Ateneo - UPO

L'insegnamento tratta la rappresentazione visiva delle molecole e delle macromolecole come strumento di comunicazione scientifica. Il percorso è organizzato per oggetto da rappresentare, in ordine di libertà rappresentativa crescente: dalla formula di struttura bidimensionale, dove le convenzioni sono codificate e vincolanti, al modello tridimensionale, alla macromolecola e al suo complesso con un ligando, allo schema di meccanismo d'azione, fino al graphical abstract. Per ciascun oggetto si impiega lo strumento appropriato, e un unico caso assegnato (un farmaco e il suo bersaglio) attraversa tutti i blocchi, producendo i materiali che confluiscono nell'elaborato finale.

Riferimenti normativi e convenzioni di disegno:
- Farmacopea Europea, convenzioni grafiche adottate nelle formule di struttura delle monografie
- Raccomandazioni IUPAC per la rappresentazione grafica della configurazione stereochimica e dei diagrammi di struttura chimica
- Istruzioni per gli autori e requisiti per le figure delle principali riviste del settore, raccolte su D.I.R.

Risorse in rete utilizzate durante il corso:
- Protein Data Bank (https://www.rcsb.org) e sezione divulgativa PDB-101 (https://pdb101.rcsb.org)
- documentazione ufficiale dei programmi impiegati, indicata su D.I.R. con i relativi collegamenti

Lettura consigliata per approfondimento: D. S. Goodsell, "The Machinery of Life", Springer.

Indicazioni per la preparazione dell'esame: per la produzione dell'elaborato sono indispensabili le guide operative, gli script e i preset forniti; per la discussione sono adeguate le dispense e la raccolta commentata di esempi.

L'insegnamento, a scelta dello studente, concorre agli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale a ciclo unico in Farmacia sviluppando una competenza trasversale di comunicazione scientifica: la capacità di rappresentare correttamente e di leggere criticamente le immagini di molecole, macromolecole e meccanismi d'azione, che le studentesse e gli studenti incontrano nella letteratura scientifica, nella tesi di laurea e nella successiva attività professionale.

Articolazione dei CFU per tipologia di didattica (2 CFU, 50 ore complessive):
- didattica erogativa (DE): 4 ore di presentazione dei contenuti in aula informatica, distribuite come parte introduttiva di ciascun blocco;
- didattica interattiva (DI): 12 ore di esercitazione a postazione individuale, con produzione di elaborati, confronto fra i risultati e critica strutturata fra pari;
- autoapprendimento: 34 ore, comprensive dello studio individuale e della realizzazione dell'elaborato finale.

Obiettivi specifici. Al termine dell'insegnamento le studentesse e gli studenti sono in grado di:
1. disegnare la formula di struttura di un farmaco conforme alle convenzioni codificate, verificarne la coerenza con nome, formula bruta e massa molecolare relativa, e individuare gli errori in una tavola di strutture;
2. costruire un modello tridimensionale di una piccola molecola dichiarando l'origine della conformazione rappresentata;
3. reperire un modello strutturale di una macromolecola, valutarne la qualità e stabilire che cosa il dato consenta di rappresentare;
4. costruire la figura di un complesso ligando-proteina conforme a requisiti editoriali e renderla riproducibile mediante script;
5. riconoscere che cosa un motore di resa avanzato consente di ottenere e stabilire quando il suo impiego sia appropriato al registro comunicativo;
6. rappresentare un meccanismo d'azione come schema leggibile, distinguendo graficamente i passaggi documentati da quelli semplificati o ipotetici;
7. assemblare materiali eterogenei in un graphical abstract coerente e sostenerne le scelte davanti a una critica argomentata.

Non sono previste propedeuticità formali. Per seguire proficuamente l'insegnamento è utile possedere le conoscenze acquisite negli insegnamenti dei primi tre anni del Corso di Studio, in particolare:
- chimica organica: rappresentazione delle formule di struttura, riconoscimento dei gruppi funzionali, stereochimica e assegnazione della configurazione;
- biochimica: struttura degli amminoacidi e organizzazione tridimensionale delle proteine, struttura degli acidi nucleici;
- nozioni generali di chimica farmaceutica e di farmacologia relative all'interazione fra un farmaco e il suo bersaglio e ai meccanismi d'azione.

Non è richiesta alcuna competenza informatica pregressa oltre all'uso corrente di un personal computer, né esperienza di programmazione: gli elementi di scripting necessari sono introdotti durante il corso a partire dalle operazioni elementari. Non è richiesta alcuna competenza grafica pregressa.

L'insegnamento si articola in otto blocchi di due ore, svolti in aula informatica con postazione individuale. Ogni blocco è composto da una parte erogativa breve, con il supporto di diapositive e di esempi commentati tratti dalla letteratura, e da una parte pratica più estesa in cui ciascuno realizza al computer quanto discusso.

Il corso è organizzato per oggetto da rappresentare: a ciascun oggetto corrisponde lo strumento appropriato. Si impiegano un editor di strutture bidimensionali per le formule di struttura, un costruttore molecolare per i modelli tridimensionali delle piccole molecole, un visualizzatore molecolare per le macromolecole e i complessi, un motore di resa per le immagini di qualità divulgativa e una piattaforma di illustrazione scientifica per gli schemi di meccanismo e l'assemblaggio finale. Il blocco dedicato alla resa avanzata ha carattere dimostrativo con prova guidata: si utilizzano scene e preset predisposti dal docente, mentre la modellazione della geometria e i sistemi a nodi restano esplicitamente fuori dal programma.

Un unico caso assegnato, costituito da un farmaco e dal suo bersaglio, attraversa tutti i blocchi: ciascuno produce un materiale che confluisce nell'elaborato finale, così che l'apprendimento degli strumenti avvenga al servizio di un lavoro unitario e non come sequenza di esercizi indipendenti.

Le esercitazioni sono organizzate per problemi: viene assegnato un obiettivo comunicativo e ciascuno costruisce la propria soluzione. I risultati vengono confrontati in aula: poiché soluzioni diverse sono tutte tecnicamente corrette ma non ugualmente efficaci, il confronto fra pari è lo strumento con cui si perseguono i risultati di apprendimento relativi all'autonomia di giudizio e alle abilità comunicative.

Sulla piattaforma D.I.R. (http://www.dir.uniupo.it) sono disponibili le dispense, le guide operative di ciascuna sessione, gli script e i preset, i file utilizzati e un forum moderato dal docente. Le studentesse e gli studenti che non possono frequentare vi trovano le guide complete, eseguibili su postazione personale, e possono concordare momenti di ricevimento dedicati alla verifica dell'avanzamento dell'elaborato.

Per ulteriori informazioni si prega di consultare la pagina dell'insegnamento su D.I.R. all'indirizzo http://www.dir.uniupo.it

I programmi impiegati sono in parte liberamente scaricabili e installabili su postazione personale, in parte disponibili con licenza accademica o con licenza di Ateneo; le indicazioni per l'accesso e per l'installazione sono disponibili su D.I.R. prima dell'inizio delle lezioni, in modo che ogni attività sia ripetibile al di fuori dell'orario di lezione.

Le competenze sviluppate in questo insegnamento sono direttamente utilizzabili nella preparazione dell'elaborato di laurea e nella presentazione di dati strutturali e di meccanismi d'azione in ambito scientifico e professionale.

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-studentesse-e-studenti-condizione-di-disabilit%C3%A0-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 e in merito agli aspetti didattici.

L'esame consiste nella presentazione e discussione di un elaborato individuale, costituito da un graphical abstract relativo al caso assegnato durante il corso. La votazione è espressa in trentesimi.

Consegna. L'elaborato va consegnato almeno sette giorni prima dell'appello e comprende tre elementi: il graphical abstract nel formato richiesto, il dossier dei materiali intermedi prodotti nei singoli blocchi (formula di struttura, modello tridimensionale, figura del complesso, resa, schema di meccanismo) e una nota di giustificazione di una pagina che dichiari le scelte rappresentative compiute e le fonti dei dati impiegati.

Discussione orale (circa venti minuti). Si articola in tre parti: (a) presentazione dell'elaborato, con motivazione delle scelte di rappresentazione, colore, composizione e livello di dettaglio; (b) verifica puntuale sulla conformità della formula di struttura alle convenzioni codificate e sulla coerenza fra struttura, nome e formula bruta; (c) commento critico di una figura pubblicata proposta dal docente, individuandone i punti di forza e le eventuali ambiguità.

Corrispondenza fra livello raggiunto e fasce di voto:
- 18-20: produce elaborati tecnicamente corretti e leggibili rispettando i requisiti assegnati, e descrive le proprie scelte in modo essenziale.
- 21-23: motiva le scelte di rappresentazione in relazione al messaggio da comunicare, e verifica la coerenza fra figura e dato di partenza.
- 24-26: rispetta le convenzioni codificate nel disegno della struttura, adatta consapevolmente l'elaborato al destinatario e al mezzo, e rende riproducibile il proprio lavoro.
- 27-29: integra materiali eterogenei in modo coerente, distingue graficamente i diversi livelli di evidenza nello schema di meccanismo e individua autonomamente le ambiguità di una figura altrui.
- 30 e 30 e lode: realizza un elaborato originale ed efficace, ne discute criticamente i limiti e sostiene un giudizio motivato sulla correttezza rappresentativa di esempi complessi.

Il livello minimo di sufficienza richiede la consegna completa dei tre elementi previsti e il superamento di tutte e tre le parti della discussione.

Il corso è organizzato in otto blocchi di due ore, per oggetto da rappresentare e in ordine di libertà rappresentativa crescente. Un unico caso assegnato, un farmaco e il suo bersaglio, attraversa tutti i blocchi.

1. La figura come argomento scientifico (2 ore). Breve storia della rappresentazione molecolare. I quattro criteri di valutazione adottati nel corso: correttezza rispetto al dato, leggibilità, onestà rappresentativa, efficacia comunicativa. I registri della comunicazione scientifica e i loro pubblici: la formula di una monografia, la figura di un articolo, lo schema di meccanismo, il graphical abstract, l'immagine divulgativa. La catena degli strumenti e dei formati, e che cosa si perde a ogni passaggio. Presentazione del caso assegnato.

2. La struttura bidimensionale e le sue regole (2 ore). La formula di struttura come documento con valore identificativo. Le convenzioni grafiche delle monografie di Farmacopea Europea: lunghezza e angolo di legame costanti, orientamento standard degli anelli, template consolidati per steroidi, zuccheri, beta-lattami e peptidi. Le raccomandazioni IUPAC sulla rappresentazione della configurazione stereochimica: posizione e verso del cuneo, uso del legame tratteggiato, significato del legame ondulato, casi ambigui sui legami di fusione d'anello. Rappresentazione di racemi, enantiomeri singoli e miscele di diastereoisomeri. Sali, idrati, solvati e zwitterioni: componenti e stechiometria. Verifica di coerenza fra struttura disegnata, nome, formula bruta e massa molecolare relativa. Le impostazioni di disegno richieste dalle riviste. Catalogo degli errori ricorrenti.

3. La molecola in tre dimensioni (2 ore). Dalla struttura piana alle coordinate: la generazione del tridimensionale come costruzione. Stereochimica dichiarata e stereochimica assegnata dal programma. Ottimizzazione con campo di forza a livello strumentale e dipendenza dal punto di partenza. La conformazione rappresentata come scelta da dichiarare in didascalia. Le rappresentazioni della piccola molecola e l'informazione che ciascuna trasmette. Misure di distanze, angoli e diedri e loro annotazione. Esportazione verso gli strumenti successivi.

4. La macromolecola: fonte, qualità, rappresentazione (2 ore). Banca dati strutturale e archivi di modelli predetti; anatomia di un file di coordinate. Indicatori di qualità: risoluzione, fattore di temperatura per regione, occupanze, porzioni non modellate, conformazioni alternative, punteggi di confidenza dei modelli predetti. Conseguenze sulla rappresentazione e modi di segnalare l'incertezza. Logica delle selezioni. Tipi di rappresentazione della macromolecola e loro significato implicito. Colore: schemi percettivamente corretti, accessibilità per le forme di daltonismo, coerenza cromatica. Resa della profondità mediante sfondo, ombre e occlusione ambientale. Densità visiva e riduzione degli elementi.

5. Il complesso e la scena (2 ore). La figura del ligando nel sito di legame: che cosa mostrare e che cosa togliere. Superfici molecolari ed elettrostatiche e obbligatorietà della scala. Cavità e tasche. Le interazioni come esito di criteri geometrici impostati dal programma; annotazione di distanze e angoli. Inquadratura e orientamento riproducibile. Dalla sessione interattiva allo script: struttura di uno script leggibile e verifica a sessione vuota. Automazione di serie di figure. Risoluzione, formati vettoriali e raster, requisiti degli editori.

6. La resa avanzata: che cosa si può fare (2 ore). Blocco dimostrativo con prova guidata. Che cosa aggiunge un motore di resa: illuminazione, materiali, profondità di campo, occlusione ambientale. Importazione di una struttura molecolare mediante add-on dedicato. I tre parametri che determinano il risultato: luce, materiale, inquadratura. Uso di scene e preset predisposti. L'illustrazione dell'ambiente cellulare affollato: distinzione fra dato, inferenza e licenza illustrativa. Quando l'impiego di una resa fotorealistica non è appropriato al registro. Costi in tempo e in riproducibilità. Modellazione della geometria e sistemi a nodi non rientrano nel programma.

7. Il processo: dal meccanismo allo schema (2 ore). Lo schema di via come argomento causale in forma grafica. Il repertorio iconografico consolidato e le assunzioni che ciascun simbolo induce nel lettore. Scala e proporzione fra entità di dimensioni incomparabili. Scelta del livello di dettaglio e sua dichiarazione in legenda. Forme di rappresentazione fuorviante: passaggi non dimostrati, enfasi non proporzionata all'evidenza, direzionalità e stechiometria suggerite. Collocazione e distinzione grafica del farmaco nello schema. Coerenza cromatica e tipografica con le figure strutturali prodotte nei blocchi precedenti.

8. Il graphical abstract e la critica collettiva (2 ore). Definizione e limiti del graphical abstract. Composizione: gerarchia visiva, punto di ingresso, percorso di lettura, densità e spazio vuoto. Integrazione di elementi eterogenei mediante palette, spessori, tipografia e scala comuni. Tipografia nelle figure e dimensione minima leggibile in stampa. Formati e requisiti editoriali. Critica strutturata fra pari secondo i quattro criteri, e revisione finale dell'elaborato.

INTEGRAZIONE DELLA DIMENSIONE DI GENERE
Nel primo blocco è dedicata circa mezz'ora al tema dell'attribuzione e del riconoscimento nella produzione di immagini scientifiche, a partire dal caso della diffrazione a raggi X del DNA e del ruolo di Rosalind Franklin. Nel settimo blocco, dedicato agli schemi di meccanismo, si esamina inoltre come le convenzioni iconografiche impiegate nell'illustrazione biomedica veicolino assunzioni non dichiarate — dalla scelta delle figure umane stilizzate impiegate per rappresentare pazienti e soggetti sperimentali, alla rappresentazione predefinita di organi e sistemi — e quali accorgimenti consentano di evitarle.

Conoscenza e comprensione. Le studentesse e gli studenti conoscono: le convenzioni grafiche codificate per la rappresentazione delle formule di struttura dei farmaci e le raccomandazioni sulla rappresentazione della stereochimica; le principali banche dati di strutture molecolari e gli indicatori di qualità di un modello strutturale; i tipi di rappresentazione bidimensionale, tridimensionale e macromolecolare e l'informazione che ciascuno veicola o omette; i principi di scelta del colore, di resa della profondità e di composizione di una figura scientifica; le funzioni principali dei programmi impiegati e la logica dello scripting; il repertorio iconografico degli schemi di meccanismo e le assunzioni che esso induce; i criteri di integrità dell'immagine e i requisiti editoriali per le figure scientifiche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Sanno: disegnare una formula di struttura conforme alle convenzioni e verificarne la coerenza interna; costruire un modello tridimensionale di una piccola molecola; reperire e valutare un modello strutturale di macromolecola; costruire la figura di un complesso ligando-proteina conforme a requisiti assegnati e renderla riproducibile mediante script; ottenere una resa avanzata a partire da scene predisposte; costruire uno schema di meccanismo d'azione; assemblare i materiali in un graphical abstract coerente.

Autonomia di giudizio. Sanno stabilire che cosa un dato strutturale consenta di rappresentare e che cosa no; riconoscere in una figura pubblicata le scelte che ne rendono la lettura ambigua o fuorviante; distinguere, in uno schema di meccanismo, i passaggi documentati da quelli ipotetici; scegliere fra soluzioni tutte tecnicamente corrette quella più efficace rispetto al destinatario e al mezzo; giudicare quando l'impiego di una resa fotorealistica sia appropriato al registro.

Abilità comunicative. Sanno costruire un'immagine che trasmetta un messaggio dichiarato a un pubblico definito; illustrare e motivare oralmente le proprie scelte rappresentative; formulare e ricevere osservazioni critiche argomentate su un elaborato grafico.

Capacità di apprendimento. Sanno apprendere autonomamente l'uso di nuove funzioni di un programma a partire dalla documentazione ufficiale e da esempi, e valutare l'adeguatezza di uno strumento nuovo al proprio scopo.

Livello minimo di sufficienza: produrre elaborati tecnicamente corretti e leggibili rispettando i requisiti assegnati e descriverne le scelte in modo essenziale ma corretto. Livello avanzato: realizzare un elaborato originale ed efficace, integrare coerentemente materiali eterogenei, dichiarare graficamente i livelli di evidenza e argomentare un giudizio critico motivato su figure prodotte da altri.