Biochimica strutturale

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
L’obiettivo principale del corso è quello di fornire allo studente gli strumenti necessari per un'analisi dettagliata e critica della struttura delle proteine e dei loro complessi macromolecolari. La prima parte del corso è dedicata alla comprensione delle proprietà chimico-fisiche degli amminoacidi che sono alla base della struttura delle proteine. Gli argomenti trattati durante le lezioni frontali saranno oggetto di prove pratiche individuali svolte in aula informatica dove, con l’utilizzo di software dedicato, gli studenti si cimenteranno con l’analisi strutturale di proteine modello.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
L'obiettivo didattico consiste nel conseguimento delle conoscenze necessarie per un'analisi critica della struttura delle proteine e degli acidi nucleici. Al termine del corso gli studenti avranno acquisito le competenze necessarie per affrontare l'analisi e lo studio sperimentale di macromolecole biologiche. In particolore lo studente sarà in grado di ottenere le coordinate di proteine ed acidi nucleici dalla banca dati PDB, riconoscerne il folding e utilizzare sofware per un'analisi dettagliata della sua struttura.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Il corso è finalizzato ad accrescere la capacità di analizzare in chiave critica le interazioni che sono alla base della struttura tridimensionale delle proteine e degli acidi nucleici.

ABILITA' COMUNICATIVE
L'articolazione del corso prevede una notevole attività di discussione in aula tesa a sviluppare l'attitudine degli studenti a trasmettere le competenze scientifiche acquisite a supporto delle proprie argomentazioni. In sede di esame lo studente dovrà sostenere una presentazione orale nella quale descriverà, con l'ausilio di slide,  la struttura e funzione di una proteina precedentemente assegnata.

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO
Le continue evoluzioni della ricerca scientifica ed in particolare della biologia molecolare richiedono un aggiornamento continuo delle competenze. Per tale motivo, il corso si prefigge di fornire l'autonomia necessaria per il conseguimento di una più ampia conoscenza e per l'allineamento delle competenze agli avanzamenti della ricerca in biologia molecolare.

La valutazione dei risultati di apprendimento attesi si basa su una prova scritta ed una relazione orale nella quale gli studenti dovranno descrivere dal punto di vista strutturale e funzionale una proteina assegnata. La relazione orale potrà essere sostenuta solo dopo il superamento della prova scritta. La prova scritta, da svolgersi in un tempo massimo di due ore, si compone di sei domande atte a valutare il grado di apprendimento e di analisi critica degli argomenti trattati.

Il corso si compone di lezioni frontali in cui verranno presentati i principali argomenti previsti dal programma e da esercitazioni in aula informatica dove, mediante l'utilizzo di software open source,  gli studenti impareranno ad analizzare la struttura e le interazioni che caratterizzano le macromolecole biologiche. Oltre ai libri di testo, gli studenti hanno a disposizione sul sito web del corso materiale didattico tra cui le slide utilizzate a lezioni ed articoli scientifici in lingua inglese.

L'elenco degli abbinamenti nome-PDBid lo trovate nel materiale didattico.

• Proprietà fisico-chimiche degli aminoacidi
• Organizzazione del codice genetico
• Reazioni chimiche coinvolte nella sintesi delle proteine
• Biosintesi della Selenocisteina e della Pirrolisina
• Il legame peptidico, angolo di rotazione phi e psi, il diagramma di Ramachandran.
• Strutture secondarie: Eliche alfa, 3.10 e pi greco, foglietti beta, regioni loop.
• Diagrammi topologici, motivi elica-giro-elica leganti il calcio, forcine beta, motivo a greca, motivo beta-alfa-beta.
• Strutture ad alfa elica: contatti inter-elica e organizzazione superstrutturale di proteine ad alfa-elica, fascio di quattro eliche, il folding delle globine.
• Strutture alfa-beta: struttura a botte TIM, ripiegamento di Rossmann.
• Strutture beta: "barili" formati da filamenti beta antiparalleli; motivo a chiave greca; "jelly roll" (proteine leganti la vitamina A; neuraminidasi; gamma-cristallina; immunoglobuline e proteine immunoglobulina-simili, Green Fluorescent Protein, Reazione di formazione del cromoforo della GFP.
• Il folding delle proteine: flessibilità conformazionale, fattori termodinamici e cinetici che influenzano il folding, Interazioni deboli e ponti disolfuro, effetto idrofobico, isomerizzazione dei residui di prolina, disolfuro isomerasi, struttura e funzione delle chaperonine GroEL/GroES. Proteine prioniche e patologie collegate al folding delle proteine.
• Modificazioni post-traduzionali delle proteine, maturazione e processamento proteolitico, le inteine, lipidazione, glicosilazione, fosforilazione, acetilazione, metilazione, modificazioni non enzimatiche, ubiquitinazione.
• Proteine con attività enzimatica: Le serina proteasi, Cisteina proteasi, Aspartato proteasi, Metalloproteasi, il complesso enzima-substrato, Km, Kcat, deltaG di attivazione, lo stato di transizione, meccanismo d'azione della chimotripsina, specificità, evoluzione convergente.
• Struttura del DNA.
• Riconoscimento del DNA da parte di fattori di trascrizione procariotici, riconoscimento diretto e indiretto, deltaG, frazione di saturazione e costante di dissociazione, specificità, cooperatività di legame, il motivo elica giro elica, interazioni specifiche e non-specifiche, Cro, repressore di lambda, repressore dell'operone Lac, CAP, repressore del triptofano, effettori allosterici che alterano l'affinità della proteina per il DNA.
• Riconoscimento del DNA da parte di fattori di trascrizione eucariotici: la TBP, interazioni sequenza specifiche, idrofobiche e plasticità del DNA. Motivi Zinc finger, effettori TAL, la cerniera a leucina del GCN4.
• Proteine di membrana: la batteriorodopsina, le porine, il canale del potassio, grafici di idropatia, canali ionici Cys-loop
• Struttura della F1F0 ATPasi
• Proteine fibrose: alfa cheratine, collageno, fibroina
• Cenni di cristallografia a raggi X per la determinazione della struttura tridimensionale delle proteine.
• Cenni di Bioinformatica strutturale (lezione Dott.ssa Menozzi Ilaria)