Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI ORD. 2014

Struttura di proteine

6

Piano IMMUNOMOLECOLARE

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 48 0 0 98

Periodo

AnnoPeriodo
I anno2 semestre

Frequenza

Obbligatoria

Erogazione

Convenzionale

Lingua

Italiano

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
02/03/202012/06/2020

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
caratterizzanteDiscipline chimicheCHIM/052
caratterizzanteDiscipline chimicheCHIM/062
affine/integrativoUlteriori attivit formative (art.10, comma 5, lettera d)CHIM/062


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof. BATTISTUTTA ROBERTOCHIM/06Dipartimento di Scienze Chimiche

Altri Docenti

DocenteCoperturaSSDStruttura
Prof. MAMMI STEFANOIstituzionaleCHIM/04Dipartimento di Scienze Chimiche

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste

Bollettino

Nessuno a parte quelli necessari per l'accesso alla laurea magistrale.

Il corso descrive le tecniche biofisiche per la determinazione della struttura 3D e della dinamica delle proteine e dei loro complessi macromolecolari, con lo scopo di capire come funzionano, come si evolvono e come possono essere modulate. Verranno illustrate le tecniche seguenti: la risonanza magnetica nucleare (NMR), la cristallografia a raggi-x, la microscopia crioelettronica (Cryo-EM) e lo "small-angle x-ray scattering" (SAXS). Il corso sarà arricchito con esempi di determinazione di strutture di particolare interesse e con la presentazione ed analisi di articoli recenti su aspetti avanzati degli argomenti presentati.

Lezioni frontali con dimostrazioni pratiche in aula condotte dal docente.

Principi base della spettroscopia NMR: chemical shift, accoppiamento scalare, accoppiamento dipolare, effetto nucleare Overhauser. Strumentazione. Introduzione alla spettroscopia NMR bidimensionale. Esperimenti 2D omonucleari: COSY, TOCSY, NOESY. Spettroscopia di correlazione eteronucleare: esperimenti 3D omo- ed etero-nucleari. Uso dei parametri NMR per la determinazione della struttura proteica. Pattern caratteristici di strutture secondarie. Metodi computazionali: "distance geometry", dinamica molecolare. RDC, uso dei chemical shifts. Interazioni proteina-proteina e proteina-ligando. Fenomeni di rilassamento NMR e dinamica dei processi. NMR allo stato solido. Panoramica sulla cristallografia. Tecniche di cristallizzazione, proprietà dei cristalli, simmetrie e gruppi spaziali. Principi geometrici della diffrazione, legge di Bragg e sfera di Ewald. Strumentazione, tecniche di raccolta ed elaborazione dei dati. Le basi della diffrazione: diffrazione di raggi-X; fattori di diffusione atomici; il fattore di struttura; il fattore “termico” B. Dai dati di diffrazione alla densità elettronica. Trasformata di Fourier e diffrazione. Il problema della fase. La funzione di Patterson. Metodi per l’ottenimento delle fasi: sostituzione isomorfa (MIR, SIR), diffusione anomala (SAD, MAD), SIRAS, metodi diretti, sostituzione molecolare; miglioramento delle fasi, tecniche di “density modification”. “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; approssimazione “weak-phase-object” 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); “single particle analysis”; preparazione dei campioni. Dalle immagini in 2D alla struttura in 3D: ricostruzione delle immagini; concetto di risoluzione in cristallografia e on microscopia crioelettronica. Costruzione e affinamento del modello in cristallografia e microscopia crioelettronica: principi e aspetti pratici. Validazione e analisi del modello: valutazione critica del modello molecolare ottenuto per cristallografia o microscopia crioelettronica. “Small Angle X-ray Scattering” (SAXS) di proteine e complessi macromolecolari: principi e concetti base; l’esperimento SAXS; diffusione di particelle puntiformi in soluzione rispetto alla diffrazione di raggi-x su cristallo singolo. Curve SAXS e forma delle particelle: “Guinier plot” e “distance distribution function”, raggio di girazione e dimensione massima delle particelle, volume di Porod, “Kratky plot” per proteine globulari e denaturate; interpolazione di dati SAXS mediante modelli 3D di proteine. Esempi di ottenimento della struttura 3D di proteine. Guida alla lettura di articoli di dinamica e struttura proteica.

Discussione orale su tematiche della disciplina.

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.

Bernhard Rupp, Biomolecular crystallography. New York: Garland Science, 2010 J. Cavanagh, Protein NMR spectroscopy: principles and practice. Amsterdam: Elsevier, 2007

http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr https://qshare.queensu.ca/Users01/sauriolf/www/webcourse/index.htm Grant Jensen, "Getting Started in Cryo-EM", http://cryo-em-course.caltech.edu. Dispense di lezione messe a disposizione sul sito personale del docente.