METHODS FOR MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION

L'insegnamento si inquadra nel percorso di studi in quanto fornisce i concetti di base per la predizione delle proprietà chimico-fisiche di macromolecole biologiche tramite metodi di simulazione basati su dinamica molecolare.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Al termine del corso gli/le studenti avranno acquisito una conoscenza e comprensionedi base dei concetti teorici della dinamica molecolare e dei diversi formalismi impiegati. Inoltre avranno acquisito le conoscenze relative ad alcune metodi per caratterizzare macromolecole biologiche e predirne alcune loro proprietà.
CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Al termine del corso gli/le studenti inoltre sapranno applicare i diversi formalismi e le conoscenze teoriche per condurre alcune simulazioni di dinamica molecolare.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
ll corso intende fornire gli strumenti base per valutare l’applicabilità, le problematiche e le prestazioni di diverse tecniche di simulazione in funzione del problema chimico da affrontare e/o della ricerca da condurre.

Conoscenze di base di calcolo (vettori, matrici, calcolo integrale e differenziale) e di elettromagnetismo.
Inoltre si raccomanda che gli/le studenti/e sappiano (e siano capaci di utilizzare) i concetti base di chimica quantistica e di spettroscopia moleculare: a tal riguardo, si raccomanda che abbiano raggiunto gli obiettivi formativi degli insegnamenti corrispondenti (Chimica Quantistica e Fondamenti di Spettroscopia), possibilmente (ma non necessariamente) avendone superato il relativo esame.

CONCETTI BASE
Introduzione ad alcuni concetti base: definizione di meccanica molecolare, dinamica molecolare e campi di forza. Concetti base della rappresentazione di una molecola, sistemi di coordinate e loro manipolazione. Metodi di Chimica quantistica e di meccanica molecolare. Approssimazione di Born-Oppenheimer e la superficie di energia potenziale (PES). Metodi basati su campi di forza: termini di stiramento di legame, di piegamento di legame, di piegamento fuori dal piano, angoli di torsione. Termini per le interazioni di Van Der Waals, forze di London e dispersive. Termini per l'energia elettrostatica, dipolo e quadrupolo. Modelli a campi polarizzabili. Termini misti.
SIMULAZIONI DI DINAMICA MOLECOLARE
Concetti base. Metodi per esplorare la PES. Spazio delle fasi. Equazioni del moto di Newton. Proprietà mediate nel tempo. Condizioni periodiche. Funzioni di distribuzione radiale. Metodi per il controllo della temperatura e della pressione. Alcune tecniche e alcuni esempi ed esercizi pratici di simulazione tramite l'utilizzo di opportuni programmi.
QUANTITATIVE STRUCTURE – ACTIVITY RELATIONSHIPS (QSAR)
Alcuni concetti base di QSAR (Quantitative Structure – Activity Relationships).

Principalmente appunti di lezione.
Per l’approfondimento della teoria, un buon punto di partenza è il seguente libro di testo.
Andrew R. Leach, "Molecular Modelling: Principles and Applications", seconda edizione, Pearson Education, 2001.

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova orale (durata di circa 30 minuti).
La prova orale consiste nel presentare un progetto di simulazione sviluppato su di un sistema scelto liberamente, e nel discuterne i principali risultati. Durante la presentazione, verrà chiesto di dimostrare di aver compreso i vari aspetti coperti durante il corso e la propria abilità nell’averli applicati al progetto scelto.

orale

Corso frontale organizzato in lezioni comprensive anche di esempi di impiego di opportuni programmi specialistici. Nella piattaforma MOODLE di Ateneo verrà caricato il materiale didattico proiettato in aula durante le lezioni comprensivo di eventuale materiale supplementare e di alcuni esempi di applicazione dei concetti

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile