Il corso si prefigge l’obiettivo di preparare lo studente ad utilizzare e sviluppare tecniche computazionali e simulative per lo studio sistemi chimici e biologici finalizzate alla progettazione di nuove molecole con attività potenziali come chemical tools, nuovi farmaci, materiali. In generale il fine del corso è quello di preparare lo studente ad affrontare problemi all’interfaccia tra la chimica e la biologia fornendo i fondamenti necessari per comprendere processi chimico-biologici complessi a livello atomico e ad utilizzare questa conoscenza per il design e la progettazione di nuove molecole attive. Le principali domande in questo contesto riguardano lo studio della struttura e processi di folding di proteine, la visualizzazione di biomolecole e sistemi, la predizione e analisi delle interazioni tra molecole biologiche e piccole molecole (farmaci, chemical tools) o tra proteine ed altre macromolecole biologiche, lo studio e la predizione della reattività e funzione di enzimi. Si discuterà anche dell’utilizzo di nuovi metodi di machine learning e artificial intelligence.
Prerequisiti
Allo studente di questo corso viene richiesta una buona conoscenza della chimica organica (con particolare riferimento alla struttura e reattività dei principali gruppi funzionali), della chimica fisica (con particolare riferimento ai principi base della termodinamica statistica e cinetica) e la conoscenza degli aspetti basilari delle strutture delle molecole biologiche.
Metodi didattici
Lezioni frontali svolte mediante presentazioni PowerPoint e approfondimenti usando la lavagna. Le ultime lezioni comprenderanno sessioni interattive con notebook Colab dedicati.
Verifica Apprendimento
Esame orale di almeno 15 minuti che tratti almeno due dei macroargomenti affrontati. La prova sarà volta ad accertare le conoscenze acquisite e la capacità di valutare/sviluppare criticamente un processo computazionale e di design in chimica bioorganica.
Testi
Appunti delle lezioni e materiale fornito dal docente. "Understanding Molecular Simulation", D. Frenkel, B. Smit "Computer Simulation of Liquids", M. P. Allen, D. J. Tildesley "Molecular Modelling - Principles and Applications", A. R. Leach "Introduction to Computational Chemistry", F. Jensen
Contenuti
Il corso tratterà i seguenti argomenti:
• Introduzione allo studio computazionale di sistemi chimici e biochimici complessi. • Cenni di termodinamica statistica per lo studio di sistemi complessi • Struttura di proteine e aspetti fondamentali dei processi di riconoscimento molecolare in sistemi chimico-biologici. • Dinamica Molecolare: studio delle correlazioni tra struttura, movimento e attività in molecole su varie scale. • Reattività enzimatica e modellizzazione di reazioni in contesti biologici complessi: metodi teorici e computazionali • Studio, analisi e predizione delle interazioni proteina-proteina. • Metodi di machine learning in chimica e chimica biologica. • Il design e la progettazione di piccole molecole attive in contesti biologici, chemical tools e nuovi farmaci.
