Bioinformatica strutturale e modellistica molecolare

Unità didattica: "Bioinformatica strutturale"

1. La biologia essenziale
2. L'informatica essenziale
3. La statistica essenziale
4. L'evoluzione biologica
5. Allineamenti tra sequenze
6. Alberi filogenetici
7. Piattaforme di sequenziamento degli acidi nucleici
8. Ricostruzione e annotazione dei genomi
9. Metodi bioinformatici per l'analisi di sequenze proteiche
10. Strutture proteiche
11. Interazioni proteiche
12. Esercitazioni in aula di informatica (1 CFU)

Unità didattica: Modellistica molecolare: metedologie di base

1. Introduzione alla Meccanica Quantistica:
a. L'equazione di Schrödinger
b. La funzione d'onda
c. L'operatore Hamiltoniano
d. Le principali approssimazioni nel calcolo QM (BO, HF, LCAO)
e. Il set di basi
f. Il ciclo SCF
g. La superficie di energia potenziale e l'ottimizzazione di geometria
j. I metodi QM nel calcolo delle proprietà molecolari (metodi ab-initio, semiempirici e DFT)

2. Introduzione alla Meccanica Molecolare
a. I campi di forza
b. I modelli solvente e le condizioni periodiche
c. L'ottimizzazione di geometria

3. La ricerca conformazionale (CS)
a. Metodi di CS sistematici
b. Metodi di CS stocastici

4. La Dinamica Molecolare (MD)
a. Le equazioni del moto e il calcolo di una traiettoria
b. Gli insiemi microcanonico (NVE), canonico (NVT) e isotermico-isobarico (NPT)
c. L'analisi della traiettoria (profili energetici, RMSD, RMSF, parametri geometrici, legami a idrogeno, analisi dei cluster, analisi delle componenti principali)
d. Applicazioni e limiti della MD

5. Le tecniche di campionamento potenziato nelle simulazioni MD
a. Richiami di termodinamica statistica
b. Simulated annealing
c. Umbrella sampling
d. Replica exchange MD
e. Metadinamica
f. MD accelerata

6. Calcolo dell'energia libera in sistemi complessi
a. Il potenziale della forza media (PMF)
b. Le perturbazioni alchemiche (Free Energy Perturbation e Thermodynamic Integration)
c. I metodi "end-point" (LIE e MM-PBSA)

Unità didattica: Metodologie computazionali nello sviluppo biofarmaceutico

(a) proprietà e descrittori molecolari: approcci computazionali per il calcolo e loro applicazioni nella descrizione del profilo chimico-fisico di una molecola;
(b) Approcci ligand-based: QSAR; metodi predittivi e modelli farmacoforici
(c) Approcci structure-based: docking molecolare, virtual screening e utilizzo della dinamica molecolare per valutare l'energia libera di un complesso
(d) approcci chemioinformatici e disegno di librerie