Molecular and Computational Biology

Modulo Molecular Biology

Il corso ha l'intento di fornire le informazioni per comprendere i principi della Biologia Cellulare e Molecolare e le metodologie computazionali utili allo studio delle macromolecole biologiche.

Presentazioni in Power Point.

Esercitazioni da svolgere in classe sul proprio laptop utilizzando la rete di Ateneo.

Frequenza obbligatoria. È richiesta la frequenza del corso per almeno il 70% delle lezioni per essere ammessi all’esame conclusivo del corso.

MODULO DI BIOLOGIA COMPUTAZIONALE (4 CFU)

BANCHE DATI E ANALISI : utilizzo delle banche dati genomiche e proteiche; informazioni derivanti: contesto genomico, con individuazione di regioni genomiche e trascritti (NCBI, Ensembl). Valutazione di pathway metabolici. Utilizzo della banca dati RefSeq per determinazione di sequenze di DNA, RNA e proteine. Banche dati per le valutazioni fenotipiche e le patologie genomiche (OMIM).

ALLINEAMENTO TRA SEQUENZE BIOLOGICHE: Definizioni di match, mismatch e omologia nel confronto tra due o più sequenze; programmazione dinamica nell’allineamento di sequenze (matrici dot-plot e algoritmi dinamici). Introduzione ai gap come parametri di valutazione di un allineamento; matrici di sostituzione PAM e BLOSUM; algoritmo BLAST nella sua versione base e nelle sue varianti (MegaBLAST). Statistica legata all’allineamento svolto: e-value e altri parametri. Allineamento multiplo di sequenze. Costruzione di un albero filogenetico. Matrice PSSM e Hidden Markov Models

STRUTTURE PROTEICHE: Richiamo alla struttura di una proteina e metodi sperimentali di rilevazione della struttura 3D (NMR, X-ray, Cryo-EM); banche dati per l’analisi di una proteina: Uniprot (sequenza); PDB e AlphaFold (struttura), KEGG e IntACT (interazioni proteiche).

Predizione di struttura secondaria attraverso software che sfruttano reti neurali (JPRED e PSIPRED); Predizione di struttura terziaria attraverso metodi comparativi (Homology Modelling); programmi di grafica che permettono la validazione dei modelli predetti (VMD, PyMol, VIAMD); costruzione di un plot di Ramachandran e utilizzo di parametri analitici come RMSD

PRINCIPI DI DOCKING MOLECOLARE: applicazione di software per l’analisi di siti di contatto per sistemi proteina-ligando e proteina-proteina

PRINCIPI DI DINAMICA MOLECOLARE: principio base della dinamica molecolare e possibili applicazioni della tecnica, generazione di force field, step di minimizzazione, equilibrazione (NPT e NVT, barostato di Berenden, c-rescale, termostato di Berendsen, ecc…) e produzione (determinazione temporale e applicazione di parametri estermi); validazione di strutture equilibrate e  analisi di traiettorie MD.

Varianti alla dinamica molecolare classica: metadinamica e Replica Exchange MD

Pascarella e Paiardini, Bionformatica, Zanichelli 2011

Citterich ed altri, Fondamenti di Bioinformatica, Zanichelli 2015

L'esame si svolgerà con un colloquio orale sul programma d'insegnamento in cui potrebbe anche essere richiesto lo svolgimento di qualche breve problema così come svolto in aula. 

Per partecipare all'esame finale è necessario avere effettuato la prenotazione sul portale SmartEdu. Per eventuali problemi tecnici relativi alla prenotazione occorre rivolgersi alla Segreteria didattica.

Che cos'è la banca dati PDB?

Che differenze ci sono fra gli allineamenti globali e locali?