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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2014/2015
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 085840 - LABORATORIO DI MODELLISTICA BIOMOLECOLARE
Docente Vesentini Simone
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (401) INGEGNERIA BIOMEDICA* AZZZZ085840 - LABORATORIO DI MODELLISTICA BIOMOLECOLARE

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

OBIETTIVI

Il corso si propone di fornire agli allievi nozioni teoriche e applicative relative ai metodi di chimica computazionale più usati sia per lo studio del comportamento di molecole biologiche sia per l'indagine di fenomeni alla nanoscala sia per lo studio della loro relazione con le strutture biologiche.Alla fine del corso lo studente acquisirà competenze nell'ambito del molecular modelling, comprendendo la base teorica e l'implementazione dei principali algoritmi utilizzati, le potenzialità e i limiti di questi metodi. In particolare sarà in grado di:
- utilizzare, gestire e modificare force fields di molecole biologiche,
- utilizzare il codice di meccanica e dinamica molecolare Gromacs per la simulazione di biomolecole,
- simulare al calcolatore l'evoluzione di fenomeni biologici a livello molecolare,
- simulare al calcolatore esperimenti di caratterizzazione meccanica di proteine.

PROGRAMMA DEL CORSO

Il corso si articola in 20 ore di lezione, 8 ore di esercitazione numerica e 52 ore di laboratorio in aula informatizzata. Gli argomenti trattati nelle ore di lezione comprendono:

LEZIONI

-Dalla meccanica quantistica alla meccanica classica, presupposti teorici nella definizione di uno studio "classico" delle strutture molecolari

-Definizione di un campo di forza (force field) per lo studio delle strutture molecolari (termini di legame e di non legame)

-Tecniche di minimizzazione energetica

-Dinamica Molecolare, studio del comportamento di molecole in diverse condizioni

-Concetti di Meccanica Statistica

-Modelli a grana grossa (coarse grain) per lo studio di strutture macromolecolari

Per ciascun argomento verranno forniti esempi applicativi di grande rilevanza in ambito biologico.

ESERCITAZIONI

- esercitazione sulla distribuzione di Maxwell-Boltzman delle velocità

-calcolo della traiettoria di una semplice struttura molecolare mediante algoritmo Verlet

LABORATORIO

-Utilizzo del programma di visualizzazione molecolare VMD

-Costruzione di un nuovo campo di forza

-Minimizzazione energetica

-Simulazione di dinamica molecolare

-Simulazione di dinamica molecolare di non equilibrio

Nella parte finale del corso ad ogni coppia di studenti verrà assegnato un progetto che dovrà essere svolto durante le ore di laboratorio. Il progetto potrà riguardare strutture molecolari proposte dal docente/esercitatore oppure da strutture molecolari proposte dagli studenti stessi. Il progetto sarà concluso dalla stesura di una breve relazione.

Il materiale del corso è fornito unicamente in lingua inglese.

 

ENGLISH VERSION

INTRODUCTION

Molecular simulations are the theoretician’s tools to understanding the fundamentals behind many physical and chemical phenomena. This course is designed to introduce the student to the theory and methodology behind these tools, and to expose the student to the power of molecular level simulations and modeling through practical applications. Topics will span two core techniques: molecular  mechanics, molecular dynamics.

GOALS

There are three primary goals for this course:

1. The course will introduce the student to the chemistry and physics behind the methods, accomplished through self-contained lectures on classical mechanics, and fundamentals of statistical mechanics.

2. The course will provide a broad overview of the many different (both established and recent) simulation techniques.

3. The course will expose the student to current and relevant applications in molecular simulation and modeling.

COURSE SYLLABUS

- From quantum to classical mechanics: Brief review of the basic principles of quantum mechanics of atoms and molecules.

-Definition and terms of FORCE FIELD (FF), bonded and non-bonded terms. Treatment of long range interactions

-Introduction to Statistical Mechanics

- Energy minimization , the Potential Energy Surface and minimization algorithm

-Molecular Dynamics, ergodic Hypothesis and simulations in different ensambles

-Coarse Grain Models

PRACTICALS

Velocity distribution and Maxwell-Boltzman distribution

Verlet algorithm for the integration of the equation of motion

PRACTICALS IN LABORATORY

Utilization of visualization software packages: VMD

Energy Minimization

How to build a new force field

Molecular dynamics simulation and analysis of MD trayectories

Steered Molecular dynamics

In the second part of the course a project will be assigned and in the remaining part of the course it will be accomplished. The project will end with a brief report that will be discussed during the examination


Note Sulla Modalità di valutazione

La valuazione verterà su due aspetti

-Valuazione/discussione dell'attività di progetto mediante la discussione della relazione

-Prova scritta sugli argomenti teorici svolti a lezione/esercitazione

ENGLISH

The evaluation will regard two aspects:

-written exam on the theoretical aspects explained during the course (exercise are also possible)

-evaluation and discussion of the report regarding the project activity


Bibliografia

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
22.0
esercitazione
4.0
laboratorio informatico
54.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
27/01/2020