Ateneo - UPO

In questo corso sono trattate le applicazioni della risonanza magnetica nucleare (NMR) allo studio di molecole di interesse biologico, con particolare riferimento alla struttura tridimensionale di peptidi e proteine. Nella parte svolta in aula saranno richiamati i concetti fondamentali della spettroscopia NMR e saranno descritte le principali tecniche NMR multidimensionali impiegate per la risoluzione della struttura di proteine. Nella parte svolta in laboratorio NMR saranno descritti il funzionamento dello spettrometro NMR ed il relativo software. Verranno inoltre acquisiti spettri NMR multinucleari/multidimensionali di piccole molecole e polipeptidi. Infine, nella parte svolta in laboratorio informatico, saranno illustrati gli strumenti software per 1) processare ed analizzare gli spettri NMR; 2) risolvere problemi di assegnazione ed elucidazione strutturale; e 3) applicare il metodo sequenza-specifico per l’assegnazione di proteine.

Il materiale didattico e le dispense a cura del docente sono integralmente disponibili sulla piattaforma online.
Testi consigliati:
• T.D.W. Claridge “High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry”, 3rd Ed, 2006, Elsevier (in lingua inglese)
• H. Friebolin “Basic one- and two-dimensional NMR spectroscopy”, VCH, 1993. (in inglese)
• Joseph. P. Hornak “The Basics of NMR” 1997-2004. http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/ (libro online, disponibile anche in italiano)

- Fornire le conoscenze teoriche, metodologiche e pratiche della spettroscopia NMR applicata alle biomolecole;
- Fornire agli studenti gli strumenti necessari (incluse risorse software) per consentire l'acquisizione, il processamento e l'analisi di dati NMR utili alla determinazione strutturale;
- Creare consapevolezza circa le possibilità (e le limitazioni) della tecnica NMR per la determinazione della struttura tridimensionale di peptidi e proteine;
- Sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite in maniera autonoma per pianificare, eseguire ed interpretare esperimenti NMR e valutare con senso critico i risultati ottenuti.

Conoscenze di base di chimica organica, chimica fisica (principi di spettroscopia NMR) e biochimica (struttura di proteine)

Lezioni frontali su principi di spettroscopia NMR multinucleare e multidimensionale; esercitazioni interattive in aula (carta e penna) sulla interpretazione di spettri 1D/2D NMR; acquisizione guidata di spettri NMR in laboratorio (spettrometro Bruker Avance III, 500 MHz); esercitazioni interattive di assegnazione spettrale e analisi strutturale tramite software dedicati (laboratorio informatico)

Durante il corso verranno proposti agli studenti diversi esercizi di interpretazione spettrale, da eseguire in aula o in laboratorio informatico
in maniera interattiva. Inoltre è previsto che tutti gli studenti utilizzino lo spettrometro in maniera supervisionata dal docente. Questo consente al docente di valutare in tempo reale il livello di apprendimento.

L’esame consiste in una prova scritta della durata di 2 ore in cui vengono valutate le conoscenze acquisite durante il corso e la capacità dello studente di applicarle alla risoluzione di problemi di interpretazione spettrale.
L’esame scritto consiste di 8 domande relative a tutto il programma svolto a lezione. In particolare, l’esame prevede:
-almeno 2 domande volte ad accertare conoscenze teoriche, capacità di apprendimento ed acquisizione di un lessico adeguato;
-almeno 3 domande volte ad accertare la capacità di applicare le conoscenze teoriche (tipicamente esercizi di interpretazione spettrale);
-almeno una domanda volta ad accertare la capacità di applicare le conoscenze teoriche con giudizio critico (tramite esercizio volto all' identificazione della struttura di un composto incognito, sulla base degli spettri NMR forniti).
A fine corso viene reso disponibile agli studenti un testo tipico di esame.

In aula (1.5 CFU):
-Richiamo dei concetti fondamentali della spettroscopia NMR multinucleare (spin nucleare, frequenza di precessione di Larmor, spostamento chimico, accoppiamento scalare, rilassamento nucleare, effetto Overhauser nucleare);
-Esercitazioni di interpretazione di spettri 1D-NMR multinucleari per la caratterizzazione strutturale di piccole molecole;
-Introduzione alle tecniche NMR multidimensionali (sia di tipo omonucleare che eteronucleare), come COSY, TOCSY, NOESY, HSQC, HMQC, HMBC;
-Esercitazioni di interpretazione di spettri 2D-NMR per l’assegnazione delle risonanze di biomolecole e per l'elucidazione strutturale;
-L' assegnazione sequenza-specifica per l’analisi di polipeptidi.

In laboratorio NMR (2 CFU):
-Descrizione dello spettrometro NMR ed aspetti pratici per l’acquisizione di spettri 1D/2D NMR (sintonia della sonda, lock, shim, impostazione dei parametri di acquisizione);
-Preparazione dei campioni per l’analisi NMR;
-Acquisizione ed processamento di spettri NMR monodimensionali (1H, 13C, 31P, 19F) di biomolecole e farmaci (biotina, glutatione, desametasone-21-fosfato, composti a struttura incognita);
-Acquisizione di spettri 2D-COSY, 2D-TOCSY, 2D-NOESY, 2D-HSQC, 2DHMQC, 2D-HMBC delle molecole di cui sopra;
-Acquisizione di spettri 2D-COSY, 2D-TOCSY e 2D-NOESY di polipeptidi per assegnazione-sequenza specifica.

In laboratorio informatico (2.5 CFU):
-Processamento degli spettri NMR acquisiti (FT, correzione di fase, peak picking, integrazione, calibrazione) tramite software dedicato;
-Assegnazione delle risonanze 1H e 13C NMR degli spettri acquisiti in laboratorio NMR;
-Assegnazione sequenza specifica di peptidi tramite software CARA;
-Identificazione di composti incogniti da spettri 1D/2D NMR.

-Conoscenza e comprensione teorica e pratica della risonanza magnetica nucleare;
-Applicazione dei concetti teorici per l’interpretazione spettrale e per l’analisi strutturale di molecole anche complesse;
-Acquisizione di proprietà di linguaggio che consenta di presentare i risultati di uno studio NMR con un vocabolario tecnico adeguato;
-Capacità di affrontare problemi di elucidazione strutturale, applicando autonomia di giudizio per valutare il grado di affidabilità delle conclusioni raggiunte;
-Conoscenza delle risorse bibliografiche e software per il futuro approfondimento di aspetti specifici nel campo della spettroscopia NMR biomolecolare.