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E' richiesta l'acquisizione degli obiettivi di base relativi alle seguenti discipline: Chimica Generale ed Inorganica, Citologia e Istologia, Chimica Organica, Chimica Biologica.

Sono previste sia lezioni teoriche in aula (7 CFU, 56 ore) che esercitazioni di laboratorio e di bioinformatica (1 CFU, 8 ore). Nella piattaforma Moodle del DiSVA saranno disponibili: materiale didattico, istruzioni e protocolli delle esercitazioni di laboratorio e di bioinformatica, nonché le schede di prenotazione per le esercitazioni.

L’insegnamento permette agli studenti di acquisire le conoscenze relative alla struttura e alla funzione degli acidi nucleici e delle proteine che con essi interagiscono, ai meccanismi molecolari alla base dei processi di duplicazione del DNA, trascrizione e maturazione dei diversi tipi di RNA, traduzione e regolazione dell’espressione genica.

Lo studente sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per lo studio di altre materie quali la Genetica e la Biologia dello Sviluppo. Sarà inoltre in grado di applicare alcune tecniche di base per la manipolazione e l’analisi degli acidi nucleici, di reperire sequenze di acidi nucleici e proteine in database presenti nel web, nonché di utilizzare specifici software per l’analisi di restrizione e la mutagenesi sito-diretta.

Durante lo svolgimento delle lezioni teoriche in aula e delle esercitazioni di laboratorio e di bioinformatica, gli studenti avranno modo di apprezzare l'applicazione di concetti relativi alle discipline riportate nella sezione prerequisiti, alla struttura e al metabolismo degli acidi nucleici e delle proteine che interagiscono con essi.

Lezioni frontali (7 CFU, 56 ore).

Gli acidi nucleici. Gli acidi nucleici come materiale genetico. Struttura e proprietà chimico-fisiche del DNA e dell’RNA. Topologia del DNA. Organizzazione di genomi virali, procariotici ed eucariotici. Cromosomi, cromatina e nucleosomi.
La replicazione del DNA. L’esperimento di Meselson e Stahl. La forca di replicazione. La replicazione semi-discontinua del DNA. Sintesi coordinata del filamento guida e del filamento ritardato. Le DNA Polimerasi procariotiche ed eucariotiche. Le origini di replicazione. Regolazione dell´inizio della replicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti. Replicazione e ciclo cellulare.
La trascrizione. Diverse classi di RNA: RNA messaggero, RNA transfer, RNA ribosomiale e piccoli RNA nucleari. Trascrizione nei procarioti. Inizio della trascrizione: RNA Polimerasi e promotori. Terminazione intrinseca e rho-dipendente. Antiterminazione. Trascrizione negli eucarioti. Inizio della trascrizione: promotori e sequenze consenso. RNA Polimerasi I, II e III. Fattori di trascrizione. Enhancers e silencers. Terminazione della trascrizione. Maturazione dell’RNA ribosomiale, transfer e messaggero. Lo splicing nucleare: spliceosoma, snRNA e snRNP. Auto-splicing: introni di tipo I e II. Editing dell’RNA.
La traduzione. Il tRNA come adattatore: struttura secondaria e terziaria. Il codice genetico. Aminoacil-tRNA sintetasi. L´organizzazione del ribosoma. Le fasi della sintesi proteica. I fattori d´inizio, di allungamento e di terminazione procariotici ed eucariotici. Il ruolo dell´RNA ribosomiale nella sintesi proteica. Antibiotici e sintesi proteica.
Regolazione dell´espressione genica nei procarioti. L´operone. Geni strutturali e regolatori. Induzione e repressione: l´operone lac e l´operone trp. La repressione da cataboliti e l´attenuazione. La regolazione dell’espressione genica nel fago λ.
Regolazione dell´espressione genica negli eucarioti. Elementi di risposta. Domini proteici di legame al DNA. Metilazione del DNA e espressione genica. Struttura della cromatina e attività trascrizionale.
Metodologie. Clonaggio molecolare: enzimi di restrizione e vettori di clonaggio. PCR ed elettroforesi su gel di agarosio. Sequenziamento del DNA. Tecniche di blotting: Southern blot, Northern blot e Western blot. Mutagenesi sito-diretta. Purificazione di RNA messaggeri mediante cromatografia di affinità su oligo(dT)-cellulosa. Librerie genomiche e a cDNA. Vettori di espressione e proteine ricombinanti.

Esercitazioni di laboratorio e di bioinformatica (1 CFU, 8 ore).

Estrazione di DNA plasmidico da cellule batteriche. Determinazione della concentrazione del DNA plasmidico mediante analisi spettrofotometrica. Digestione del DNA plasmidico con enzimi di restrizione. Separazione dei frammenti di DNA mediante elettroforesi su gel di agarosio.
Utilizzo dei database di sequenze nucleotidiche e aminoacidiche presenti nel portale NCBI. Identificazione della sequenza codificante un gene strutturale. Mappa di restrizione e mutagenesi sito-diretta mediante analisi in silico. Allineamento di sequenze mediante BLAST.

Per valutare l’apprendimento è previsto un colloquio orale. Nella prova orale, della durata di circa 30 minuti, sono previste 3 domande che vertono su argomenti del programma.

Le domande della prova orale sono volte ad accertare la conoscenza degli argomenti trattati durante le lezioni frontali e durante le esercitazioni di laboratorio e di bioinformatica.

Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto finale è uguale o maggiore a 18/30. È possibile l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30/30 con lode).

A ciascuna delle 3 risposte viene attribuito un punteggio compreso tra 0 e 10. Il risultato finale della prova orale è calcolato come somma dei punteggi relativi alle singole domande. La lode può essere attribuita se lo studente dimostra piena padronanza della materia e un’ottima capacità di esposizione.

Biologia Molecolare, F. Amaldi, P. Benedetti, G. Pesole, P. Plevani. Casa Editrice Ambrosiana. II edizione. 2014.
Biologia molecolare del gene, J.D. Watson, T.A. Baker, S.P. Bell, A. Gann, M. Levine, R. Losick. Casa Editrice Zanichelli. VII edizione. 2015.