- Oggetto:
- Oggetto:
BIOCHIMICA STRUTTURALE E FUNZIONALE
- Oggetto:
Functional and Structural Biochemistry
- Oggetto:
Anno accademico 2021/2022
- Codice dell'attività didattica
- CHI0047
- Docenti
- Prof.ssa Giovanna Di Nardo (Titolare del corso)
Prof. Sheila Sadeghi (Titolare del corso) - Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Primo periodo
- Tipologia
- Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- BIO/10 - biochimica
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Inglese
- Modalità di frequenza
- Facoltativa
- Tipologia d'esame
- Scritto
- Prerequisiti
-
Conoscenze di base di chimica biologica Conoscenze di tecniche di separazione e analisi di biomolecole
Basic knowledge of biological chemistry Knowledge of techniques for the separation and analysis of biomolecules - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
L’insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Chimica ponendo l'attenzione sulle macromolecole in termini di caratterizzazione strutturale e attività biologica per l’utilizzo finale in campi come la salute e la green chemistry.
In particolare, il corso fornisce allo studente conoscenze dettagliate su:
- relazione struttura-funzione delle macromolecole biologiche
- studio del folding delle proteine
- evoluzione di strutture proteiche e di moduli proteici
- metodi spettroscopici per lo studio della struttura delle proteine
- cristallografia ai raggi X
- analisi e costruzione di modelli molecolari di strutture proteiche
- Attivazione di ossigeno molecolare da cofattori presenti nelle proteine
- analisi di struttura-funzione applicata a emo-proteine, flavo-proteine e rame-proteine.
Nelle esercitazioni di laboratorio lo studente imparerà a generare modelli di strutture proteiche con approcci bioinformatici e utilizzerà metodi sperimentali di cristallizzazione delle proteine.
The course contributes to the objectives of the Master Degree Course in Chemistry, focusing on macromolecules in terms of structural characterization and biological activity for end use in fields such as health and green chemistry.
In particular, the course provides the student with detailed knowledge of:
- Structure-function relationships of biological macromolecules
- protein folding
- Evolution of protein structures and protein modules
- Spectroscopic techniques applied to the study of protein structure
- X-ray crystallography applied to proteins
- Analysis and construction of molecular models of protein structures
- Activation of molecular oxygen by cofactors found in proteins.
- Analysis of structure-function applied to haem-, flavo-proteins and copper proteins.
In the practicals, the student will learn to create models of protein structures through bioinformatic approaches and will use experimental methods for protein crystallization
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Al termine dell’insegnamento lo studente comprenderà:
- le differenze tra elementi di struttura primaria, secondaria e terziaria e come questi diversi livelli di organizzazione possono essere studiati con diverse metodologie spettroscopiche.
- i principi e i metodi per la cristallografia a raggi X applicata a proteine.
- come la struttura 3D di una proteina influenza la sua funzione.
- perché l'ossigeno molecolare deve essere attivato da diversi enzimi e quali cofattori contribuiscono a questa attivazione.
Nella parte delle esercitazioni, lo studente imparerà a generare da una sequenza primaria di una proteina un modello 3D in silico. Inoltre, avrà un'esperienza diretta di cristallizzazione delle proteine utilizzando il lisozima. Durante il corso gli studenti inoltre hanno la possibilità di presentare un recente articolo della letteratura in lingua inglese evidenziando anche la capacità di lavorare in gruppo
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Al termine dell'insegnamento, lo studente sarà in grado di :
- Riconoscere e classificare le struttue proteiche.
- Comprendere come gli enzimi attivano l'ossigeno molecolare per applicazioni biocatalitiche che includono il metabolismo di farmaci e la green chemistry.
- Selezionare la tecnica spettroscopica appropriate per studi strutturali e funzionali di proteine.
- Visualizzare le strutture in 3D con software appropriati
- Utilizzare databases di sequenze e strutture proteiche
KNOWLEDGE & UNDERSTANDING
At the end of the course students will understand:
- the differences between elements of primary, secondary and tertiary structure;
- how these different levels of organization can be studied with spectroscopic techniques.
- principles and methods for X-ray crystallography applied to proteins.
- how the 3D structure of a protein influences its function,
- why molecular oxygen needs to be activated by different enzymes within bacteria and human and which cofactors contribute to this activation.
In the practicals, students will learn how to generate a protein 3D model in silico starting from a primary sequence. Moreover, the students will have direct experience of protein crystallization using lysozyme. During the course the students also get a chance to present a recent literature article in English highlighting their ability to work in teams.
APPLYING KNOWLEDGE &UNDERSTANDING
At the end of the course, the student will be able to:
- Recognize and classify protein structures.
- Understand how enzymes activate molecular oxygen for biocatalytic applications that include drug metabolism and green chemistry.
- Select the appropriate spectroscopic technique for structural and functional protein studies.
- View 3D structures with appropriate software
- Use databases of sequences and protein structures
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Lezioni frontali: 42 ore, Esercitazioni in laboratorio: 12 ore
Lectures: 42 hours; Practicals: 12 hours
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
A seconda delle condizioni sanitarie, l'esame sarà scritto in classe o orale attraverso la piattaforma Webex.
In ogni caso la prova di esame consiste di 9 domande a risposta breve (60% voto finale), di cui sei domande sul modulo della Prof. Sadeghi e tre sul modulo della Prof. Di Nardo.
La relazione scritta sulla parte esercitativa di bioinformatica (modeling) viene valutata (10% del voto finale).
I seminari degli studenti vengono anche valutati (30% del voto finale).
Il voto finale è espresso in 33esimi.
La commissione d’esame si riserva di avere una discussione dell’elaborato al momento della registrazione del voto.
Nel caso di ESAMI A DISTANZA: modalità scritta su moodle con 9 domande a risposta breve secondo le indicazioni Rettorali. Lo studente sarà invitato a utilizzare la piattaforma Webex attraverso una mail con cui riceverà le istruzioni per l'accesso alla piattaforma. Possibili malfunzionamenti tecnici (es. linea debole o assente per la videoconferenza su Webex o oscuramento del video durante la prova) non precludono la possibilità di sostenere la prova o l’esame, che avverra', se ritenuto necessario, mediante prova personalizzata o orale sostitutivo.
Depending on the health emergency conditions, the exam will be written in class or through the Webex platform.
The exam includes 9 short answer questions (60% final grade):
- six questions on the part of Prof. Sadeghi
- three on the module of Prof. Di Nardo.
The written report on the practical part of bioinformatics (modeling) is also counted (10% of the final grade).
Student seminars are also evaluated (30% of the final grade).
The final mark is expressed out of 33.
In the case of DISTANCE EXAMS: 9 short answer questions. The student will be invited to use the Webex platform through an email with which he will receive instructions for accessing the platform. Possible technical malfunctions (eg weak or absent line for video conferencing on Webex or obscuring the video during the test) do not preclude the possibility of taking the test or exam, which will take place, if deemed necessary, using a personalized or a substitute oral test.
- Oggetto:
Programma
BASI STRUTTURALI DELLA FUNZIONE DELLE PROTEINE 1. Analisi della struttura 1aria, 2aria, 3aria e 4aria: a. Determinazione della sequenza aminoacidica-degradazione di Edman b. Legame peptidico, Ramachandran plot, struttura secondaria e terziaria c. Interazioni deboli nelle proteine d. Struttura quaternaria, assemblaggio 2. Classificazione e proprietà delle proteine e loro domini: a. Domini alfa b. Domini beta c. Domini alfa/beta d. Caratteristiche dei più comuni domini proteici e. Proteine di membrana 3. Protein dynamics: misura tramite spettroscopia ANALISI DELLA STRUTTURA PROTEICA 4. Struttura delle proteine: a. Confronto, classificazione, predizione b. Predizione di interazioni in complessi proteici 5. Modelling of protein structures: a. Data banks: Swissprot, PSI-BLAST, Multialign b. Uso di Swiss-Pdb-viewer e Yasara c. Predizione di struttura 2aria: utilizzo di 3D-PSSM e PSIPRED d. Generazione e analisi di Ramachandran plot e. Visualizzazione di e calcoli su strutture di proteine (solvent accessible area, distances, geometrie, surface potentials, molecular interactions) f. Ligand docking – teoria e utilizzo di Yasara g. cristallografia ai raggi x di proteina 6. Protein folding: a. concetti chiave e metodi b. Termodinamica c. Cinetica d. Effetto di denaturanti su folding e unfolding e. Il “molten globule” f. Folding funnels g. Folding patterns h. Protein misfolding e chaperons i. Proteins misfolding e patologie CHIMICA DELLE REAZIONE REDOX A CATALISI ENZIMATICA 7. Cofattori proteici e electron transfer nei sistemi biologici 8. Proteine eme a. Ciclo catalitico b. Legame dell’ossigeno- emoglobina c. Attivazione dell’ossigeno- citocromo ossidasi d. Aggiunta di ossigeno ai substrati- P450 i. Reazioni accoppiate e disaccoppiate ii. Specie reattive dell’ossigeno 9. Flavoproteine a. Electron transfer b. Monoossigenasi i. FMO- ciclo di reazione ii. Monoaminoossidasi iii. BVMO- applicazioni biotecnologiche 10. Proteine rame a. Classificazione b. Rame e electron transfer c. Rame e ossigeno d. Proteine contenenti rame e eme
STRUCTURAL BASIS OF PROTEIN FUNCTION 1. Analysis of Iary, IIary, IIIary and IVary structure: a. Determination of aminoacid sequence -Edman degradation b. Peptide bond, Ramachandran plot, secondary and tertiary structure c. Weak interactions in proteins d. Quaternary structure, assembly 2. Classification and properties of proteins and their domains: a. Alfa domains b. Beta domains c. Alfa/beta domains d. Characteristics of the most common protein domains e. Membrane proteins 3. Spectroscopy techniques applied tp protein structure determination ANALYSIS OF PROTEIN STRUCTURE 4. Protein structure: a. Comparison, classification and prediction b. Prediction of interactions in protein complexes 5. Modelling of protein structures: a. Data banks: Swissprot, PSI-BLAST, Multialign b. Use of Swiss-Pdb-viewer and Yasara c. IIary structure prediction: use of 3D-PSSM e PSIPRED d. Generation and analysis of the Ramachandran plot e. Visualisation of and calculations on protein structures ( solvent accessible area, distances, geometry, surface potentials, molecular interactions) f. Ligand docking – theory and use of Yasara g. Protein X-ray crystallography 6. Protein folding: a. Key concepts and methods b. Thermodynamics c. Kinetics d. Effect of denaturants on rates of folding and unfolding e. The molten globule f. Folding funnels g. Folding patterns h. Protein misfolding and chaperons i. Protein misfolding and disease ENZYMATIC REDOX CHEMISTRY 7. Protein cofactors and biological electron transfer 8. Haem proteins a. Catalytic cycle b. Oxygen binding- haemoglobin c. Oxygen activation- cytochrome oxidase d. Oxygen addition to substrates- P450s i. coupled vs uncoupled reactions ii. reactive oxygen species 9. Flavo-proteins a. Electron transfer b. Monooxygenases i. FMO- reaction cycle ii. Monoamine oxidase iii. BVMO- biotechnological applications 10. Copper proteins a. Classification b. Copper and electron transfer c. Copper and dioxygen d. Haem and copper proteins
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito: http://chimica.campusnet.unito.it/cgi-bin/home.pl I testi base consigliati per il corso sono: - Branden e Tooze: Introduction to protein structure . Second Edition - Garland Publ Inc.. - A.M- Lesk: Introduction to protein science. Architecture, functions and genomics, Oxford University Press - C.A. Orengo, D.T. Jones & J.M. Thornton: Bioinformatics. Genes, protein & Computers - BIOS Scientific Publisher Limited - J.J.R. Fausto da Silva and R.J.P. Williams: The biological chemistry of the elements – Clarendon Press, Oxford University Press E’ fortemente consigliato l’utilizzo del seguente materiale per approfondimenti e integrazioni: - presentazioni powerpoint e appunti delle lezioni; - articoli e reviews prese dalla letteratura come indicato durante le lezioni. Infine sono di seguito indicati siti internet di interesse: - www.expasy.ch - www.rcsb.org/pdb - www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html
The teaching material available on the following website and also directly from the lecturers: http://chimica.campusnet.unito.it/cgi-bin/home.pl The textbooks covering some of the material taught during the lectures include: - Branden e Tooze: Introduction to protein structure . Second Edition - Garland Publ Inc.. - A.M- Lesk: Introduction to protein science. Architecture, functions and genomics, Oxford University Press - C.A. Orengo, D.T. Jones & J.M. Thornton: Bioinformatics. Genes, protein & Computers - BIOS Scientific Publisher Limited - J.J.R. Fausto da Silva and R.J.P. Williams: The biological chemistry of the elements – Clarendon Press, Oxford University Press It is strongly advised to use the following material for studying and preparation of exam: - powerpoint presentations of the lectures ; - Articles and review papers mentioned during the lectures. For the section regarding in silica modelling of proteins the following websites will be used: - www.expasy.ch - www.rcsb.org/pdb - www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html
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