BIOLOGIA MOLECOLARE
Anno accademico 2024/2025 - Docente: NUNZIO IRACIRisultati di apprendimento attesi
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.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Conoscenze base di fisica, chimica e biologia cellulare.
Frequenza lezioni
Frequenza delle lezioni obbligatoria per almeno il 70%, così come previsto dal Corso di Laurea in cui è inserito l'insegnamento.
Contenuti del corso
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.
Testi di riferimento
1) Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli
2) Alberts et al., Molecular Biology of the Cells, Garland Science.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Componenti chimici della cellula: Importanza dei legami deboli e forti nei sistemi biologici | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 2 | La struttura del DNA e dell’RNA: denaturazione e rinaturazione - struttura secondaria - topologia – le topoisomerasi | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 3 | Organizzazione del genoma procariotico | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 4 | Organizzazione dei genomi eucariotici: sequenze uniche e ripetute - esoni ed introni - livelli strutturali della cromatina (dal nucleosoma al cromosoma) e sua regolazione – assemblaggio dei nucleosomi - Duplicazione e segregazione dei cromosomi ( | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 5 | Replicazione del DNA: le DNA polimerasi - meccanismi della sintesi discontinua del DNA – selezione delle origini - terminazione della replicazione - differenze fra procarioti ed eucarioti | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 6 | Mutabilità e riparazione: i danni al DNA e i principali meccanismi di riparazione | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 7 | La trascrizione: le RNA polimerasi – la trascrizione nei procarioti – la trascrizione negli eucarioti - modalità di controllo della trascrizione - trasporto dell’RNA | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 8 | Lo splicing dell’RNA: la reazione di splicing – lo spliceosoma – lo splicing alternativo | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 9 | La traduzione: gli RNA messaggeri – gli RNA transfer (struttura e basi modificate) – le amminoacil-tRNA sintetasi – il ribosoma – inizio della traduzione – allungamento – terminazione – i fattori di trascrizione - differenze fra eucarioti e procarioti | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 10 | Il codice genetico: la degenerazione – l’universalità – mutazioni puntiformi – mutazioni soppressore | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 11 | Principali meccanismi di regolazione dell’espressione genica nei procarioti e negli eucarioti | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
| 12 | Principali tecniche di biologia molecolare | Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame orale. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Cosa è la sintesi proteica?
Come si replica il DNA?