Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Roberta GALEAZZI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [SM04] BIOLOGIA MOLECOLARE E APPLICATA (Curriculum: TECNOLOGIE BIOLOGICHE) Master Degree (2 years) - [SM04] APPLIED AND MOLECULAR BIOLOGY (Curriculum: TECNOLOGIE BIOLOGICHE)
Dipartimento: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'AmbienteDepartment: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'Ambiente
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2017-2018
Obbligatorio
Crediti: 5
Ore di lezioneTeaching hours: 40
TipologiaType: C - Affine/Integrativa
Settore disciplinareAcademic discipline: CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA
ITALIANO
Italian
Conoscenza delle nozioni di base di Bioinformatica, Chimica e Fisica
Basic knowledge of Bioinformatics, Chemistry and Physics.
Sono previste sia lezioni teoriche (3 crediti, 24 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.
During the course, there will be both theory frontal lessons (3 credits, 24 hours) and practical laboratory exercises (2 credits, 16 hours) which will be carried out individually or in small groups
Support materials for the preparation of the final exams will be distributed such as the instruction for the practical exercises.
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 conoscenze e comprensione.
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.
Knowledge and Understanding.
At the end of the course, the students must have a full-scale introduction to computational chemistry and molecular modeling, including special topics on computational-aided drug design. More in details, they will have knowledge of the state-of-art techniques for energy and structure calculations ( both for small ligands, drugs and for macromolecules such as proteins and nucleic acids).
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
The course goal is to develop a practical understanding of computational methods (strengths, limitations, applicability) and competence in applying these methods to molecular modeling in order to solve and explain biological relevant problems. The students should be also able to use some molecular modeling software to predict the 3D structure of proteins, and the ligand-receptor association.
Transversal Skills.
During the laboratory lessons, the students are encoraged to work in groups in order to improve their ability to interact positively and exchange scientific information.
Contenuti (lezioni frontali, 3 CFU, 24 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.
FRONTAL LESSONS (3 credits, 24 hours):
Introduction to molecular modeling and simulation: problems, challenges, and approaches. Basic protein structure; Introduction to quantum and molecular mechanics. Biomolecular force fields; non bonded computations. Prrotein folding prediction; Theoretical prediction of Mechanism of Enzymatic reaction. Complete minimization methods; Homology and comparative modeling for 3D protein predicition, new challenges to GPCRs model construction. Conformational search applied to the study of bioactive conformation: Systematic search and Monte Carlo method and Molecular dynamics simulated annealing approach. Full atom molecular dynamics methods: approach and challenges to simulation in membrane bilayers. Molecular docking: methods and application to rational drug design. Computer-Aided Drug Design: peptidomimetics as novel antibiotics (casa studies); the solvation problem: current status and future developments. Dynamics of proteins and peptides in membrane: state of art and applications.
LABORATORY LESSONS (2 credits, 16 hours):
Practical exercises taken to the DISVA informatics laboratory about some arguments discussed in the frontal lessons (such as molecular docking and comparative protein modeling).
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 moelcolare nonché di aver acquisito conoscenze di base sui metodi per la presivione 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.
Learning Evaluation Methods.
The student will send the written lab reports by e-mail in PDF or doc version. The examination The exam consists of an oral on topics covered in class or, alternatively, in a written assignment to multiple choice questions (n. 10, 1 pt /question) and of 5 open questions (4 pt /question). For the final grade we are also evaluated the reports of the exercises, which are awarded up to a maximum of two points. The exam is passed when the final grade is greater than or equal to 18.
Learning Evaluation Criteria.
In the written test, the student must demonstrate knowledge of principles and methods (theory and practice) of molecular modeling methodologies and has acquired basic knowledge on methods for the prediction of protein structure and drug-receptor interactions. In the student lab reports must demonstrate that they have achieved the ability to apply the knowledge acquired during the training, to enforce a simple laboratory analysis and the ability to critically draw, independently and / or in a group, a report test.
Learning Measurement Criteria.
The final mark is awarded out of thirty. The exam is passed when the grade is greater than or equal to 18. It is expected to be awarded the highest marks with honors (30 cum laude).
Final Mark Allocation Criteria.
The final grade is given by summing the evaluation of the writing that of the laboratory report, the latter up to a maximum of two points. Praise is attributed when the score obtained from the previous sum exceeds the value 30 while the student has demonstrated full mastery of the subject.
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
Recommended reading:
• Materials distributed during lessons (papers and diapositives)
• 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
no
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Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2018-2019
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
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