Principi termodinamici del riconoscimento molecolare. Energia libera, energia configurazionale ed entropia nell'interazione farmaco proteina. Approccio termodinamico statistico al calcolo della costante di equilibrio farmaco-recettore e basi termodinamiche del Docking Molecolare. Force fields e calcolo dell'energia con metodi a solvente implicito. Esercitazioni individuali di laboratorio in aula informatica: determinazione della costante di equilibrio farmaco-recettore con metodi di Docking.
Conoscenze: Il corso prevede tre crediti per lezioni teoriche frontali e tre crediti da svolgersi in laboratorio informatico. La parte in aula fornisce le basi termodinamiche nell'interazione tra molecole diinteresse biologico e la conoscenza teorica dei principali strumenti bioinformatici nell'ambito del Docking Molecolare. In laboratorio lostudente applichera', in esercitazioni individuali, gli strumenti teorici acquisiti durante il corso, implementando su una piattaforma di tipo unix, procedure computazionali volte al calcolo di costanti di equilibrio per reazioni di interesse biologico.
Prerequisiti
nessuno
Metodi Didattici
Lezioni teoriche e lezioni di laboratorio sono alternate e coordinate per permettere allo studente, quanto piu' possibile, di apllicare in pratica cio' che viene appreso nella teoria. Tutto il corso si svolge in aula computer
Altre Informazioni
Dispense del corso a disposizione degli studenti sul sito del docente
lx03.sm.chim.unifi/~procacci
(accesso senza password)
Modalità di verifica apprendimento
Esame Orale volto alla verifica dell'apprendimento delle basi teoriche dell'interazione farmaco proteina e della padronanza degli strumenti tecnici-applicativi per il Docking Molecolare acquisiti in laboratorio
Programma del corso
LEZIONI FRONTALI
Descrizione introduttiva del corso e delle modalita' di esame.
Definizione atomistica del sistema farmaco-recettore, funzioni potenziale su spazi multidimensionali
Potenziale bonded (di valenza) e non bonded INTRAmolecolare per ligando e recettore
Potenziale di interazione NonBonded farmaco proteina in solvente implicito
Principi elementari di termodinamica statistica. Insieme microcanonico ed entropia statistica
Insieme canonico e definizione statistica dell'energia libera di Helmotz Funzione di partizione traslazionale di un gas ideale monoatomico
Funzione di partizione di un gas di molecole non interagenti o di una soluzione ideale. Funzione di partizione elettronica, vibrazionale, rotazionale e traslazionale
Equilibrio chimico A+B= AB; costante di dissociazione e funzioni di partizione molecolari in solvente implicito
Energia libera di dissociazione farmaco-proteina come somma di contributi elettronico vibrazionale rotazionale e traslazionale
Calcolo del contributo traslazionale e rotazionale nell'energia libera di dissociazione farmaco-proteina. Energia libera "cratica".
Calcolo del contributo vibrazionale nell'energia libera di dissociazione ed eliminazone dell'energia libera "cratica". Formulazione finale dell'energia libera di dissociazione in ambito RRHO.
LEZIONI DI LABORATORIO INFORMATICO
Set-up degli account ed ambiente di lavoro. Comandi unix da terminale: pwd, cd, ls, cp, cat; breve introduzione a VMD ed emacs
Esercitazione comandi linux da terminale: grep, less, awk, sed e concatenazione di comandi con "|" ">" e "<" per generazione di input file per VMD.
Esercitazione: database PDB (proteine) e PUBCHEM (ligandi). Strutture casuali farmaco-proteina generate per combinazione di file PDB e PUBCHEM visualizzate con s/w per visualizzazione grafica di sistemi di interesse biologico VMD
Download e compilazione del un programma "open-source" ORAC di Meccanica Molecolare applicata su sistemi di interesse biologico.
Manipolazione traslazionale (moveby) con VMD/tcl ["set menu tkcon" per la generazione della console VMD/tcl]
Calcolo del COM via VMD/tcl e rotazione del ligando nella tasca di legame.
Lezione di recupero/ripasso VMD/tcl; set, moveby, ROT (subroutine), writepdb
Esercitazione riassuntiva VMD/tcl su FKBP12 con toluene
Esercitazione di meccanica molecolare con ORAC: analisi del file di input ed esecuzione dei file test; generazione di un file topologico per il ligando. Corrispondenza dei label atomici nel file PDB del ligando e nelle specifiche topologiche nel file "tpg".
Esercitazione meccanica molecolare con ORAC: modifica dei file di input e minimizzazione di strutture di ligando e proteina PUBCHEM/PDB
Esercitazione meccanica molecolare con ORAC: preparazione VMD/tcl del complesso-posa ed ottimizzazione di struttura
Esercitazione di prova complessiva per il calcolo della costante di affinita'.
Esercitazione individuale finale Comprende: 1) Download di un file PDB dal database RCSB Protein Data Bank 2) sua manipolazione con comandi concatenati unix al fine di isolare la sola struttura del recettore eliminando commenti, eteroatomi e strutture alternative 3) Download del file del ligando in formato SDF dal database pubblico PUBCHEM e sua conversione in formato PDB con babel/primadorac 4) minimizzazione di ligando e recettore con il s/w ORAC/MD. 5) generazione della "posa" utilizzando il s/w VMD 6) minimizzazione della struttura del complesso con ORAC/VMD 7) calcolo della energia libera standard di dissociazione (vedi dispense).
N.B.: Lezioni Frontali e Lezioni di Laboratorio sono alternate. TUTTO il corso viene effettuato
in aula computer (blocco aule n. 61).