Membrane biologiche e loro modelli sperimentali. Il trasporto ionico: trasporto passivo e trasporto attivo. Proteine di membrana: ATPasi e canali ionici. Metodi sperimentali per lo studio di proteine di membrana in sistemi modello. Principali strumenti computazionali per la modellizzazione di sistemi biologici. Force fields, metodi PD e GB, metodi in solvente esplicito ed applicazioni in CADD e progettazione razionale di farmaci.
Conoscenze:
Il corso si compone di due moduli distinti.
Lo scopo del primo modulo è quello di fornire agli studenti una conoscenza di base dei modelli sperimentali di membrane biologiche (membrane biomimetiche) e dell’uso di alcune tecniche sperimentali per il loro studio. Il secondo modulo fornisce una conoscenza basica delle principali tecniche modellistiche utlizzante in ambito CADD o progettazione razionale di farmaci.
Competenze acquisite:
Lo studente acquisisce dal punto di vista chimico-fisico informazioni su esempi di membrane biomimetiche e sul funzionamento di proteine di membrana, sui fondamenti teorici, i punti di forza e criticita' delle moderne tecniche computazionali utlizzate in ambito biologico e la progettazione in silico di farmaci.
Capacità acquisite
Lo studente acquisisce dal punto di vista chimico-fisico informazioni su esempi di membrane biomimetiche e sul funzionamento di proteine di membrana, sui fondamenti teorici, i punti di forza e criticita' delle moderne tecniche computazionali utlizzate in ambito biologico re nella progettazione in silico di farmaci.
Prerequisiti
Corsi raccomandati: Chimica Generale e Inorganica, Chimica Organica.
Modalità di verifica apprendimento
Orale
Programma del corso
Parte A: Le membrane biologiche: proprietà chimico-fisiche. Lo stato liquido cristallino. Modelli sperimentali di membrane biologiche: loro sviluppo ed esempi significativi. BLMs e SSMs. Trasporto passivo, trasporto facilitato, trasporto attivo attraverso la membrana cellulare. Caratteristiche generali delle ATPasi di tipo P. Na+,K+-ATPasi e Ca2+-ATPasi: ruolo fisiologico, struttura, funzione, inibizione. Elettrogenicità e coefficienti dielettrici. Misura del trasporto di carica. I canali ionici voltaggio- e ligando- dipendenti. I canali ionici e la loro selettività. I canali Na+, Ca2+ e K+. I canali TRP. La tecnica del patch-clamp.. Fluorescenza di proteine: fluorescenza intrinseca ed estrinseca. Sonde stiriliche elettrocromiche. Misure in condizioni pre-stazionarie e in condizioni stazionarie.
Esercitazioni di laboratorio :
Misura di correnti elettriche generate dalla Ca2+-ATPasi del reticolo sarcoplasmatico su SSM.
Misure di fluorescenza (intrinseca ed estrinseca) sulla Na+,K+-ATPasi.
Misure di singolo canale usando le BLMs
Espressione eterologa di canali ionici in cellule e registrazione delle correnti ioniche mediante la tecnica del patch-clamp.
Parte B: I force fields AMBER, OPLS e CHARMM e calcolo delle energia conformazionali di molecole di interesse biologico. Metodi di minimizzazione locali e globali ed ottimizzazione delle strutture conformazionali di molecole complesse. Tecniche di simulazione per proteine in soluzione:
simulazioni di dinamica molecolare in solvente esplicito e controllo delle variabili termodinamiche (temperatura, pressione, pH e forza ionica). Calcolo delle energie conformazionali in solvente implicito: metodo Poisson Boltzmann e Born generalizzato. Interazione farmaco-recettore: costante di attivita'
ed energia libera di binding come media termodinamico-statistica (potenziale di forza media).
Tecniche avanzate per sistemi biologici: simulazioni di insiemi generalizzati su piattaforme parallele e metodi di non equilibrio e dinamica molecolare guidata; applicazioni a docking molecolare e unfolding di proteine.