ITALIANO

È richiesta la conoscenza delle seguenti discipline: Chimica Generale ed Inorganica, Citologia e Istologia, Chimica Organica, Chimica Biologica.

Sono previste lezioni frontali in aula (7 CFU, 56 ore) ed esercitazioni pratiche in laboratorio (1 CFU, 8 ore). Il materiale didattico comprendente le diapositive delle lezioni in formato pdf, le istruzioni e i protocolli delle esercitazioni di laboratorio, le schede di prenotazione per le esercitazioni di laboratorio, vengono caricati sulla piattaforma web learn.univpm.it.

L’insegnamento permette 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, anche attraverso la comprensione delle procedure sperimentali che hanno portato alle attuali conoscenze.

Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite allo studio di altre materie quali la Genetica, la Biologia dello Sviluppo, la Biologia Cellulare per le quali è necessario conoscere i meccanismi di funzionamento e di regolazione dell’espressione del materiale genetico. Sarà in grado, inoltre, di applicare alcune tecniche di base di manipolazione e analisi degli acidi nucleici, di ricercare 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 di frammenti di DNA.

Le esercitazioni di laboratorio, nonché le discussioni sulle attività pratiche eseguite e sui risultati conseguiti contribuiranno a migliorare il grado di autonomia dello studente, la sua capacità di valutare criticamente dati scientifici e la capacità comunicativa. Inoltre, l’esecuzione delle suddette esercitazioni in piccoli gruppi promuoverà le interazioni e le attività di coordinamento.

Lezioni frontali (7 CFU, 56 ore):
Gli acidi nucleici come materiale genetico.
Struttura dei nucleotidi e struttura del DNA. Diversi tipi di doppia elica. Polimorfismi strutturali. Proprietà chimico-fisiche, denaturazione e rinaturazione. Effetto ipercromico e Tm.
Struttura dell’RNA. Elementi di struttura secondaria e terziaria.
Struttura degli amminoacidi. Struttura e funzione delle proteine. Domini strutturali e funzionali. Interazioni proteina-proteina. Interazioni proteine-acidi nucleici. Interazioni proteina-ligando. Folding e Chaperoni molecolari.
Topologia del DNA.
Struttura della cromatina e dei nucleosomi. Le proteine istoniche.
La replicazione del DNA. Esperimento di Meselson e Stahl. Formazione delle forche di replicazione. Sintesi semidiscontinua del DNA. Sintesi coordinata del filamento guida e del filamento copia. Le DNA Polimerasi procariotiche ed eucariotiche. Le origini di replicazione. Regolazione dell’inizio della replicazione nei procarioti e negli eucarioti.
La trascrizione. Le diverse classi di RNA: RNA messaggero, RNA transfer, RNA ribosomale, piccoli RNA nucleari, piccoli RNA nucleolari.
Trascrizione dei geni procariotici. Inizio della trascrizione: promotori e RNA Polimerasi. Fattori sigma. Terminazione intrinseca e Rho-dipendente. Regolazione della trascrizione: L’operone. Geni strutturali e geni regolatori. Induzione e Repressione: l’operone lac e l’operone trp.
Trascrizione dei geni eucariotici. Inizio della trascrizione: promotori, enhancers. RNA Polimerasi I, II e III. Fattori di trascrizione dell’apparato basale. Attivatori e repressori. Modificazioni della cromatina.
La maturazione dell’RNA. Maturazione di RNA ribosomali e transfer. Maturazione di RNA messaggeri. Reazioni di capping e di poliadenilazione. Splicing: spliceosoma, snRNA e snRNP. Splicing alternativo.
La traduzione. Il tRNA come adattatore: struttura secondaria e terziaria. Le basi modificate. Il codice genetico. Le amminoacil-tRNA sintetasi e le regole d’identità.
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 ribosomale nella sintesi proteica.
Tecniche
Metodi di estrazione e analisi del DNA: Tecnologie del DNA ricombinante, enzimi di restrizione, vettori, clonaggio, PCR, Elettroforesi su gel di agarosio, Southern blotting, Costruzione di sonde.
Metodi di estrazione e analisi di RNA: Northern Blotting, RT-PCR
Analisi di proteine: Elettroforesi su PAGE-SDS. Western blot.

Esercitazioni in laboratorio (1 CFU, 8 ore):
Gli studenti eseguiranno le seguenti attività: Estrazione di DNA plasmidico da cellule batteriche; purificazione del DNA plasmidico mediante cromatografia di affinità; determinazione della concentrazione del DNA plasmidico purificato mediante analisi spettrofotometrica; digestione del plasmide con enzimi di restrizione; separazione dei frammenti di DNA mediante elettroforesi su gel di agarosio; analisi dei risultati. Consultazione dei database di sequenze nucleotidiche e amminoacidiche presenti nel portale NCBI. Identificazione della sequenza codificante un gene strutturale. Allineamento di sequenze mediante BLAST. Visualizzazione delle strutture delle macromolecole biologiche (DNA, RNA e proteine) contenute all’interno del PDB.

Orale

Il livello di apprendimento è valutato attraverso una prova orale durante la quale vengono poste allo studente tre domande.

Le domande sono volte ad accertare la conoscenza e la comprensione da parte dello studente degli argomenti trattati durante le lezioni frontali e durante le esercitazioni di laboratorio.

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

Ogni risposta viene valutata con un punteggio compreso tra zero e dieci. Il risultato è calcolato come somma dei punteggi ottenuti alle singole domande. La lode può essere attribuita quando il punteggio ottenuto dalla precedente somma raggiunga il valore di 30 e contemporaneamente lo studente abbia dimostrato piena padronanza della materia e un’ottima capacità di esposizione.

Biologia Molecolare. F. Amaldi, P. Benedetti, G. Pesole, P. Plevani. Casa Editrice Ambrosiana. III edizione. 2018.
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.