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BIOCHIMICA COMPUTAZIONALE

Anna MARABOTTI BIOCHIMICA COMPUTAZIONALE

0522100044
DIPARTIMENTO DI CHIMICA E BIOLOGIA "ADOLFO ZAMBELLI"
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
BIOLOGIA
2024/2025

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2022
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
432LEZIONE
224LABORATORIO
ANNA MARABOTTI T Curriculum
Obiettivi
OBIETTIVO GENERALE:
SCOPO DELL’INSEGNAMENTO È FAR ACQUISIRE ALLE STUDENTESSE E AGLI STUDENTI LE COMPETENZE NECESSARIE PER COMPRENDERE I CONCETTI BASE DELLO STUDIO DELLE STRUTTURE TRIDIMENSIONALI DELLE BIOMOLECOLE (IN PARTICOLARE, DELLE PROTEINE) TRAMITE APPROCCI BIOINFORMATICI, E PER APPLICARE TALI CONCETTI IN MODO AUTONOMO TRAMITE ESEMPI DI PROGETTI DI RICERCA DA ESEGUIRE DURANTE LE ATTIVITÀ DI LABORATORIO COMPUTAZIONALE.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
LE STUDENTESSE E GLI STUDENTI:
- COMPRENDERANNO I DIVERSI LIVELLI STRUTTURALI DELLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE E DELLA LORO IMPORTANZA IN RELAZIONE ALLA FUNZIONE SVOLTA DA TALI MACROMOLECOLE NELLE CELLULE E NEGLI ORGANISMI;
- COMPRENDERANNO LE INFORMAZIONI SCIENTIFICHE VEICOLATE DALLE DIVERSE RAPPRESENTAZIONI GRAFICHE DELLE STRUTTURE PROTEICHE;
- COMPRENDERANNO LE METODICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA BONTÀ DELLE STRUTTURE OTTENUTE CON METODI SPERIMENTALI;
- CONOSCERANNO I PRINCIPI TEORICI DEI METODI BIOINFORMATICI PER L'ANALISI DI STRUTTURE OTTENUTE CON METODI SPERIMENTALI;
- CONOSCERANNO I PRINCIPI TEORICI DEI VARI ALGORITMI PREDITTIVI DELLE CARATTERISTICHE STRUTTURALI DELLE PROTEINE A PARTIRE DALLE LORO SEQUENZE;
- CONOSCERANNO I PRINCIPI TEORICI DEI VARI ALGORITMI PER LA PREDIZIONE DELLE STRUTTURE TERZIARIE E QUATERNARIE DELLE PROTEINE;
- CONOSCERANNO I PRINCIPI TEORICI DEI VARI ALGORITMI PER LA PREDIZIONE DELLE INTERAZIONI TRA PROTEINA E PICCOLI LIGANDI A PARTIRE DA STRUTTURE NOTE
- CONOSCERANNO I PRINCIPI TEORICI DEI VARI ALGORITMI PER LA SIMULAZIONE DELLA VARIABILITÀ CONFORMAZIONALE DELLE PROTEINE;
- CONOSCERANNO IL SIGNIFICATO FUNZIONALE DELLE PROTEINE LA CUI STRUTTURA TRIDIMENSIONALE È INDEFINITA, E DELLE METODOLOGIE BIOINFORMATICHE SVILUPPATE PER LO STUDIO DI TALI PROTEINE

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
LE STUDENTESSE E GLI STUDENTI SARANNO IN GRADO DI:
- CONSULTARE BANCHE DATI DISPONIBILI ONLINE CONTENENTI INFORMAZIONI STRUTTURALI E FUNZIONALI SULLE PROTEINE;
- RAPPRESENTARE LE STRUTTURE PROTEICHE IN MODO FUNZIONALE ALLA DESCRIZIONE DELLE LORO DIVERSE PROPRIETÀ STRUTTURALI;
- UTILIZZARE DIVERSI METODI E CONFRONTARE I RISULTATI PER VALUTARE LA BONTÀ DELLE STRUTTURE PROTEICHE DETERMINATE SPERIMENTALMENTE E PER VIA COMPUTAZIONALE;
- RICAVARE E UTILIZZARE LE INFORMAZIONI OTTENUTE DA SERVER DISPONIBILI ONLINE PER PREDIRE CARATTERISTICHE STRUTTURALI DELLE PROTEINE;
- INTEGRARE LE CONOSCENZE DERIVATE DALLE PREDIZIONI DI DIVERSE CARATTERISTICHE STRUTTURALI PER PREDIRE CORRETTAMENTE LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DI UNA PROTEINA UTILIZZANDO SERVER DISPONIBILI ONLINE;
- UTILIZZARE LE INFORMAZIONI RELATIVE ALLE STRUTTURE PROTEICHE PER PREDIRE L'AFFINITÀ A POTENZIALI LIGANDI;
- IMPOSTARE UNA PROCEDURA CORRETTA PER LA SIMULAZIONE DELLA VARIABILITÀ CONFORMAZIONALE DELLE PROTEINE;
- IDENTIFICARE LE PROTEINE O PORZIONI DI ESSE CHE NON SONO STRUTTURATE IN MODO DEFINITO, E DI CORRELARE TALI PROPRIETÀ CON UN SIGNIFICATO FUNZIONALE

AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
LE STUDENTESSE E GLI STUDENTI SARANNO IN GRADO DI VALUTARE IN AUTONOMIA:
- IL LIVELLO DI AFFIDABILITÀ DELLE INFORMAZIONI CONTENUTE ALL'INTERNO DI DATABASE PUBBLICI CONSULTATI;
- IL LIVELLO DI AFFIDABILITÀ ATTESO PER GLI ALGORITMI E I METODI DI PREDIZIONI DELLE CARATTERISTICHE STRUTTURALI;
- IL LIVELLO DI AFFIDABILITÀ DELLE PREDIZIONI DI STRUTTURA TRIDIMENSIONALE OTTENIBILI DA TALI ALGORITMI E METODI;
- IL CONTENUTO INFORMATIVO DI TALI RISULTATI, IN RELAZIONE ALLA FUNZIONE SVOLTA DALLE MACROMOLECOLE NELLE DIVERSE CELLULE ED ORGANISMI

ABILITÀ COMUNICATIVE:
LE STUDENTESSE E GLI STUDENTI SARANNO IN GRADO DI:
- PRODURRE RELAZIONI SCRITTE IN LINGUA INGLESE, UTILIZZANDO UNA TERMINOLOGIA SCIENTIFICA APPROPRIATA, RELATIVE ALLE ATTIVITÀ DI LABORATORIO SVOLTE, IN CUI DOVRANNO DESCRIVERE CON SUFFICIENTE DETTAGLIO LE PROCEDURE ADOTTATE E ANALIZZARE CRITICAMENTE I RISULTATI OTTENUTI, ORGANIZZANDOLE IN UNA STRUTTURA SIMILE A QUELLA DI UN ARTICOLO SCIENTIFICO;
- PRODURRE PRESENTAZIONI SINTETICHE DI TALI RISULTATI, ORGANIZZANDOLE IN UNA STRUTTURA SIMILE A QUELLA DI UNA RELAZIONE IN UN CONVEGNO SCIENTIFICO;
- SOSTENERE UN DIBATTITO A PARTIRE DA TALI PRESENTAZIONI, ENUNCIANDO I PRINCIPI TEORICI E RISPONDENDO ALLE DOMANDE PERTINENTI.

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO:
LE STUDENTESSE E GLI STUDENTI SARANNO IN GRADO DI:
- UTILIZZARE GLI STRUMENTI BIBLIOGRAFICI TRADIZIONALI E LE RISORSE INFORMATICHE DI ELABORAZIONE TESTI, PRODUZIONE DI PRESENTAZIONI, ANALISI DI DATI E DI ARCHIVIAZIONE;
- SVOLGERE ATTIVITÀ DI RICERCA, COMPRENDERE E INTERPRETARE TESTI COMPLESSI, TRATTI DALLA LETTERATURA SCIENTIFICA, IN LINGUA INGLESE;
- PROCEDERE ALL’AGGIORNAMENTO CONTINUO DELLE PROPRIE CONOSCENZE, UTILIZZANDO LA LETTERATURA TECNICA E SCIENTIFICA
Prerequisiti
LO STUDENTE DEVE AVERE ACQUISITO LE CONOSCENZE DI BASE NELL'AMBITO DELLA BIOCHIMICA FORNITE DAL PROGRAMMA DI STUDIO DELLA LAUREA TRIENNALE, CON PARTICOLARE RIFERIMENTO ALLA CONOSCENZA DELLE CARATTERISTICHE STRUTTURALI DELLE PROTEINE. IN PARTICOLARE E' RICHIESTA LA CONOSCENZA DI: PRINCIPALI LEGAMI CHIMICI DELLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE, CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE DEI DIVERSI AMMINOACIDI, CONOSCENZA DEI CODICI AD 1 E 3 LETTERE PER LA LORO RAPPRESENTAZIONE, DIVERSI LIVELLI DI STRUTTURA DELLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE E LORO SIGNIFICATO FUNZIONALE.
Contenuti
L’INSEGNAMENTO INCLUDE 32 ORE DI DIDATTICA NELLA FORMA DI LEZIONI FRONTALI E 24 ORE DI ESERCITAZIONI GUIDATE E AUTONOME IN LABORATORIO DI BIOINFORMATICA, DURANTE LE QUALI GLI STUDENTI E LE STUDENTESSE VERIFICANO DIRETTAMENTE CIÒ CHE LA DOCENTE INTRODUCE NEL CORSO DELLA LEZIONE (CON UN APPROCCIO LEARNING-BY-DOING).

GLI ARGOMENTI AFFRONTATI NELLE LEZIONI IN AULA E NELLE ESERCITAZIONI SONO:
- LE PROTEINE: APPROFONDIMENTO SULLE LORO DIVERSE CARATTERISTICHE STRUTTURALI (CIRCA 4 H DI DIDATTICA FRONTALE + 2 H ESERCITAZIONI GUIDATE IN LABORATORIO BIOINFORMATICO)
- METODI PER LA VALIDAZIONE DELLE STRUTTURE DELLE PROTEINE, OTTENUTE SIA SPERIMENTALMENTE CHE CON APPROCCI COMPUTAZIONALI (CIRCA 2 H DI DIDATTICA FRONTALE + 2 H DI ESERCITAZIONI GUIDATE IN LABORATORIO BIOINFORMATICO)
- METODICHE PER LO STUDIO DELLE PROTEINE TRAMITE APPROCCI “IN SILICO”: APPLICAZIONI DEGLI ALGORITMI DI ALLINEAMENTO A COPPIE E MULTIPLO, PREDIZIONE DELLE PROPRIETÀ STRUTTURALI E FUNZIONALI DELLE PROTEINE TRAMITE PROFILI, MODELLAMENTO DELLA STRUTTURA DELLE PROTEINE CON APPROCCI COMPUTAZIONALI TEMPLATE-BASED E TEMPLATE-FREE (CIRCA 12 H DI DIDATTICA FRONTALE + 6 H DI ESERCITAZIONI GUIDATE IN LABORATORIO BIOINFORMATICO)
- MECCANICA MOLECOLARE CON PARTICOLARE RIFERIMENTO A CONCETTO DI FORCE FIELD, MINIMIZZAZIONE, DINAMICA MOLECOLARE, SIMULATED ANNEALING (CIRCA 6 H DI DIDATTICA FRONTALE + 4 H DI ESERCITAZIONI GUIDATE IN LABORATORIO BIOINFORMATICO)
- LE BASI STRUTTURALI DELLE FUNZIONI PROTEICHE: LA FLESSIBILITÀ, PROTEINE CHAMELEON E PROTEINE MOONLIGHTING, PROTEINE INTRINSECAMENTE DISORDINATE (CIRCA 2 H DI DIDATTICA FRONTALE)
- DOCKING PROTEINA/LIGANDO (CIRCA 2 H DI DIDATTICA FRONTALE + 2 H ESERCITAZIONI GUIDATE IN LABORATORIO BIOINFORMATICO).

GLI ARGOMENTI TRATTATI NELLE ATTIVITÀ AUTONOME DI LABORATORIO COMPUTAZIONALE (12 H) RIGUARDANO L'APPLICAZIONE PRATICA DI TUTTE LE TECNICHE APPRESE ALLA SOLUZIONE DI UN PRECISO PROBLEMA BIOLOGICO, DA AFFRONTARE TRAMITE LAVORO DI GRUPPO (CFR. PROVA FINALE).
Metodi Didattici
L'INSEGNAMENTO PREVEDE 56 ORE (6 CFU) DI DIDATTICA DIVISE IN LEZIONI FRONTALI IN AULA (32 ORE), ATTIVITA’ GUIDATE (12 ORE) ED ATTIVITA’AUTONOME (12 ORE) IN LABORATORIO COMPUTAZIONALE.
LE LEZIONI IN AULA SI SVOLGERANNO CON L'AUSILIO DI PROIEZIONI E ACCESSO A MATERIALE MULTIMEDIALE LIBERAMENTE DISPONIBILE ONLINE.
LE ATTIVITA’ GUIDATE IN LABORATORIO COMPUTAZIONALE PREVEDERANNO LA DIMOSTRAZIONE DI APPLICAZIONI PRATICHE DEGLI ARGOMENTI AFFRONTATI NEL CORSO TEORICO.
LE ATTIVITÀ AUTONOME IN LABORATORIO COMPUTAZIONALE SI SVOLGERANNO A GRUPPI DI MASSIMO 4 STUDENTI: L'INSEGNANTE ASSEGNERÀ UNA TEMATICA E DARÀ INDICAZIONI SUI MEZZI COMPUTAZIONALI PER SVOLGERLA, DOPO DI CHE GLI STUDENTI SVOLGERANNO L'ATTIVITÀ IN AUTONOMIA.
Verifica dell'apprendimento
IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI.
L'ESAME SI DIVIDE IN DUE PARTI: UNA PRIMA PARTE PREVEDE LA PRODUZIONE DI UNA RELAZIONE IN LINGUA INGLESE SULLE ATTIVITA' SVOLTE DA PARTE DI OGNI GRUPPO DI STUDENTI CHE HA OPERATO DURANTE LE ORE DI LABORATORIO COMPUTAZIONALE SU UN ARGOMENTO INDICATO DALLA DOCENTE. LA RELAZIONE DEVE COMPRENDERE IL PROBLEMA BIOLOGICO AFFRONTATO, I VARI METODI IMPIEGATI PER RISOLVERLO, I RISULTATI OTTENUTI. LA PROVA SI INTENDE SUPERATA CON IL VOTO MINIMO DI 18/30. IL VOTO VIENE ATTRIBUITO AD OGNI STUDENTE APPARTENENTE AL GRUPPO CHE HA STESO LA RELAZIONE.
LA SECONDA PARTE DELL'ESAME COMPRENDE UNA PROVA ORALE CONSISTENTE IN UNA DISCUSSIONE (EVENTUALMENTE CON IL SUPPORTO DI UN POWER POINT PRESENTATO DALLO STUDENTE) FINALIZZATA AD ACCERTARE IL LIVELLO DI CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE RAGGIUNTO DALLO STUDENTE SUI CONTENUTI TEORICI E METODOLOGICI INDICATI NEL PROGRAMMA. LA PROVA ORALE CONSENTE INOLTRE DI VERIFICARE LA CAPACITÀ DI COMUNICAZIONE DELL'ALLIEVO CON PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO ED ORGANIZZAZIONE AUTONOMA DELL'ESPOSIZIONE SUGLI STESSI ARGOMENTI A CONTENUTO TEORICO.
NELLA DISCUSSIONE SONO ILLUSTRATE, DA PARTE DI OGNI SINGOLO STUDENTE, LE PROBLEMATICHE POSTE DAL PROBLEMA BIOLOGICO AFFRONTATO DURANTE IL LAVORO DI GRUPPO, L'IMPOSTAZIONE METODOLOGICA ADOTTATA, L'ANALISI DEI RISULTATI OTTENUTI. LA DISCUSSIONE PUÒ AVVALERSI DI DIAPOSITIVE E PREVEDERE LA RICHIESTA DI APPROFONDIMENTI TEORICI E DI CHIARIMENTI DI DETTAGLIO DA PARTE DEI MEMBRI DELLA COMMISSIONE D'ESAME.
LA PROVA NEL SUO INSIEME CONSENTE DI ACCERTARE SIA LA CAPACITÀ DI CONOSCENZA E COMPRENSIONE, SIA LA CAPACITÀ DI APPLICARE LE COMPETENZE ACQUISITE, SIA LA CAPACITÀ DI ESPOSIZIONE, SIA LO CAPACITÀ DI APPRENDERE E DI ELABORARE SOLUZIONI IN AUTONOMIA DI GIUDIZIO, SIA LA CAPACITA' DI COLLABORARE CON ALTRE PERSONE PER IL RAGGIUNGIMENTO DELL'OBIETTIVO FINALE.
IL VOTO FINALE DI OGNI STUDENTE TIENE CONTO DELLE CONOSCENZE ESPOSTE DAL SINGOLO STUDENTE NEL CORSO DELLA PROVA ORALE PER UN CONTRIBUTO DEL 70% E DELL'ELABORATO PRATICO PER UN CONTRIBUTO DEL 30%.
IL VOTO MINIMO (18/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA LIMITATA CONOSCENZA E CAPACITÀ DI STABILIRE CONNESSIONI TRA GLI ARGOMENTI TRATTATI.
IL VOTO MASSIMO (30/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA ED È CAPACE DI STABILIRE CONNESSIONI TRA GLI ARGOMENTI TRATTATI.
LA LODE SARÀ ATTRIBUITA AGLI STUDENTI CHE HANNO RISPOSTO CORRETTAMENTE A TUTTE LE DOMANDE, DIMOSTRANDO OTTIME PROPRIETA' DI LINGUAGGIO E CAPACITA' CRITICA NELL'ESPOSIZIONE, IN AGGIUNTA ALLE CONOSCENZE NECESSARIE PER RAGGIUNGERE IL MASSIMO PUNTEGGIO.
Testi
TESTO DI RIFERIMENTO:
- PASCARELLA, PAIARDINI: "BIOINFORMATICA" (ZANICHELLI)
LA DOCENTE INDICHERA' DI VOLTA IN VOLTA QUALI CAPITOLI E PARAGRAFI E' UTILE CONSULTARE PER L'APPRENDIMENTO DEI CONTENUTI

ALTRI TESTI PER APPROFONDIMENTO:
- PETSKO, RINGE: "STRUTTURA E FUNZIONE DELLE PROTEINE" (ZANICHELLI)
- WILLIAMSON: "COME FUNZIONANO LE PROTEINE", ZANICHELLI
- TRAMONTANO: "THE 10 MOST WANTED SOLUTIONS IN PROTEIN BIOINFORMATICS" (TAYLOR&FRANCIS) (SOLO IN INGLESE)
- ZVELEBIL M, BAUM J: "UNDERSTANDING BIOINFORMATICS" (GARLAND SCIENCE) (SOLO IN INGLESE)
LA DOCENTE INDICHERA' DI VOLTA IN VOLTA QUALI CAPITOLI E PARAGRAFI E' UTILE CONSULTARE PER L'APPROFONDIMENTO DI PARTICOLARI ARGOMENTI.

ALTRO MATERIALE:
AL TERMINE DI OGNI LEZIONE LA DOCENTE FORNISCE UN ELENCO PUNTUALE DI MATERIALI AGGIUNTIVI CONSULTATI, ACCESSIBILI ONLINE, FORNENDO I LINK DIRETTAMENTE NELLE DIAPOSITIVE CHE VENGONO FORNITE AGLI STUDENTI.
Altre Informazioni
LA FREQUENZA ASSIDUA ALLE LEZIONI FRONTALI È FORTEMENTE CONSIGLIATA. LA FREQUENZA ALLE ESERCITAZIONI GUIDATE E ALLE ATTIVITA' DI LABORATORIO INDIVIDUALI E' OBBLIGATORIA NELLA MISURA DEL 60% DEL NUMERO DI LEZIONI TOTALI. SE LO STUDENTE NON RAGGIUNGE QUESTO LIMITE MINIMO DI FREQUENZA, SARA' TENUTO A DIMOSTRARE, NEL CORSO DELLA PROVA ORALE, IL RAGGIUNGIMENTO DELLE CONOSCENZE PRATICHE NECESSARIE, TRAMITE UNA PROVA COMPUTAZIONALE.

ULTERIORI INFORMAZIONI POSSONO ESSERE RICHIESTE CONTATTANDO LA DOCENTE NELLE ORE DI RICEVIMENTO O VIA E-MAIL (AMARABOTTI@UNISA.IT) O TRAMITE PIATTAFORMA TEAMS.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-29]