Macromolecular structural biology
A.A. 2020/2021
Obiettivi formativi
Structural biology is a field focused on understanding biological macromolecules such as proteins, DNA, and RNA. Deciphering the effects of changes to the structure of these biological macromolecules helps elucidate their function and the part they play in diseases. This ultimately assists in various fields including biotechnology, drug discovery and design of therapeutics.
The course is aiming to provide students with a thorough overview (theoretical and practical) of the most important and recent methods applied to structural biology (i.e. X-ray crystallography, Small Angle X-ray scattering, single-molecule Cryo-electron microscopy), focusing in particular on the scientific objectives that these techniques can help to achieve.
The course is ideally linked to those dealing with protein engineering and structural bioinformatics.
The course is aiming to provide students with a thorough overview (theoretical and practical) of the most important and recent methods applied to structural biology (i.e. X-ray crystallography, Small Angle X-ray scattering, single-molecule Cryo-electron microscopy), focusing in particular on the scientific objectives that these techniques can help to achieve.
The course is ideally linked to those dealing with protein engineering and structural bioinformatics.
Risultati apprendimento attesi
After following this course, the students will develop a better capability to analyze the correlation between structure and function of macromolecules, and a better understanding of the experimental strategies applied in structural biology. The theoretical and practical approaches that characterize the course will stimulate the critical and judgment skills of the students.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Metodi didattici e modalità di erogazione
Verranno rese disponibili lezioni asincrone (videolezioni costituite da registrazione del desktop del docente con commento audio), organizzate per coprire gli argomenti di ogni lezione dell'insegnamento. Le lezioni registrate verranno rese disponibili agli studenti sulla piattaforma ARIEL dell'insegnamento per tutto il semestre e caricate sul sito secondo l'orario dell'insegnamento. Inoltre, periodicamente verranno organizzati degli incontri sincroni con gli studenti, utilizzando la piattaforma Microsoft Teams, al fine di fornire chiarimenti ed approfondimenti sugli argomenti dell'insegnamento e rispondere alle domande degli studenti.
Modalità di verifica dell'apprendimento e criteri di valutazione
L'esame si svolgerà in forma orale utilizzando la piattaforma Microsoft Teams o, laddove la regolamentazione lo consentisse, in presenza, in forma scritta.
L'esame, in particolare, sarà volto a:
- accertare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenza e capacità di comprensione;
- accertare la capacità di applicare conoscenza e comprensione e verificare l'autonomia di giudizio attraverso la discussione di esempi analizzati durante le lezioni
- accertare la padronanza del linguaggio specifico che attiene all'ambito della biologia strutturale e la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e ordinato.
Verranno rese disponibili lezioni asincrone (videolezioni costituite da registrazione del desktop del docente con commento audio), organizzate per coprire gli argomenti di ogni lezione dell'insegnamento. Le lezioni registrate verranno rese disponibili agli studenti sulla piattaforma ARIEL dell'insegnamento per tutto il semestre e caricate sul sito secondo l'orario dell'insegnamento. Inoltre, periodicamente verranno organizzati degli incontri sincroni con gli studenti, utilizzando la piattaforma Microsoft Teams, al fine di fornire chiarimenti ed approfondimenti sugli argomenti dell'insegnamento e rispondere alle domande degli studenti.
Modalità di verifica dell'apprendimento e criteri di valutazione
L'esame si svolgerà in forma orale utilizzando la piattaforma Microsoft Teams o, laddove la regolamentazione lo consentisse, in presenza, in forma scritta.
L'esame, in particolare, sarà volto a:
- accertare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenza e capacità di comprensione;
- accertare la capacità di applicare conoscenza e comprensione e verificare l'autonomia di giudizio attraverso la discussione di esempi analizzati durante le lezioni
- accertare la padronanza del linguaggio specifico che attiene all'ambito della biologia strutturale e la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e ordinato.
Programma
The course is focused on the 3D structure determination and analysis of proteins by using biocrystallographic and bioinformatic techniques. Experimental techniques for protein crystal growth will be described in details (including practicals in the bio-crystallography lab), with application to soluble and membrane proteins. X-ray diffraction on protein crystals and solution samples (SAXS) will be treated extensively (X-ray sources, synchrotron light, atomic scattering factors, structure factors, the "phase problem", phasing by molecular replacement and heavy atoms, crystallographic refinement). Protein model validation techniques will be analyzed, together with the main features of the Protein Data Bank. In addition, the theoretical basis and the practical applications of single-molecule cryo-EM techniques will be treated. The last part of the course will have a more practical approach. Students will solve by molecular replacement, refine, and analyze the 3D structure of a protein. During this practical experience, they will learn how to apply techniques and software for protein sequence alignment, secondary structure prediction, molecular modeling, crystallographic refinement, and validation.
Prerequisiti
None
Metodi didattici
Teaching mode: classroom lectures supported by projected material, and practical sessions in the bio-crystallography and cyber labs. Attendance is highly recommended.
Materiale di riferimento
Ducruix and R. Giegé (Oxford University press)
Crystallography made crystal clear. A guide for users of macromolecular models. By Gale Rhodes (Elsevier)
Copies of the slides projected in the classroom as well as other materials will be made available through the course website on the ARIEL platform of the University of Milano (https://mnardinimsb.ariel.ctu.unimi.it/v3/home/Default.aspx). By no means, this material replaces the lectures or a textbook. The material is made available only to registered students of the Degree Course in Molecular Biotechnology and Bioinformatics and should not be distributed to others.
Crystallography made crystal clear. A guide for users of macromolecular models. By Gale Rhodes (Elsevier)
Copies of the slides projected in the classroom as well as other materials will be made available through the course website on the ARIEL platform of the University of Milano (https://mnardinimsb.ariel.ctu.unimi.it/v3/home/Default.aspx). By no means, this material replaces the lectures or a textbook. The material is made available only to registered students of the Degree Course in Molecular Biotechnology and Bioinformatics and should not be distributed to others.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
The evaluation of the student's performance is based on a written examination with 4-5 open-answer questions spanning all topics covered in the course. A written examination allows students to show their ability to describe and critically comment (by using diagrams, graphs, equations) the theoretical bases and the practical applications of the structural biology methods learned during the course. No exercises are present in the examination test. Examples of the examination test will be discussed during classes and made available to students.
Docente/i