- Docente: Andrea Cavalli
- Crediti formativi: 6
- SSD: CHIM/08
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Specialistica Europea in Chimica e tecnologia farmaceutiche (cod. 0038)
Conoscenze e abilità da conseguire
Il corso intende fornire allo studente le conoscenze relative alle tecniche computazionali utilizzate nella fase di ideazione e progettazione di molecole biologicamente attive. In particolare, verranno presentate tecniche di chimica farmaceutica computazionale basate sia sul ligando (ligand-based drug design) sia sulla controparte biologica (target-based drug design).
L'obiettivo delle esercitazioni di chimica farmaceutica computazionale è quello di fornire allo studente le conoscenze relative all'utilizzo di alcuni software di modellistica molecolare e di bioinformatica utilizzati di routine nell'ambito della ricerca chimico-farmaceutica sia industriale sia accademica per indirizzare la progettazione razionale di molecole biologicamente attive (potenziali nuovi farmaci). Inoltre verranno presentate alcune banche dati e strumenti informatici presenti in Internet, utili nella progettazione razionale di farmaci.
Contenuti
Il corso sarà costituito da una parte teorica e una parte di esercitazioni al computer.
Per la parte teorica, il corso intende fornire agli studenti le conoscenze relative alle tecniche computazionali utilizzate nella fase di ideazione e progettazione di molecole biologicamente attive. In particolare, verranno presentate tecniche basate sul ligando (ligand-based drug design) e tecniche basate sulla controparte biologica (target-based drug design).
1. Background teorico.
a) Concetto di modello molecolare tridimensionale (3D) e caratteristiche chimico-fisiche associate ad una molecola. Modelli molecolari 3D di farmaci e di enzimi, recettori e canali di interesse farmaceutico.
b) Metodi computazionali per l'analisi conformazionale. Metodi basati sulle leggi della Meccanica Statistica (il metodo Monte Carlo) e della Dinamica Molecolare Classica.
c) Metodi computazionali per il calcolo dell'energia di una molecola. Minimizzazione energetica mediante tecniche basate sulla Meccanica Classica e Quantistica.
d) Cenni sulla Teoria del Funzionale Densità (DFT).
2. Ligand-based drug design.
a) Costruzione di un modello farmacoforico utilizzando serie di molecole biologicamente attive. Sviluppo di modelli quantitativi di relazioni struttura-attività mediante tecniche QSAR e 3D QSAR.
b) Progettazione razionale di nuove molecole biologicamente attive mediante l'utilizzo di modelli farmacoforici e di analisi statistiche multivariete mediante le tecniche QSAR e 3D QSAR (CoMFA).
3. Target-based drug design.
a) Costruzione del modello tridimensionale di una proteina di interesse farmaceutico mediante la tecnica del Comparative Modeling.
b) Progettazione razionale di nuove molecole biologicamente attive utilizzando informazioni strutturali su target di interesse farmaceutico. Il de novo design e il virtual screening di librerie di molecole.
Per la parte di esercitazioni al computer, l'obiettivo è quello di fornire allo studente le conoscenze relative all'utilizzo di alcuni software di modellistica molecolare e di bioinformatica utilizzati di routine nell'ambito della ricerca chimico-farmaceutica sia industriale sia accademica per indirizzare la progettazione razionale di molecole biologicamente attive (potenziali nuovi farmaci). Inoltre verranno presentate alcune banche dati e strumenti informatici presenti in Internet, utili nella progettazione razionale di farmaci.
Il corso sarà costituito da esercitazioni pratiche (tenute in un'aula informatica) durante le quali verranno approfonditi le conoscenze riguardo i seguenti strumenti informatici.
- Banche dati di interesse farmaceutico presenti in Internet.
- Introduzione all'utilizzo di alcuni software di modellistica molecolare di interesse per il Chimico-Farmaceutico: ISIS Draw, RasMol, VMD, ecc.
- Costruzione del modello molecolare di un farmaco. Analisi conformazionale. Applicazione di metodi basati sulla meccanica classica e semiempirici per l'ottimizzazione della geometria della molecola e per il calcolo delle sue cariche elettrostatiche.
- Costruzione del modello tridimensionale di una proteina mediante la tecnica del Comparative Modeling.
- Studio dell'interazione farmaco-recettore mediante l'utilizzo di software di docking.
- Esempi di utilizzo di tecniche computazionali per la progettazione razionale di molecole biologicamente attive.
- I metodi basati sulla Meccanica Quantistica in Chimica Farmaceutica. Studio della coordinata di reazione in sistemi biologici di interesse farmaceutico.
Testi/Bibliografia
- H.D. Hoeltje e G. Folkers, Molecular Modeling, Basic principles and applications, VHC, Second Edition 2003
- A.R. Leach, Molecular Modelling, Principles and Applications, Person Education Limited, 2001
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche in laboratorio informatico
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
La prova di verifica dell'apprendimento è costituita da un colloquio orale sugli argomenti trattati nel corso e da un'analisi dettagliata del modo di legame di alcuni farmaci con le proprie controparti biologiche
Strumenti a supporto della didattica
Videoproiezioni di presentazioni tipo PowerPoint
Aula informatica
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Andrea Cavalli