (0.5 ETCS): Caratteristiche dei raggi X, sorgenti convenzionali e luce di sincrotrone, tecniche di raccolta delle intensità di diffrazione da cristalli proteici. Principi geometrici della diffrazione e legge di Bragg. Simmetria nei cristalli ed operazioni di simmetria consentite per molecole chirali. La cella elementare e gli indici dei piani reticolari in un cristallo, posizioni ed intensità dei riflessi, risoluzione dei dati.
Problema della fase in cristallografia e metodi di risoluzione strutturale di proteine (0.75 ETCS). Il fattore di struttura come somma di Fourier; trasformata di Fourier per ottenere la densità elettronica della molecola in esame. Introduzione al problema della fase e metodi per la determinazione della fase: sostituzione molecolare (Molecular Replacement), sostituzione isomorfa (SIR e MIR), scattering anomalo (SAD e MAD, SIRAS e MIRAS). Miglioramento delle fasi e affinamento del modello.
(1.5 ETCS) Metodi di analisi strutturale con Microscopia elettronica. Microscopio elettronico. Preparazione del campione. Principi di imaging, raccolta dei dati, ricostruzione della densita elettronica di una macromolecola. Metodo di risoluzione di una struttura EM.
The resolution revolution: recenti cruciali progressi nella microscopia crioelettronica (Cryo-EM). Confronto tra cristallografia a raggi-x e Cryo-EM. Interazione degli elettroni con la materia: principi della diffusione e diffrazione degli elettroni; schema base di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM).
Formazione dell’immagine per contrasto di ampiezza o di fase: TEM di campioni biologici; projection assumption (PA) e approssimazione a weak-phase-object (WPOA) per diffusori deboli di elettroni; uso della sfocatura e delle aberrazioni delle lenti per aumentare il contrasto. Trasformata di Fourier e formazione dell’immagine nel TEM: point spread function (PSF) e contrast transfer function (CTF); particle analysis; preparazione dei campioni.
Dalle immagini in 2D alla struttura in 3D: ricostruzione delle immagini; concetto di risoluzione in cristallografia e in microscopia crioelettronica. Costruzione e affinamento del modello in cristallografia e microscopia crioelettronica: principi e aspetti pratici.
(2 ETCS) Affinamenti di una struttura cristallografica o da cryo-EM. Prova pratica con inserti teorici di risoluzione e affinamento di una struttura cristallografica con validazione di una struttura cristallografica o di cryo-EM. Il corso prevede una parte di esercitazione in laboratorio: cristallizzazione di una proteina campione ed esame dei cristalli ottenuti al microscopio per valutarne la qualità e scelta dei campioni adatti all’indagine a RX. Esercitazione con uso di software Coot adeguato per miglioramento e affinamento del modello cristallografico e/o di microscopia elettronica.
Validazione della struttura cristallografica e deposito nella banca dati Protein Data Bank.
(0.75 ETCS) Casi studio. B-galactosidasi (EM), DRUG Design (MX), Lipasi (MX). Esempi di ottenimento della struttura 3D di proteine. Guida alla lettura di articoli di dinamica e struttura proteica.
Introduction (0.25 ETCS): Organization of the course. Introduction to the topics of the program. Introduction to structural biochemistry, with reference to its tools, objectives and potential in the field of enzymology.
Crystallization of biological macromolecules (0.25 ETCS): Basic principles, stages and mechanisms of the crystallization process with particular reference to biological macromolecule crystals. Properties and growth of protein crystals. Main techniques for the crystallization of biological macromolecules.
Physical basis of X-ray diffraction and elementary cells of a crystal (0.5 ETCS): X-ray characteristics, conventional sources and synchrotron light, techniques for collecting diffraction intensities from protein crystals. Geometric principles of diffraction and Bragg's law. Symmetry in crystals and symmetry operations allowed for chiral molecules. The unit cell and the indices of the lattice planes in a crystal, positions and intensity of reflections, data resolution.
Phase problem in crystallography and structural resolution methods of proteins (0.75 ETCS). The structure factor as a Fourier sum; Fourier transform to obtain the electron density of the molecule under examination. Introduction to the phase problem and methods for determining the phase: molecular replacement (Molecular Replacement), isomorphic substitution (SIR and MIR), anomalous scattering (SAD and MAD, SIRAS and MIRAS). Improvement of the phases and refinement of the model.
Structural analysis methods with electron microscopy (1.5 ETCS). Electronic microscope. Sample preparation. Principles of imaging, data collection, reconstruction of the electron density of a macromolecule. Method of solving an EM structure. The resolution revolution: recent crucial advances in cryo-electron microscopy (Cryo-EM). Comparison between X-ray and Cryo-EM crystallography. Interaction of electrons with matter: principles of electron diffraction and diffraction; basic scheme of a transmission electron microscope (TEM).
Image formation by amplitude or phase contrast: TEM of biological samples; projection assumption (PA) and weak-phase-object (WPOA) approximation for weak electron diffusers; use of lens blur and aberrations to increase contrast. Fourier transform and image formation in TEM: point spread function (PSF) and contrast transfer function (CTF); particle analysis; sample preparation.
From 2D images to 3D structure: image reconstruction; concept of resolution in crystallography and in cryoelectronic microscopy. Construction and refinement of the model in crystallography and cryoelectronic microscopy: principles and practical aspects.
(2 ETCS) Refinements of a crystallographic or cryo-EM structure. Practical test with theoretical inserts for the resolution and refinement of a crystallographic structure with validation of a crystallographic or cryo-EM structure. The course includes a part of laboratory practice: crystallization of a sample protein and examination of the crystals obtained under a microscope to evaluate their quality and choice of samples suitable for X-ray investigation. Exercise with the use of Coot software for Improvement and refinement of the crystallographic model and / or electron microscopy. Validation of the crystallographic structure and deposition in the Protein Data Bank database.
(0.75 ETCS) Case studies. B-galactosidase (EM), DRUG Design (MX), Lipase (MX). Examples of obtaining the 3D structure of proteins. Guide to reading articles on protein dynamics and structure.
L’esame finale consiste in un colloquio orale per valutare la conoscenza dell'argomento da parte degli studenti.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Lo studente verrà valutato in base al livello di apprendimento, alla consapevolezza, alla capacità di riflessione e alla capacità critica pertinenti alle competenze specifiche della disciplina.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
La prova orale sarà superata con esito positivo se lo studente dimostra di possedere una complessiva conoscenza delle tematiche, esponendo i contenuti con appropriati termini tecnici.
Criteri di attribuzione del voto finale.
Attribuzione del voto finale in trentesimi.
Learning Evaluation Methods.
The final exam consists of an oral interview to assess students' knowledge of the subject.
Learning Evaluation Criteria.
The student will be assessed on the level of learning, awareness, thinking ability and critical ability relevant to the specific competences of the discipline.
Learning Measurement Criteria.
The oral exam will be successfully passed if the student demonstrates an overall knowledge of the issues, exposing the contents with appropriate technical terms.
Final Mark Allocation Criteria.
The final mark is attributed in thirtieths.
David Blow “outline of Crystallography for Biologists”, 1st ed., Oxford University Press
Grant Jensen, "Getting Started in Cryo-EM", http://cryo-em-course.caltech.edu. Dispense di lezione messe a disposizione sul sito Learn dell'insegnamento.
David Blow “outline of Crystallography for Biologists”, 1st ed., Oxford University Press
Grant Jensen, "Getting Started in Cryo-EM", http://cryo-em-course.caltech.edu. Dispense di lezione messe a disposizione sul sito Learn dell'insegnamento.
Si. Collegamento su Learn.univpm.it
Yes. Check the link on Learn.univpm.it
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2021-2022
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427