BIOLOGIA MOLECOLARE

L'obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire agli studenti le conoscenze e stimolare la capacità di comprensione sugli argomenti che riguardano le macromolecole e i meccanismi biologici che le caratterizzano. Le macromolecole, acidi nucleici e proteine, verranno studiate dal punto di vista strutturale e funzionale. I meccanismi biologici della duplicazione del DNA, della trascrizione del RNA, della traduzione delle proteine e i meccanismi di regolazione ad essi associati verranno studiati con l'obiettivo di comprendere il flusso dell'informazione genetica e l'importanza del suo mantenimento e del suo controllo nella cellula. Le capacità di applicare le conoscenze e comprensione degli studenti emergeranno dalla capacità di discussione e dalla partecipazione alle lezioni dedicate alle esercitazioni ed agli approfondimenti sugli argomenti trattati. In questo contesto, grazie al confronto con i colleghi e all’interlocuzione con il docente, gli studenti verranno stimolati nella loro autonomia di giudizio e abilità comunicativa. La capacità di apprendimento verrà valutata attraverso il confronto degli studenti con il docente durante le lezioni, le esercitazioni e la prova d’esame finale.

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze:

D1 - Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente sarà in grado di conoscere i processi biologici e avrà competenze sulle principali tecniche di biologia molecolare.

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente alla fine del corso sarà in grado di risolvere problemi inerenti i fenomeni molecolari alla base della biologia cellulare e molecolare e sviluppare progetti scientifici e/o tecnico applicativi. 

D3 - Autonomia di giudizio: Al termine del corso, lo studente sarà in grado di scegliere le tecniche di indagine più adeguate in relazione al tipo di problema sperimentale (e.g. sequenziamento del DNA) da affrontare e di valutarne i limiti. Lo studente sarà altresì in grado di formulare delle riflessioni su questioni scientifiche in merito all’impatto della ricerca di base sulla scienza della vita.

D4 - Abilità comunicative: al termine del corso lo studente sarà in grado di argomentare e sostenere questioni scientifiche (e.g. regolazione dell’espressione genica) in contesti specialistici e divulgativi. Lo studente acquisirà anche abilità comunicative utili per partecipare o coordinare progetti e gruppi multidisciplinari nell'ambito della ricerca chimica e biologica.

D5 - Capacità di apprendimento: lo studente alla fine del corso sarà in grado di saper affrontare nuovi studi, tematiche scientifiche emergenti e problematiche professionali in diversi contesti lavorativi. Inoltre, sarà in grado di gestire problematiche complesse anche di natura interdisciplinare.

LE BASI DELL’ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA. Struttura e funzione di una cellula. Le caratteristiche che distinguono le cellule procariotiche da quelle eucariotiche. ORGANIZZAZIONE INTERNA DELLA CELLULA. Struttura e funzione della membrana plasmatica: principi sul trasporto di membrana e la comunicazione tra cellule. La compartimentazione delle cellule: organizzazione in organelli funzionali specializzati quali i mitocondri, il reticolo endoplasmatico, l’apparato del Golgi, i perossisomi, i lisosomi. Struttura e mobilità cellulare: organizzazione del citoscheletro in microfilamenti, microtubuli, filamenti intermedi. IL CICLO CELLULARE. Mitosi, meiosi. Cenni sui sistemi di controllo del ciclo vitale di una cellula. Meccanismi di morte cellulare. STRUTTURA DELLE MACROMOLECOLE. Proprietà chimico-fisiche degli acidi nucleici. La struttura, la topologia e la conformazione della doppia elica del DNA. La struttura, le classi dell'RNA e la loro versatilità funzionale. Nozioni di base sulla struttura delle proteine e le loro modificazioni post-traduzionali. Interazioni tra le macromolecole. Carboidrati e lipidi e loro ruolo biologico. ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA E DEL GENE. Organizzazione del DNA nella cellula. Struttura della cromatina: dal nucleosoma alle fibre di ordine superiore. Caratteristiche fisiche e funzionali dei genomi dei procarioti e degli eucarioti. Significato delle sequenze codificanti e non codificanti nel genoma. Caratteristiche del gene nei procarioti e negli eucarioti. IL MECCANISMO DELLA REPLICAZIONE. Caratteristiche generali. Le DNA polimerasi e le loro specializzazioni. La forca replicativa e la sintesi del DNA. Le fasi di inizio, terminazione e regolazione della replicazione: confronto tra procarioti ed eucarioti. LA MUTABILITA' E LA RIPARAZIONE DEL DNA. I danni al DNA, gli errori di replicazione e la loro riparazione. IL MECCANISMO DELLA TRASCRIZIONE. RNA polimerasi e le loro specializzazioni. I fattori della trascrizione e i promotori. Le fasi di inizio e terminazione della trascrizione: confronto tra procarioti ed eucarioti. Meccanismi di maturazione dell'RNA: capping, aggiunta di coda polyA, splicing, editing. Lo spliceosoma. IL MECCANISMO DELLA TRADUZIONE. Caratteristiche generali. Il codice genetico e le sue regole. Il legame degli amminoacidi al tRNA. L'apparato della traduzione: struttura e funzione di tRNA e ribosoma. Le fasi di inizio, allungamento e terminazione della traduzione: confronto tra procarioti ed eucarioti. LA REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA. Controllo dell'inizio della trascrizione del gene mediante attivatori e repressori. RNA regolatori. Regolazione genica nei procarioti: modello degli operoni, equilibrio lisi/lisogenia fago lambda. Regolazione genica negli eucarioti: funzione dienhancer, insulator, silencer, modificazione degli istoni, rimodellamento dei nucleosomi. METODOLOGIE DI BIOLOGIA MOLECOLARE. Elettroforesi di macromolecole. Clonaggio di molecole di DNA. Analisi di acidi nucleici mediante PCR, real-time, microarray. Sequenziamento.

1) Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli

Cosa è la sintesi proteica?

Come si replica il DNA?