Introduzione alla biochimica di Lehninger 5E

Capitolo 2

L’acqua e le molecole organiche

http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookCHEM2.html

Una bellissima pagina che spiega il ruolo dell’acqua in biochimica. Ben illustrata, con molti interessanti e utili link; le spiegazioni dei concetti sono particolarmente chiare. La pagina è tratta da On-Line Biology Book di M.J. Farabee, un’ottima risorsa didattica per lo studio della biologia.

L’acqua e le molecole della vita

http://bioinfo.mbb.yale.edu/sciam/

Le proteine non esistono come molecole isolate: vivono in un ambiente acquoso. L’acqua svolge un ruolo chiave nel determinare la struttura, la forma e la funzione delle proteine. Questo link presenta un eccellente articolo (intitolato Simulating Water and the Molecules of Life) tratto dal numero di Novembre 1998 della rivista Scientific American, che spiega come i modelli computerizzati dell’acqua e dei suoi effetti sulle proteine possano fornire informazioni sul funzionamento delle proteine stesse.

L’articolo è stato fornito dagli autori Mark Gerstein e Michael Levine e riprodotto sul sito per gentile concessione di Scientific American.

 

Capitolo 3

La seguente lista di link rappresenta un insieme di ottimi siti di didattica e auto-verifica, che coprono tutti gli aspetti degli amminoacidi: la struttura, la stereochimica, l’identità, i legami, la forma, ecc. Molti di questi siti richiedono, per la visualizzazione delle strutture molecolari tridimensionali, i plugin per browser web MDL^® Chime (scaricabile gratuitamente dal sito http://www.umass.edu/microbio/chime/abtchime.htm) o RasMol (scaricabile dal sito http://rasmol.org/).

 

Capitolo 4

Visualizzazione molecolare

Protein Data Bank

http://www.rcsb.org/pdb/

La banca dati Protein Data Bank (PDB) è l’unica fonte internazionale di file con strutture 3D, non solo di proteine ma anche di acidi nucleici e di complessi macromolecolari. Si tratta di strutture determinate sperimentalmente, utilizzando la cristallografia a raggi X o la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, oppure modelli teorici, ricavati in laboratori di ricerca di tutto il mondo e disponibili gratuitamente per la visualizzazione o per il download.

Da quando nel 1998 la Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB) ha iniziato a occuparsi della PDB (precedentemente curata dai laboratori Brookhaven National Labs), ha completamente ridisegnato il sito, aggiungendo nuovi e potenti strumenti di ricerca, opzioni di visualizzazione, accesso ftp e molte altre caratteristiche.

Molecular Visualization Freeware  (precedentemente: RasMol Home Page)

http://www.umass.edu/microbio/rasmol/

Questo sito, curato da Eric Martz dell’Università del Massachusetts, Amherst, è una risorsa di valore inestimabile per chiunque sia interessato alla visualizzazione molecolare delle strutture proteiche. Qui potrete trovare di tutto: informazioni di base; collegamenti a software di visualizzazione molecolare e a file con strutture molecolari; un indice alfabetico di pagine di didattica biomolecolare, sia consultabili on-line sia scaricabili; strumenti moderni, basati sul web, per l’esplorazione delle strutture proteiche, ecc. Rivolto alla comunità accademica.

FirstGlance in Jmol

http://firstglance.jmol.org

FirstGlance in Jmol estende le funzionalità di base del software di visualizzazione molecolare Jmol (scaricabile da http://jmol.sourceforge.net/) oltre i semplici controlli offerti da una console. Si tratta di un’altra risorsa fornita dal gruppo di Eric Martz dell’Università del Massachusetts.

Deep View Swiss-PDB Viewer

http://au.expasy.org/spdbv/

Swiss-PDB Viewer, o SPV, è un altro ottimo programma gratuito per la visualizzazione e la manipolazione delle strutture 3D, scritto da Nicolas Guex, Alexandre Diemand, Manuel C. Peitsch e Torsten Schwede, in associazione con la GlaxoSmithKline. Benché le funzioni di rendering e di visualizzazione di RasMol siano ancora di gran lunga superiori a quelle di qualsiasi altro software gratuito, SPV per molti aspetti è un programma di visualizzazione delle strutture più potente e avanzato. Oltre a un sofisticato strumento di modellazione 3D, SPV offre la possibilità di sostituire amminoacidi o persino di costruire dei polipeptidi da strutture multiple aperte, semplicemente abbozzate, nella stessa finestra, e varie altre opzioni.

Cn3D Home Page

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/CN3D/cn3d.shtml

Il National Center for Biotechnology Information (NCBI, il centro statunitense che raccoglie in vari database i dati di biologia molecolare prodotti dalla ricerca in tutto il mondo e realizza studi di biologia computazionale) fornisce questa applicazione gratuita che permette di visualizzare le strutture di molecole scaricate dalla banca dati dell’Istituto, denominata “Entrez Structure Database”. A differenza di altri programmi gratuiti, l’ultima versione di Cn3D mostra contemporaneamente struttura, sequenza e allineamento.

Kinemages

http://kinemage.biochem.duke.edu/

MAGE è stato uno dei primi programmi gratuiti per la visualizzazione delle strutture molecolari. Creato da David e Jane Richardson e utilizzato in modo estensivo da The Protein Society, MAGE permette a insegnanti e ricercatori di presentare illustrazioni scientifiche in forma di visualizzazioni tridimensionali dette "kinemages" (kinetic images, lett. “immagini cinetiche”). MAGE rimane anche un potente strumento per lo studio delle strutture proteiche (nel sito sono disponibili per il download sia il software MAGE sia varie kinemages demo).
 

Cristallografia a raggi X

CMCC Home Page – Risorse per CMCC (Crystallography Made Crystal Clear)

http://spdbv.vital-it.ch/TheMolecularLevel/CMCC/index.html

La lista di siti web, sempre aggiornata, che integra la terza edizione del testo di cristallografia di Gale Rhodes, Crystallography Made Crystal Clear. Visitate questo sito per ottenere qualsiasi tipo di informazioni utili sulla cristallografia a raggi X.

 

Strumenti didattici ed esercitazioni sulla struttura delle proteine

Introduzione a SCOP

http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/intro.html

Quando sentite parlare di famiglie di proteine o di ripiegamenti proteici, sapete cosa significano questi termini? Questo sito (Introduction to Structural Classification of Proteins) spiega come vengono classificate le proteine, sulla base di correlazioni strutturali ed evolutive, quali fattori intervengono in questo processo, e include un’interfaccia di ricerca che vi permette di trovare proteine con classificazione analoga. Un sito interessante da navigare per i principianti, ma anche un utile strumento per utilizzatori esperti. Il sito è curato dal Medical Research Council (MRC) e da Steven E. Brenner.

La struttura secondaria delle proteine

http://wbiomed.curtin.edu.au/biochem/tutorials/coulson/coulson.html

Un sito didattico sulla struttura secondaria delle proteine, che impiega RasMol come applicazione di supporto. Istruzioni molto dettagliate e piuttosto semplici da usare. Il sito è curato da Andrew Coulsen, dell’Università di Edimburgo, UK.

 

Ripiegamento proteico, previsione e progettazione delle strutture

Centro di modellizzazione molecolare del NIH
http://cmm.info.nih.gov/modeling/

La possibilità di simulare il comportamento delle proteine e di altre macromolecole mediante modelli computerizzati è stata per lungo tempo appannaggio esclusivo di un ristretto numero di centri di calcolo computerizzato, che potevano godere di cospicue sovvenzioni economiche. La disponibilità di computer potenti a basso costo ha reso questa possibilità accessibile a (quasi) qualsiasi programma di ricerca universitario. Di conseguenza, la modellizzazione molecolare è diventata uno dei campi in più rapido sviluppo, nell’ambito della ricerca biochimica. Il NIH (National Institutes of Health, nota istituzione federale statunitense di ricerca e cura medica situata a Bethesda – Mariland) ospita questa meravigliosa risorsa per la modellizzazione molecolare sul web. In questo sito troverete anche collegamenti a siti didattici online, ad altri siti web correlati, a strumenti di ricerca, a varie banche dati di macromolecole, ecc. Un sito stupendo da cui iniziare la vostra esplorazione della modellizzazione molecolare su Internet!

Ripiegamento e stabilità delle proteine di membrana
http://blanco.biomol.uci.edu/mp_assembly.html

Il ripiegamento delle proteine di membrana propone alcuni interrogativi affascinanti, per esempio: quali forze guidano il processo in un mezzo dominato da lipidi non polari, anziché da molecole d’acqua polari? Questo sito web è una meravigliosa introduzione al ripiegamento delle proteine di membrana, con splendide illustrazioni, numerosi link ad altre pagine e riferimenti bibliografici collegati alla banca dati di letteratura scientifica PubMed. Il sito è ospitato dal laboratorio Stephen White dell’Università della California, a Irvine. 

Impronte digitali delle proteine (database PRINTS)

http://www.bioinf.man.ac.uk/dbbrowser/PRINTS/

Esistono diversi modi per classificare le proteine: in base alla sequenza primaria, secondo i motivi conservati, in base alla funzione biologica, solo per citarne alcuni. Gli schemi di classificazione sono utilizzati da molti ricercatori per prevedere la funzione di una proteina sconosciuta a partire dalla sua sequenza amminoacidica, un obiettivo ancora molto difficile da raggiungere. Questo sito offre la possibilità di ricercare, in una banca dati di sequenze proteiche note, un gruppo conservato di motivi detto “impronta digitale della proteina” (protein fingerprint). Dato che la funzione di una proteina spesso dipende da una complicata combinazione di motivi, si tratta di una ricerca complessa e spesso molto istruttiva. Studenti esperti o docenti possono utilizzare l’utility FingerPRINTScan, per effettuare la ricerca nella banca dati impiegando formati diversi, o possono accedere ai più popolari motori di ricerca e database. Il sito è ospitato dal Protein Sequence Analysis Group, University College, Londra.

Prevedere la struttura secondaria di una proteina
http://www.predictprotein.org/

Proponetegli qualsiasi sequenza proteica vi interessi: questo sito ritroverà nel suo database sequenze simili e farà una previsione sull’aspetto della sua struttura secondaria. Il sito impiega un certo numero di strategie di previsione, tra cui la ricerca tra omologhi. Provatelo con una struttura nota, e verificate quanto lavora bene! I programmi di previsione sono stati scritti da Burkhard Rost; il sito è ospitato dallo European Molecular Biology Lab (EMBL).

SWISS-MODEL

http://swissmodel.expasy.org/

Uno dei migliori siti disponibili su struttura, modellizzazione e confronto tra proteine. Offre vari strumenti interattivi, tra cui il più degno di nota è certamente il programma gratuito Swiss-PdbViewer, per la visualizzazione delle macromolecole in 3D. Il sito offre anche un’utility di aiuto generale, un corso on-line su struttura e modellizzazione delle proteine, e vari collegamenti ad altri database che effettuano ricerche in base all’allineamento struttura-sequenza, al ripiegamento proteico, ecc. Questo sito rappresenta un vero “must” per tutti coloro che sono interessati all’esplorazione della struttura proteica. Scritto da Torsten Schwede, Manuel C. Peitsch e Nicolas Guex e ospitato dalla GlaxoSmithKline.

 

Altri Strumenti

NCBI Structure Group
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/

Il loro sito chiarisce in modo estremamente chiaro: "Il Gruppo Strutturale dell’NCBI [National Center for Biotechnology Information, il centro statunitense che raccoglie in vari database i dati di biologia molecolare prodotti dalla ricerca in tutto il mondo e realizza studi di biologia computazionale] ha creato un database aggiornato di strutture macromolecolari in 3D, oltre a un ricco insieme di strumenti per confrontare e visualizzare strutture e sequenze, ricercare somiglianze, e mettere in relazione questi dati con altre fonti di informazioni quali i database di tassonomia e di pubblicazioni scientifiche”. Si tratta di una delle principali associazioni tra biotecnologie e ricerca; se dovete identificare una proteina, questo è il posto giusto dove farlo.

Database delle strutture enzimatiche

http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/enzymes/

Una volta che avete ottenuto qualche informazione sulla struttura di una proteina, come è possibile correlarla alla sua funzione? In questo sito trovate un elenco esauriente delle strutture, determinate sperimentalmente, di numerosi enzimi; possono essere tutte visualizzate online come immagini, o scaricate e visualizzate con RasMol.

Raines Lab-Research
http://www.biochem.wisc.edu/raines/research.html

Il Raines Lab dell’Università del Wisconsin a Madison studia vari aspetti della struttura proteica, tra cui ripiegamento, funzione, stabilità e interazioni con le altre proteine. In questo sito viene presentata una panoramica dei risultati ottenuti dal laboratorio, e vengono forniti buoni esempi delle domande che interessano molti laboratori di ricerca in tutto il mondo: come si formano le strutture proteiche, e come si correlano alla funzione?

Biochimica interattiva
http://cti.itc.virginia.edu/~cmg/Demo/front.html

Cliccate sul pulsante “Contents” in basso nella pagina e poi cercate il collegamento a "Helical Wheel Viewer for Alpha Helices." Questa applet permette di visualizzare sequenze polipeptidiche in forma di avvolgimento a elica, e ciò rende semplice determinare il carattere anfipatico della molecola. Scegliete da una lista di sequenze comuni, o costruitevi la vostra! Creato da Edward K. O'Neil e Charles M. Grisham, dell’Università della Virginia.

A proposito di Linus Pauling
http://www.internetwks.com/pauling/alp.html

Linus Pauling può essere considerato il padre della biologia strutturale. È stato determinante nell’applicare la cristallografia a raggi X e la diffrazione degli elettroni allo studio delle molecole biologiche: queste due tecniche hanno contribuito a rivoluzionare lo studio della struttura. Questo e altri dei numerosi contributi di Pauling alla scienza sono riassunti in una breve biografia, curata da Robert Paradowski del Rochester Institute of Technology.

 

Capitolo 5

Proteine che legano l’ossigeno

Concetti di base di biologia molecolare

http://www.rpc.msoe.edu/cbm2/globin1.htm

Il sito contiene un esercizio che impiega la molecola dell’emoglobina come modello per insegnare due concetti fondamentali della biochimica: 1) il DNA è lo stampo per sintetizzare l’RNA, il quale a sua volta è lo stampo per sintetizzare le proteine, 2) la struttura è correlata alla funzione.

Include alcune belle immagini (statiche), un protocollo per l’estrazione del DNA dagli eritrociti, bibliografia, e la possibilità di visualizzare la molecola della beta-globina in RasMol.

A cura di Tim Herman e Michael Patrick della Milwaukee School of Engineering.

Emoglobina

http://www.umass.edu/molvis/tutorials/hemoglobin/

Un sito didattico online, molto completo, sulla struttura tridimensionale e la funzione dell’emoglobina; si avvale di Jmol per la visualizzazione. Il sito offre anche molto materiale introduttivo sull’argomento. Realizzato da Eric Martz, dell’Università del Massachusetts, Amherst.

Associazione Malati di Anemia Falciforme

http://www.sicklecellsociety.org/

Una delle malattie genetiche umane più conosciute è l’anemia a cellule falciformi. È causata da una mutazione in una singola catena polipeptidica della molecola dell’emoglobina, per cui si producono eritrociti malformati che possono ostruire i vasi sanguigni e causare danni diffusi. La malattia è ereditaria ed è diffusa prevalentemente tra gli Afro-Americani. Questo sito (e il seguente) forniscono numerose informazioni sull’anemia a cellule falciformi.

Emoglobinopatie e Talassemie

http://web2.iadfw.net/uthman/hemoglobinopathy/hemoglobinopathy.html

I difetti nella molecola dell’emoglobina possono avere conseguenze importanti nel corpo umano. Consultate questo sito per imparare di più sulle numerose malattie che possono derivare da mutazioni nel gene dell’emoglobina. Sito piuttosto approfondito e destinato ai medici, nondimeno presenta molte informazioni di base su queste malattie, comprensibili anche agli studenti. A cura di Ed Uthman, M.D.

 

Molecole coinvolte nella risposta immunitaria

Introduzione all’immunologia (The Biology Project: Immunology)

http://www.biology.arizona.edu/immunology/immunology.html

È un ottimo sito per imparare le basi dell’immunologia in modo rapido e stimolante. La sezione "Introduction to Immunology" (Introduzione all’Immunologia) presenta chiare spiegazioni dei concetti e una breve rassegna di quiz. Per gli studenti più esperti sono disponibili dei casi di studio. Animazioni on-line (abbinate a test per l’auto-verifica) spiegano agli studenti le tecniche di laboratorio ELISA e Western blot. Si tratta di una splendida risorsa didattica e la raccomandiamo a studenti di tutti i livelli; fa parte del sito The Biology Project dell’Università dell’Arizona.

Che diavolo è un anticorpo?

http://people.ku.edu/~jbrown/antibody.html

Un’introduzione di livello dignitoso ai meccanismi del sistema immunitario, indirizzata a studenti di biochimica alle prime armi o a studenti delle scuole secondarie. Contiene per lo più testi scritti, con alcuni utili collegamenti. Creato da John C. Brown, Università del Kansas.

Kuby’s Immunogy Home page

http://bcs.whfreeman.com/immunology6e

Il sito della casa editrice W.H. Freeman & Co. per il volume di immunologia Kuby Immunology, 6a edizione, uno dei principali testi del settore. Il link "Molecular Visualizations" permette di visualizzare animazioni sulla struttura e la funzione di alcune molecole del sistema immunitario, tra cui immunoglobuline, antigeni virali e la trascrittasi inversa dell’HIV.

Kimball's Biology Pages

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages

Un sito web enciclopedico, dedicato alla biologia generale, con una buona sezione sull’immunologia di base: dalla home page, seguite il link "Table of Contents" e da lì selezionate "Immunology". Sono descritti i termini-chiave dell’immunità con spiegazioni chiare e grafica accattivante. Potete anche esplorare le altre sezioni del testo, per avere un’idea delle novità in campo scientifico o per cercare informazioni su altri argomenti. Fa parte del sito Kimball's Biology Pages (Autore: John W. Kimball).

 

Motori Molecolari

La miosina (The Myosin Home Page)

http://www.mrc-lmb.cam.ac.uk/myosin/myosin.html

Una fonte di informazioni relative alla miosina, un motore proteico di importanza cruciale. Studenti di livello avanzato e docenti interessati alla miosina troveranno in questo sito una risorsa di valore inestimabile. Il sito contiene collegamenti alle pagine dei laboratori di ricerca sulla miosina di tutto il mondo, le strutture cristalline 3D della miosina, gli allineamenti di sequenza e gli alberi evolutivi, oltre che testi descrittivi su vari aspetti della funzione della miosina.

Benché ancora incompleto, questo sito è già un’importante risorsa web per biochimici interessati ai motori proteici. Ospitato dal Laboratorio di Biologia Molecolare del

Medical Research Council (MRC) di Cambridge, U.K.

Il citoscheletro

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/C/Cytoskeleton.html

Un eccellente sito web che spiega le diverse fibre proteiche che compongono il citoscheletro – il guscio che le proteine motore impiegano per muoversi intorno alla cellula – nonché flagelli batterici e ciglia. Il testo è chiaro e ben scritto, con molti collegamenti. Il sito contiene anche molte micrografie elettroniche delle cellule e alcune immagini illustrative.

Un sito raccomandato a studenti all’inizio degli studi per imparare gli argomenti di base sul citoschetro. La pagina fa parte delle Kimball's Biology Pages, vedi sopra.

La chinesina (Kinesin Home Page)

http://www.cellbio.duke.edu/kinesin/

Una preziosa risorsa web ricca di informazioni sulle chinesine, simile alla Myosin Home Page, vedi sopra. Il sito presenta le strutture 3D delle chinesine, gli alberi evolutivi e approfondite descrizioni della funzione della chinesina in vari eventi cellulari. La parte migliore di questo eccellente sito è probabilmente rappresentata dai numerosi filmati (Kinesin Motor Proteins – The Movie Page) disponibili per la visualizzazione o per il download. La maggior parte dei filmati richiede il plug-in QuickTime. Il sito è attualmente ospitato dal Dipartimento di Biologia cellulare della Duke University.