Corso di laurea magistrale in Biotecnologie Industriali

In accordo con gli obiettivi generali del corso di laurea magistrale in Biotecnologie Industriali, che prevedono, per il primo anno  di corso, una serie di insegnamenti riferiti per alle discipline di base proprie del contesto caratteristico delle biotecnologie industriali, sia per gli aspetti scientifici che  per quelli applicativi il modulo di "Simulazione Molecolare al Calcolatore" fornisce le basi dei metodi che consentono di studiare le proprietà conformazionali e dinamiche di strutture molecolari complesse come le proteine e gli acidi nucleici mediante l'utilizzo di algoritmi e programmi di calcolo.  Lo/la studente/studentessa apprenderà concetti di base come la meccanica e la dinamica molecolare, i metodi matematici per l'individuazione di strutture di minima energia meccanica, le tecniche Metropolis Monte Carlo per la caratterizzazione della superficie di potenziale e la dinamica molecolare per lo studio della mobilità molecolare. Lo/la studente/studentessa sarà in grado di comprendere la letteratura moderna che utilizza la simulazione molecolare per lo studio di meccanismi biochimici e per la mobilita' proteica.

Per raggiungere la finalità di fornire le conoscenze e competenze  che definiscono il profilo professionale caratteristico di un biotecnologo industriale, lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO: Il modulo fornisce gli strumenti per approfondire autonomamente la simulazione molecolare in un campo in rapido sviluppo. Lo studente sarà in grado di interpretare criticamente la letteratura scientifica computazionale su sistemi biomolecolari complessi e di valutare gli approcci simulativi più appropriati al problema biotecnologico affrontato. Tali competenze supportano la prosecuzione degli studi dottorali e l'inserimento in contesti di ricerca industriale o accademica.

CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE: Conoscenza dei metodi standard della modellistica molecolare. Capacità di comprendere la letteratura specifica relativa alla modellistica di proteine e sistemi biologici.

CAPACITA'  APPLICATIVE: Applicare le conoscenze acquisite per lo studio delle conformazioni di molecole organiche semlici e macromolecole biologiche.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Essere in grado di  comprendere il grado di affidabilita' dei risultati della modellistica molecolare nella letteratura biologica.

ABILITÀ NELLA COMUNICAZIONE: Acquisire il linguaggio tecnico appropiato a discutere i metodi e i risultati della simulazione molecolare al calcolatore.

Definizione di simulazione molecolare al calcolatore. Confronto con l'approccio sperimentale. Equazione di Schroedinger e sue approssimazioni. La definizione dell'energia meccanica molecolare. Relazione tra energia meccanica, energia interna e energia libera di Gibbs. I campi di forza (AMBER, CHARMM, UFF, ...). Minimizzazione dell'energia meccanica. Metodo Newton-Raphson. Metodi basati sul gradiente dell'energia meccanica. Esplorazione dell'energia potenziale mediante metodi Metropolis Monte Carlo e simulating annealing. La dinamica molecolare. 

Le lezioni saranno svolte in presenza. Non è richiesto l'obbligo di frequenza sia alle lezioni frontali che alle esercitazioni anche se la frequenza è fortemente raccomandata. Le ore frontali, corrispondenti a 2 CFU (16h), sono affiancate da 1 CFU (16h) a carattere esercitativo, sia in aula alla lavagna che di pratica di laboratorio informatico dove lo/la studente/essa potra' apprendere i rudimenti della simulazione molecolare. Verra' utilizzato il programma ArgusLab  per costruire semplici molecole organiche e studiarne la conformazione. Verra' utilizzato il programma HyperChem per simulazioni Monte Carlo e di dinamica molecolare di semplici molecole.

Gli esami si svolgeranno in forma scritta in presenza (durata 120 minuti), su fogli di carta a quadretti forniti dal docente e singolarmente firmati. Lo/a studente/essa potrà usare penna stilografica, biro o pennarello con inchiostro blu e nero ma non rosso. L'uso della matita non è consentito. Le cancellature sono consentite anche tramite l'uso del bianchetto. Lo/a studente/essa dovrà scrivere nome e cognome su ogni foglio. Non è consentito l'uso del cellulare, di orologi smart ma solo della calcolatrice standard non connessa alla rete. La copiatura da testi o tramite altri strumenti implica il ritiro del compito e il non superamento dell'esame.

Ogni domanda vale da 0 a 2 punti. Il voto finale e' la media dei vari punteggi a cui viene aggiunto un punteggio fino ad un massimo di 3 punti globali relativo alla capacita' espressiva e di chiarezza espositiva.

Il voto dell'esame del modulo "Simulazione molecolare al calcolatore" farà media aritmetica con il voto conseguito all'esame del modulo di "Modelli di sistemi complessi". 

Il docente e' sempre disponibile via email a ulteriori chiarimenti sui concetti del corso.

Il docente dell'insegnamento fornisce delle dispense in formato pdf. Il loro contenuto non è originale ma il risultato di contributi tratti da molte fonti al fine di ritagliare il livello necessario per gli scopi formativi di questo insegnamento. Queste dispense NON sono sostitutive delle fonti originali e di libri di testo e articoli che sono riportati di seguito e al fondo delle dispense.

Il materiale didattico è disponibile sul sito Campusnet dell'Ateneo in forma di dispense powerpoint e articoli in pdf.

Pagina web di Jonathan M Goodman http://www-jmg.ch.cam.ac.uk/