- Biochimica delle Proteine
- Introduzione
Syllabus del corso
Obiettivi
L'insegnamento ha l’obiettivo di introdurre concetti legati al ripiegamento delle proteine, alla acquisizione di struttura nativa (sia essa ben definita o disordinata), alla funzione ed evoluzione delle proteine. Affianco ai fenomeni di ripiegamento e turnover delle proteine in vivo, verranno considerate anche la separazione di fase e l’aggregazione proteica, alla base di rilevanti fenomeni fisiologici e patologici. Saranno descritte alcune tecniche adeguate allo studio della struttura, della funzione ed alla realizzazione di evoluzione guidata delle proteine. L’insegnamento intende non solo veicolare l’interesse nei confronti di meccanismi alla base del funzionamento e della evoluzione delle proteine, ma dotare lo studente di strumenti utili anche in campo applicativo, per la progettazione di proteine più efficacemente utilizzabili in ambito biotecnologico. Gli obiettivi generali sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito conoscenze sui meccanismi di ripiegamento delle proteine, sulla rilevanza di flessibilità strutturale e promiscuità funzionale, di transizioni conformazionali e funzionali, spesso associate alla realizzazione di interazioni proteina-proteina, in condizioni sia fisiologiche che patologiche.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Gli esempi illustrati durante le lezioni fanno emergere i principali meccanismi di funzionamento delle proteine, associati alle loro peculiarità strutturali ed all’interazione con l’ambiente. È atteso essi possano essere riconoscibili in contesti diversi rispetto a quelli esemplificati e sfruttati, ad esempio, per progettare nuove proteine “sintetiche”.
Autonomia di giudizio.
Lo studente sarà stimolato a riconoscere le relazioni esistenti tra struttura e funzione delle proteine e a prevedere gli effetti di alcuni contesti ambientali su entrambe.
Abilità comunicative.
Alla fine dell’insegnamento, lo studente avrà acquisito il lessico e le capacità linguistiche appropriate a descrivere i fenomeni biochimici oggetto del corso e di interesse per quest’area disciplinare.
Capacità di apprendimento
Lo studente sarà in grado di affrontare insegnamenti nell’ambito della Protein science, degli studi funzionali e strutturali delle proteine e, più in generale, di comprendere la letteratura scientifica in questi stessi ambiti disciplinari
Contenuti sintetici
1. Struttura delle proteine e metodi per il loro studio
2. Studi su denaturazione/folding e aggregazione delle proteine.
3. Interazioni proteina-proteina e transizione di fase.
4. Turnover e meccanismi di degradazione delle proteine.
5. Evoluzione delle proteine.
Programma esteso
1. Struttura delle proteine e metodi per il loro studio
Ordine e disordine strutturale; Elementi e motivi strutturali; Metodi per lo studio strutturale delle proteine.
Spettroscopia di dicroismo circolare, spettroscopia di fluorescenza; Cristallografia a raggi X; Electro-cryo microscopy
2. Studi su denaturazione/folding e aggregazione delle proteine.
Teorie di protein folding; Protein folding in vivo; Foldasi attive su proteine neosintetizzate; Chaperonine
Fibrille amiloidi; Aggregazione proteica; Proteine prioniche
3. Interazioni proteina-proteina e transizione di fase.
Metodi per lo studio delle PPI (microcalorimetria; surface plasmon resonance); Fenomeni chimico-fisici alla base dei condensati molecolari. Esempi di organelli privi di membrana
4. Turnover e meccanismi di degradazione delle proteine.
Meccanismi biochimici di turnover delle proteine; Esempi di dual target degrader
5. Evoluzione delle proteine.
Protein promiscuity ed evolvability; Metodi di evoluzione diretta delle proteine
Prerequisiti
Prerequisiti: Conoscenze di base di Biochimica e Biologia cellulare.
Propedeuticità: Non sono previste propedeuticità
Modalità didattica
Lezioni frontali supportate da presentazioni PowerPoint, video, discussioni di lavori scientifici.
Materiale didattico
Slides e videolezioni: reperibili sulla pagina Moodle dell’insegnamento (http://elearning.unimib.it/).
Articoli scientifici citati/descritti durante le lezioni
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Prova orale: prevede un colloquio della durata di ca. 30 minuti, con domande sul contenuto delle lezioni frontali e degli articoli scientifici ad esse connessi (segnalati e disponibili sul sito). Saranno valutati il grado di comprensione degli argomenti trattati, la capacità di comprendere le difficoltà e le soluzioni tecnico scientifiche per lo studio di aspetti strutturali/funzionali, nonché l’acquisizione di proprietà di linguaggio e la chiarezza espositiva.
Orario di ricevimento
Su appuntamento, per mail a stefania.brocca@unimib.it
Aims
The course aims at introducing concepts related to folding, structure (whether well-defined or disordered), function and evolution of proteins. Besides folding and turnover of proteins in vivo, phase separation and protein aggregation, which are at the basis of relevant physiological and pathological phenomena, will also be considered. The course intends not only to convey interest in the mechanisms underlying the functioning and evolution of proteins, but to equip students with useful tools also in the biotechnological field, for the design of synthetic proteins/peptides or the improvement of natural ones. The general objectives of the course are the following:
Knowledge and understanding.
At the end of the course, students will have acquired knowledge on protein folding mechanisms, on the relevance of structural flexibility and functional promiscuity, of conformational and functional transitions, often related to protein-protein interactions, and relevant in both physiological and pathological conditions.
Ability to apply knowledge and understanding.
The examples analyzed during the course reveal main protein functions and the underlying mechanisms, highlighting the role of intrinsic structural properties of proteins and their crosstalk with the environment. Such circumstances are expected to be recognizable in different contexts than those exemplified. Moreover, it is expected this knowledge could be exploited to design, for instance, new synthetic proteins.
Autonomy of judgment.
The student will be stimulated to recognize the relationships between the structure and function of proteins and foresee the effects of some environmental contexts on both.
Communication skills.
At the end of the course, students are expected to acquire the appropriate vocabulary and linguistic skills to describe biochemical phenomena.
Learning skills
Students will apply their knowledge in the field of Protein Science, to understand functional and structural studies.
Contents
1. Structure of proteins and methods for their study.
2. Protein denaturation/folding and aggregation studies.
3. Protein-protein interactions and phase transition.
4. Turnover and mechanisms of protein degradation.
5. Protein evolution.
Detailed program
1. Structure of proteins and methods for their study.
Structural order and disorder; Structural elements and motifs; Methods for the structural study of proteins.
Circular dichroism spectroscopy; Fluorescence spectroscopy; X-ray crystallography; Electro-cryo microscopy
2. Protein denaturation/folding and aggregation studies.
Theories of protein folding; Protein folding in vivo; Foldases active on neosynthesized proteins; Chaperonins
Amyloid fibrils; Protein aggregation; Prionic proteins
3. Protein-protein interactions and phase transition.
Methods for the study of PPIs (microcalorimetry; surface plasmon resonance); Chemical-physical phenomena underlying molecular condensates. Examples of membrane-free organelles
4. Turnover and mechanisms of protein degradation.
Biochemical mechanisms of protein turnover; Examples of dual target degraders.
5. Protein evolution.
Protein promiscuity and evolvability; Methods of direct protein evolution.
Prerequisites
Prerequisiti: Basic knowledge in the fields of Biochemistry and Cellular biology.
Teaching form
Classroom lectures supported by PowerPoint slides, videos, discussions of scientific papers.
Textbook and teaching resource
PPT slides and videos published on the Moodle website (http://elearning.unimib.it/).
Articles referred/described in the lessons
Semester
Second semester
Assessment method
Oral exam: an interview of approx. 30 minutes, with questions on the content of lectures and related scientific articles (available on the Moodle site). The understanding of course issues, the ability to recognize the technical-scientific challenges and their possible solutions, as well as the acquisition of linguistic properties and the clarity of the exposition will be evaluated
Office hours
On demand, by mail to stefania.brocca@unimib.it
Scheda del corso
Staff
-
Stefania Brocca