Obiettivi formativi
Il corso è rivolto a studenti di corsi di laurea scientifici interessati alle basi molecolari della chimica biologica di proteine e acidi nucleici. Le lezioni comunicano e insegnano sviluppo storico, concetti fondamentali e tecniche contemporanee di chimica di protein e biologia strutturale. Le esercitazioni e le lezioni inverse (`flipped classrooms’) formano alla comunicazione di idee e nozioni in questi campi e educano allo sforzo di ricerca individuale e di gruppo. Lo studente alla fine del corso sarà in grado di formulare un progetto di ricerca che risponda ad una domanda o verifichi un’ipotesi circa la relazione tra struttura e funzione di una bio-macromolecola di interesse.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Un corso introduttivo alla chimica preparativa di bio-macromolecole (proteine, acidi nucleici), metodi di caratterizzazione strutturale di bio-macromolecole, bio-cristallografia a cristallo singolo e microscopia elettronica di trasmissione per bio-macromolecole. Aspetti storici, concetti fondamentali e tecniche contemporanee.
Programma esteso
1. Introduzione al corso. Struttura/funzione di bio-macromolecole. Ricerca basata su ipotesi. Esperimenti di controllo. Formulazione di modelli alternativi sulla base di dati sperimentali. Massima verosimiglianza.
Elementi di cristallografia
2. Introduzione storico-concettuale
3. Interazione luce-materia, diffusione
4. Simmetria cristallografica e non-cristallografica; polimorfismo
5. Diffusione di raggi X da solidi cristallini: diffrazione
6. Raccolta dati di diffrazione da cristallo singolo
7. Processo di dati di diffrazione da cristallo singolo
8. La funzione di Patterson
9. Soluzione strutturale: metodi diretti
10. Costruzione, raffinamento e validazione di modelli strutturali
11. Deposizione di modelli strutturali: CSD
Chimica preparativa di bio-macromolecole
12. Introduzione storico-concettuale
13. Produzione di proteine ricombinanti
14. DNA Mutagenesi puntuale, delezioni, inserzioni
15. Cromatografie
16. Purificazione di bio-macromolecola da tessuto
17. Preparazione di complessi bio-macromolecolari
Biocristallografia
18. Crescita di cristalli di bio-macromolecole
19. Crio-protezione e danno da radiazione
20. Determinazione strutturale: sostituzione isomorfa
21. Determinazione strutturale: diffusione anomala
22. Determinazione strutturale: rimpiazzamento molecolare
23. Costruzione di modelli strutturali bio-macromolecolari con grafica molecolare
24. Raffinamento e validazione di modelli strutturali bio-macromolecolari
25. Deposizione di modelli strutturali bio-macromolecolari: PDB
Microscopia elettronica di trasmissione per bio-macromolecole
26. Introduzione storico-concettuale
27. Diffusione di elettroni
28. Microscopia elettronica con coloranti anionici
29. Crio-microscopia elettronica
30. Ricostruzione strutturale a particella singola
31. Tomografia elettronica
32. Collocazione di modelli bio-macromolecolari in densità EM
Lezioni inverse e esercitazioni (12 ore)
1. Strategia di purificazione di proteina
2. Crystallography on the Iphone: https://www.crystallography.org.uk/crystallography-on-the-iphone/ e Quitztallography App: https://play.google.com/store/apps/details?id=aax.uab.quiztallography&hl=en&rdid=aax.uab.quiztallography
3. Domande e risposte dopo aver visto il video della Royal Institution: Seeing Things in a Different Light: How X-ray crystallography revealed the structure of everything. https://www.youtube.com/watch?v=gBxZVF3s4cU
4. Strategia raccolta dati di diffrazione
5. Risoluzione strutturale e costruzione di modello (SHELXT)
6. Strategia di screen di cristallizzazione
7. Crescita di cristalli: lisozima
8. Interpretazione di Patterson differenza
9. Determinazione di fase con diagrammi di Harker
10. Costruzione grafica di modello bio-macromolecolare con Coot
11. Ricostruzione di mappa EM di proteasoma a partire da rumore
12. Uso del Cambridge Structural Database (CSD) e del Protein Data Bank (PDB)
Bibliografia
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Metodi didattici
Lezioni in aula. Esercitazioni di gruppo. Video. Apps per telefonini o tablets. ‘Flipped classroom’: https://en.wikipedia.org/wiki/Flipped_classroom.
Modalità verifica apprendimento
Questionari delle esercitazioni/flipped classrooms. Esame orale e scritto
Altre informazioni
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