Biofisica computazionale [email protected] www.biocompu8ng.it Stanza 332 Marconi Lezioni • Mercoledi’ 14-­‐16 • Venerdi’ 12-­‐14 Non ci sara’ lezione: – Mercoledi’ 22 OHobre – Mercoledi’ 12 Novembre Programma di massima •
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Cenni introduLvi sui sistemi biologici e sulla loro evoluzione. Tipologie di da8 biologici: sequenze, struHure, re8 e immagini. Sequenziamento del DNA e analisi da8 di sequenziamento Metodi computazionali per l’analisi di sequenze: programmazione dinamica, profili, Modelli nascos8 di Markov, ricostruzione filogene8ca, ricerca di mo8vi. Metodi computazionali per l’analisi di struHure: calcolo delle proprietà geometriche e struHurali, sovrapposizione oLmale, classificazione. Cenni sui metodi sperimentali per oHenere le struHure molecolari: cristallografia a raggi X, NMR, microscopia eleHronica Predizione di funzione, struHura e interazioni delle macromolecole biologiche Metodi per l’analisi delle proprietà di re8 metaboliche e gene8che. Analisi di immagini Analisi integrata dei da8 e sue applicazioni. Per ciascuna sezione: • Brevi cenni sui metodi sperimentali e loro limitazioni • Metodologie di analisi e rela8vi algoritmi Cenni introduLvi sui sistemi biologici •
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La cellula DNA, RNA, Proteine Genomi, Cromosomi e geni Dogma centrale Evoluzione La cellula En8tà chiusa ed autosufficiente in grado di • assumere nutrien8 • conver8rli in energia • svolgere funzioni specializzate • riprodursi se e quando necessario. Eucario8 e procario8 Le cellule possono essere di due 8pi: 1) procariote, che non hanno una membrana che circonda il materiale nucleare (baHeri); 2) eucariote che hanno una membrana che protegge il materiale nucleare (tuL gli organismi viven8 tranne i baHeri). StruHura cellulare Cellula animale Cellula vegetale Cellula procariota Le cellule contengono vari compar8men8 specializza8 per le loro diverse funzioni Membrana cellulare • La membrana cellulare o membrana plasma-ca, plasmalemma o citomembrana e’ un soLle rives8mento che separa la cellula dall'ambiente esterno e ne regola gli scambi. • Spessore circa 5 nm (50 Å) • Formata in prevalenza da lipidi (fosfolipidi), chiamata anche "doppio strato fosfolipidico". • Con8ene proteine e una piccola percentuale di glucidi (glicoproteine e glicolipidi) e di colesterolo . Membrana cellulare • Stato di liquido-­‐cristallino • Le proteine che con8ene hanno un notevole grado di mobilità; • Il doppio strato lipidico non è omogeneo e con8ene microdomini lipidici meno fluidi (lipid ra(s), forma8 principalmente da sfingolipidi e colesterolo allo stato liquido-­‐ordinato (zaHere di trasporto di componen8 di membrana e piaHaforme in cui sono concentrate proteine specifiche). Fosfolipidi Testa idrofilica Idrocarburi saturi e insaturi ΔG = ΔH -­‐TΔS Un soluto idrofobico causa l’ordinamento delle molecole di un solvente polare L’interazione fra due solu8 idrofobici “libera” molecole polari del solvente Questo causa un aumento di entropia del sistema Gli acidi grassi tendono ad interagire tra loro Possono formare struHure diverse: Il colesterolo è una molecola organica componente essenziale delle membrane biologiche Le membrane sono “affollate” Le membrane circondano vari organelli cellulari Il materiale gene8co è di solito il DNA (acido desossi ribonucleico) Il DNA con8ene delle basi azotate indicate con A, T, C e G L’acido ribonucleico o RNA •
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mRNA tRNA rRNA Small RNA Long ncRNA Differenza tra DNA e RNA Ruoli dell’RNA • Materiale gene8co in alcuni virus • Trasposrtatore dell’informazione dal DNA alla cellula (trascrizione) • AdaHatore per la sintesi delle proteine (tRNA) • Componente del ribosoma • Regolazione genica (miRNA, siRNA, PiRNA, snoRNA, lncRNA, etc.) • ??? Trascrizione tRNA Traduzione rRNA Poliadenilazione microRNA tRNA La struHura di un aminoacido H N H O Cα C OH H N Catena laterale 1 H O Cα C OH Catena laterale 2 H2O H N H O Cα C Catena laterale 1 N H O Cα C Catena laterale 2 OH hHp://www.youtube.com/watch?v=Jml8CFBWcDs hHp://www.mrc-­‐lmb.cam.ac.uk/ribo/homepage/movies/
transla8on_bacterial.mov Replicazione
Trascrizione
RNA
Traduzione
Proteina
-­‐ + -­‐ + H N H O Cα C OH H N Catena laterale 1 H O Cα C OH Catena laterale 2 H2O H N H O Cα C Catena laterale 1 N H O Cα C Catena laterale 2 OH Il legame pep8dico ha un caraHere di doppio legame parziale I ven8 aminoacidi
