Principi termodinamici del riconoscimento molecolare. Energia libera, energia configurazionale ed entropia nell'interazione farmaco proteina. Approccio termodinamico statistico al calcolo della costante di equilibrio farmaco-recettore e basi termodinamiche del Docking Molecolare. Force fields e calcolo dell'energia con metodi a solvente implicito. Esercitazioni individuali di laboratorio in aula informatica: determinazione della costante di equilibrio farmaco-recettore con metodi di Docking.
Conoscenze: Il corso prevede tre crediti per lezioni teoriche frontali e tre crediti da svolgersi in laboratorio informatico. La parte in aula fornisce le basi termodinamiche nell'interazione tra molecole diinteresse biologico e la conoscenza teorica dei principali strumenti bioinformatici nell'ambito del Docking Molecolare. In laboratorio lostudente applichera', in esercitazioni individuali, gli strumenti teorici acquisiti durante il corso, implementando su una piattaforma di tipo unix, procedure computazionali volte al calcolo di costanti di equilibrio per reazioni di interesse biologico.
Prerequisiti
nessuno
Metodi Didattici
Lezioni teoriche e lezioni di laboratorio sono alternate e coordinate per permettere allo studente, quanto piu' possibile, di apllicare in pratica cio' che viene appreso nella teoria. Tutto il corso si svolge in aula computer
Altre Informazioni
Dispense del corso a disposizione degli studenti sul sito del docente
lx03.sm.chim.unifi/~procacci/MSB
(accesso senza password)
Modalità di verifica apprendimento
Esame Orale volto alla verifica dell'apprendimento delle basi teoriche dell'interazione farmaco proteina e della padronanza degli strumenti tecnici-applicativi per il Docking Molecolare acquisiti in laboratorio
Programma del corso
LEZIONI FRONTALI
Descrizione introduttiva del corso e delle modalita' di esame.
Definizione atomistica del sistema farmaco-recettore, funzioni
potenziale su spazi multidimensionali. Potenziale bonded (di valenza)
e non bonded INTRAmolecolare per ligando e recettore. Potenziale di
interazione NonBonded farmaco proteina in solvente implicito Principi
elementari di termodinamica statistica. Principi termodinamici
nell'interazione farmaco recettore. Misura della costante di affiniti
(isoterme di binding). Principi termodinamico-statitisctici
nell'interazione farmaco recettore a livello micorscopico. Insieme
microcanonico ed entropia statistica Insieme canonico e definizione
statistica dell'energia libera di Helmotz Funzione di partizione
traslazionale di un gas ideale monoatomico Funzione di partizione di
un gas di molecole non interagenti o di una soluzione ideale. Funzione
di partizione elettronica, vibrazionale, rotazionale e traslazionale
Equilibrio chimico A+B= AB; costante di dissociazione e funzioni di
partizione molecolari in solvente implicito Energia libera di
dissociazione farmaco-proteina come somma di contributi elettronico
vibrazionale rotazionale e traslazionale Calcolo del contributo
traslazionale e rotazionale nell'energia libera di dissociazione
farmaco-proteina. Energia libera "cratica". Calcolo del contributo
vibrazionale nell'energia libera di dissociazione ed eliminazone
dell'energia libera "cratica". Formulazione finale dell'energia libera
di dissociazione. Docking molecolare (solvente implicito) Funzioni di
score Autodock4 e Vina.
LEZIONI DI LABORATORIO INFORMATICO
Set-up degli account ed ambiente di lavoro. Comandi unix da terminale:
pwd, cd, ls, cp, cat; breve introduzione a VMD ed emacs Esercitazione
comandi linux da terminale: grep, less, awk, sed e concatenazione di
comandi con "|" ">" e "<" per generazione di input file per VMD.
Esercitazione: database PDB (proteine) e PUBCHEM
(ligandi). Generazione della struttura 3D del ligandi a partire dal
codice SMILES. Visualizzazione grafica di sistemi di interesse
biologico VMD
Manipolazione traslazionale (moveby) con VMD/tcl ["set menu tkcon" per
la generazione della console VMD/tcl] Calcolo del COM via VMD/tcl e
rotazione del ligando nella tasca di legame. Lezione di
recupero/ripasso VMD/tcl; set, moveby, ROT (subroutine), writepdb
Esercitazione riassuntiva VMD/tcl su FKBP12 con toluene. Download ed
istallazione di Autodock4 e Vina. Esercitazione di Docking molecolare
con Autodock-Vina.
Il corso prevede una esercitazione finale individuale che Comprende:
1) Download di un file PDB dal database RCSB Protein Data Bank 2) sua
manipolazione con comandi concatenati unix al fine di isolare la sola
struttura del recettore eliminando commenti, eteroatomi e strutture
alternative 3) Download del file del ligando in formato SMILES dal
database pubblico PUBCHEM e sua conversione in formato PDB con il
comando "babel" 4) Docking con vina o Autodock4. 5) Analisi
dell'output e calcolo della costante di dissociazione.