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Bioinformatica strutturale e modellistica molecolare - programma
Structural Bioinformatics and Molecular Modeling - programma

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GIULIO VISTOLI , responsabile dell'insegnamento

Corso di laurea in BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO (Classe LM-9) immatricolati dall'A.A. 2014/15 - Laurea Magistrale - BIOTECNOLOGIE NELLA RICERCA E SVILUPPO DEL FARMACO - 2017/2018

Insegnamento obbligatorio
Anno di corso1s
Periodo di svolgimentosecondo semestre
Settori scientifico disciplinari
  • BIO/10 - Biochimica
  • CHIM/06 - Chimica organica
  • CHIM/08 - Chimica farmaceutica
Crediti (CFU) obbligatori10
Crediti (CFU) facoltativi-

Informazioni generali

Obiettivi: Le unità didattiche di Metodologie computazionali e Modellistica molecolare si prefiggono di fornire allo studente le nozioni necessarie per comprendere i fondamenti teorici (3 CFU) e gli ambiti nei quali la chimica computazionale applicata al drug design (3 CFU) può trovare valide applicazioni sia in campo accademico sia industriale, così da imparare a valutare criticamente la qualità dei risultati anche sulla base dei limiti di tali metodologie. Durante l'unità didattica di Bioinformatica Strutturale verrà presentata una panoramica delle tecniche bioinformatiche utili per affrontare l'analisi di proteine, principali bersagli farmacologici e costituenti dei farmaci biotecnologici, introducendo gli studenti alla logica e alle basi teoriche su cui si basano gli approcci computazionali più usati (2.5 CFU). Verrà dato rilievo a Python, poiché è un linguaggio di programmazione semplice ed interessante per lo sviluppo di script e applicazioni bioinformatiche (0.5 CFU). Al corso sono associate 16 ore di esercitazione a posto singolo in aula di informatica (1 CFU).

Programma di studio

Programma Bionformatica strutturale:

1. Introduzione
1. Il flusso d’informazione genetica
2. Modelli evolutivi
3. Confronto tra sequenze

2. Introduzione alle basi di dati
1. Introduzione alle basi di dati
2. Conservazione dei dati
3. Distribuzione dei dati
4. Le basi di dati biologici

3. Confronto di sequenze
1. il metodo della matrice a punti
2. Gli algoritmi dinamici

4. Matrici di punteggio
1. Le matrici PAM
2. Le matrici BLOSUM
3. Altre matrici di sostituzione
4. Scelta della miglior matrice

5. Ricerche in banca dati con singola sequenza
1. FASTA
2. BLAST
3. Ricerche con l’algoritmo di Waterman
4. Misura della significatività statistica
5. Regioni a bassa complessità
6. Valutazione dell’efficienza di un algoritmo di ricerca

6. Allineamento multiplo di sequenze
1. Clustal W
2. Metodi più recenti per l’allineamento multiplo di sequenze

7. Alberi filogenetici
1. Il metodo neighbor joining
2. Significatività statistica della topologia di un albero: analisi di bootstrap
3. Aggiungere la radice all’albero

8. Ricerche in banche dati con allineamenti multipli
1. Calcolo dei profili
2. PSI-BLAST
3. Modelli di Markov nascosti
4. Visualizzazione di PSSM e di profili di HMM
5. Confronto sequenza-PSSM o sequenza -HMM
6. Confronto profilo-profilo

9. Prevedere le proprietà strutturali delle proteine a partire dalle sequenze
1. Le reti neurali
2. Applicazioni biologiche delle reti neurali

10. Confronto tra strutture di proteine
1. Le strutture tridimensionali delle proteine
2. Sovrapposizione strutturale delle proteine
3. Confronto strutturale attraverso proprietà geometriche locali
4. Confronti strutturali multipli
5. Ricerca di motivi di catene laterali

11. Dalla sequenza alla struttura e alla funzione di una proteina
1. Fold recognition
2. Modellizzazione per omologia
3. Previsione della funzione di una proteina

12. Introduzione alla programmazione con Python
1. Utilizzo di Python
2. Tipi di dati
3. Istruzioni di controllo
4. La funzioni
5. Le classi
6. I moduli
7. Input, output, eccezioni

13. Esercitazioni in aula di informatica (1 CFU)

Bibliografia e altri materiali didattici Bionformatica strutturale:

• Arthur M. Lesk, Introduction to Bioinformatics, Fourth Edition. Oxford University Press 2014
• Stefano Pascarella, Alessandro Paiardini, Bioinformatica - Dalla sequenza alla struttura delle proteine. Zanichelli 2011
• Andrew R. Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications. Prentice Hall College Div 2001

Programma Metodologie computazionali nello sviluppo biofarmaceutico:

15. La bioinformatica nella progettazione di farmaci: metodi ligand-based
1. Approcci chemoinformatici nella descrizione molecolare
2. Descrittori molecolari
3. Modelli QSAR
4. Modelli farmacoforici
5. Disegno di librerie

16. La bioinformatica nella progettazione di farmaci: metodi structure-based
1. Approcci di docking molecolare
2. Funzioni di score
3. Virtual screening

Bibliografia e altri materiali didattici Metodologie computazionali nello sviluppo biofarmaceutico:

• Arthur M. Lesk, Introduction to Bioinformatics, Fourth Edition. Oxford University Press 2014
• Stefano Pascarella, Alessandro Paiardini, Bioinformatica - Dalla sequenza alla struttura delle proteine. Zanichelli 2011
• Andrew R. Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications. Prentice Hall College Div 2001

Programma Modellistica molecolare: metedologie di base:

14. Quantomeccanica, meccanica e dinamica molecolare
1. Cenni di quantomeccanica
2. Campi di forze
3. La minimizzazione energetica
4. La dinamica molecolare
5. I limiti della meccanica e della dinamica molecolare
6. Calcolo dell’energia libera in sistemi complessi

Bibliografia e altri materiali didattici Modellistica molecolare: metedologie di base:

• Arthur M. Lesk, Introduction to Bioinformatics, Fourth Edition. Oxford University Press 2014
• Stefano Pascarella, Alessandro Paiardini, Bioinformatica - Dalla sequenza alla struttura delle proteine. Zanichelli 2011
• Andrew R. Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications. Prentice Hall College Div 2001

Modalità di esame, prerequisiti, esami propedeutici

Esame in un'unica volta o suddiviso in partiunico
Modalità di accertamento conoscenzeEsame
Giudiziovoto verbalizzato in trentesimi

Prerequisiti e modalità di esame L’esame sarà diviso in due parti: una prova pratica iniziale e, nel caso la prova abbia esito positivo, una prova orale basata sulla verifica della comprensione ed elaborazione del programma svolto a lezione.

Organizzazione della didattica

Bionformatica strutturale, Structural Bioinformatics

obbligatorio

Settori e relativi crediti

  • Settore:BIO/10 - Biochimica
  • Settore:CHIM/06 - Chimica organica
  • Settore:CHIM/08 - Chimica farmaceutica

  • Crediti:4
Attività didattiche previste

Esercitazioni di laboratorio a posto singolo: 16 ore

Attività didattiche previste

Lezioni: 24 ore

Metodologie computazionali nello sviluppo biofarmaceutico, Molecular modeling in drug design and development

obbligatorio

Settori e relativi crediti

  • Settore:BIO/10 - Biochimica
  • Settore:CHIM/06 - Chimica organica
  • Settore:CHIM/08 - Chimica farmaceutica

  • Crediti:3
Attività didattiche previste

Lezioni: 24 ore

Modellistica molecolare: metedologie di base, Molecular modeling methods: basic techniques

obbligatorio

Settori e relativi crediti

  • Settore:BIO/10 - Biochimica
  • Settore:CHIM/06 - Chimica organica
  • Settore:CHIM/08 - Chimica farmaceutica

  • Crediti:3
Attività didattiche previste

Lezioni: 24 ore

Ricevimento Docenti

Orario di ricevimento Docenti
DocenteOrario di ricevimentoLuogo di ricevimento
GIULIO VISTOLI , responsabile dell'insegnamentoprevio appuntamento
ALESSANDRO CONTINILun - Ven dalle 14.00 alle 17.00 previo appuntamentoDipartimento di Scienze Molecolari Applicate ai Biosistemi, via Venezian, 21, 20133 Milano, terzo piano
IVANO EBERINISu appuntamentoDipartimento di Scienze Farmacologiche e Biomolecolari, Via Giuseppe Balzaretti, 9 - 20133 Milano
CHIARA PARRAVICINI

Avvertenze e altre informazioni

E’ prerequisito aver accumulato almeno:
3 CFU del settore INF/01
3 CFU dei settori MAT e FIS
4 CFU del settore CHIM/06
6 CFU del settore BIO/10 o BIO/11 o BIO/12
Non è necessaria alcuna propedeuticità.