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 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.
Verifica Apprendimento
Esame orale. La prova riguarderà i diversi argomenti affrontati durante il corso e 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.
