Ateneo - UPO

Questo modulo tratta l’applicazione di tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR) in biologia strutturale, con particolare riferimento allo studio delle interazioni proteina ligando. Il modulo inizia introducendo i concetti fondamentali della spettroscopia 1D/2D NMR e la loro applicazione per l'analisi di spettri NMR di piccole biomolecole/farmaci. A seguire verranno introdotte le tecniche NMR utilizzate per lo studio di peptidi e proteine. In particolare, saranno illustrati: i) il metodo sequenza-specifico per l’assegnazione completa del backbone proteico; ii) i metodi per la determinazione strutturale di biomolecole; iii) i metodi per lo studio delle interazioni proteina/ligando.

Il materiale didattico e le dispense a cura del docente sono integralmente disponibili sulla piattaforma online. Consigliati inoltre: • A. Randazzo “Guida Pratica alla Interpretazione di Spettri NMR”, Loghia, 2018, ISBN-8895122429. • T.D.W. Claridge “High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry”, 3rd Ed, 2006, Elsevier (in lingua inglese) • Joseph. P. Hornak “The Basics of NMR” 1997-2004. http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/ (testo online, disponibile anche in italiano)

- Fornire solide basi dei principi della spettroscopia NMR applicata alle biomolecole; - Fornire alle studentesse ed agli studenti gli strumenti necessari per l' interpretazione di spettri NMR e dei dati relativi alle interazioni proteina/ligando; - Creare consapevolezza circa le possibilità (e le limitazioni) della tecnica NMR per la determinazione della struttura tridimensionale di peptidi e proteine; - Acquisire e saper utilizzare un lessico appropriato in relazione agli argomenti affrontati nel corso; - Sviluppare la capacità di apprendere autonomamente per approfondire gli argomenti trattati.

Conoscenze di base di Chimica Organica, Chimica Fisica (spettroscopia) e Biochimica (struttura delle proteine).

Lezioni frontali in aula integrate con esercitazioni interattive di interpretazione spettrale. I concetti oggetto del corso verranno discussi in aula e applicati durante le esercitazioni di interpretazione spettrale, per verificare il livello di apprendimento in tempo reale.

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

Alla fine del modulo ci sarà un esame scritto (durata 2 ore) contenente sia domande aperte che chiuse ed un esercizio di interpretazione spettrale (trovare la struttura di un composto organico usando spettri 1H e 13C-NMR e spettri di tipo 2D-NMR). Sarà reso disponibile un tipico testo di esame. La votazione conseguita in questo modulo farà media pesata con il voto conseguito nell'altro modulo del corso.

Metodi spettroscopici di Risonanza Magnetica Nucleare per lo studio della struttura di biomolecole e delle interazioni proteina/ligando. - Principi di NMR: nuclei in un campo magnetico; popolazione dei livelli energetici di spin nucleare; frequenza di precessione di Larmor; magnetizzazione macroscopica; condizione di risonanza; NMR multinucleare. - Spettroscopia NMR ad impulsi (FT-NMR): modello vettoriale; sistema di coordinate rotanti; impulsi di radiofrequenza; angolo di impulso; Free Induction Decay (FID); dominio tempo e dominio frequenza; trasformata di Fourier (FT); sequenze di impulsi. - Parametri NMR: spostamento chimico; accoppiamento scalare; area del segnale; spettroscopia 1H e 13C-NMR; esercizi di assegnazione ed interpretazione spettrale. - Il rilassamento nucleare: rilassamento longitudinale (T1) e trasversale (T2); accoppiamento dipolare; regimi di moto molecolare ed effetti sul rilassamento nucleare; effetto Overhauser nucleare (NOE); misura di distanze internucleari basata su NOE. - Lo scambio chimico: regime di scambio (lento, intermedio, veloce) ed effetti dello scambio sul segnale NMR e sulle velocità di rilassamento nucleare; equilibrio di formazione del complesso bimolecolare proteina/ligando come sistema in scambio chimico; metodi per lo studio dell'interazione proteina/ligando basati sull'osservazione del ligando; saturation transfer difference (STD) NMR; Group Epitope Mapping (GEM), water-LOGSY; misura delle costanti di affinità. - Spettroscopia 2D-NMR: spettri 2D-COSY, 2D-TOCSY, 2D-NOESY e 2D-HSQC; esercizi di assegnazione ed interpretazione spettrale basati su spettri 2D-NMR. - Tecniche NMR multidimensionali per la determinazione strutturale di polipeptidi: assegnazione sequenza specifica del backbone proteico; principi ed applicazioni per l’acquisizione di vincoli strutturali da misure NOE; cenni di calcolo strutturale. - Metodi per lo studio di interazioni proteina ligando basati sull'osservazione della proteina: spettri 2D 1H,15N-HSQC di proteine; Chemical Shift Perturbation mapping; SAR by NMR.

-Conoscenza e comprensione delle basi teoriche della spettroscopia NMR, delle tecniche NMR di base per la determinazione strutturale di biomolecole e per lo studio delle interazioni proteina/ligando. -Capacità di applicare conoscenza e comprensione all' interpretazione di spettri NMR (capacità di assegnare e/o predire spettri di molecole semplici) ed all'uso di dati NMR per la caratterizzazione delle interazioni proteina/ligando. -Autonomia di giudizio: capacità di valutare con senso critico le possibilità ed i limiti delle tecniche NMR nella caratterizzazione strutturale e dinamica di biomolecole. -Abilità comunicative: acquisizione di proprietà di linguaggio che consenta di presentare i risultati scientifici di uno studio NMR biomolecolare in maniera rigorosa, chiara e concisa. -Capacità di apprendimento: capacità di utilizzare il materiale didattico e le fonti bibliografiche per approfondire in maniera autonoma aspetti specifici della spettroscopia NMR applicata allo studio di proteine e delle loro interazioni con ligandi