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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI
Insegnamento
STRUTTURA DI PROTEINE
SCP9088036, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI
SC1731, ordinamento 2014/15, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese PROTEIN STRUCTURE
Sito della struttura didattica http://biotecnologie.scienze.unipd.it/2019/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Biologia
Obbligo di frequenza
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ROBERTO BATTISTUTTA CHIM/06
Altri docenti STEFANO MAMMI CHIM/04

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative CHIM/06 2.0
CARATTERIZZANTE Discipline chimiche CHIM/05 2.0
CARATTERIZZANTE Discipline chimiche CHIM/06 2.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2014

Syllabus
Prerequisiti: Nessuno a parte quelli necessari per l'accesso alla laurea magistrale.
Conoscenze e abilita' da acquisire: 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.
Modalita' di esame: Discussione orale su tematiche della disciplina.
Criteri di valutazione: 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.
Contenuti: 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.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali con dimostrazioni pratiche in aula condotte dal docente.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: 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.
Testi di riferimento:
  • J. Cavanagh, Protein NMR spectroscopy: principles and practice. Amsterdam: Elsevier, 2007. Cerca nel catalogo
  • Bernhard Rupp, Biomolecular crystallography. New York: Garland Science, 2010. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Problem based learning
  • Case study
  • Working in group
  • Problem solving
  • Active quiz per verifiche concettuali e discussioni in classe
  • Utilizzo di video disponibili online o realizzati
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Kahoot, CCP4, Phenix, Coot

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita'