BIOLOGIA MOLECOLARE

Docenti: 
RIVETTI Claudio
Codice dell'insegnamento: 
10006*3201*2016*2016*9999
Crediti: 
6
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Settore scientifico disciplinare: 
BIOLOGIA MOLECOLARE (BIO/11)
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Lingua dell'insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Inizialmente il Corso si pone l’obiettivo della conoscenza e comprensione della struttura e proprieta' della molecola del DNA.
A seguire, l’obiettivo si esplicita nella conoscenza delle principali tecniche di analisi e manipolazione del DNA. Infine, queste competenze risulteranno funzionali per la comprensione delle principali tecnologie del DNA ricombinante e per una loro futura applicazione.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Il corso ha come obiettivo principale la comprensione degli aspetti biochimici fondamentali degli acidi nucleici. Particolare attenzione verrà rivolta alla comprensione degli elementi di struttura del DNA sulla base dei quali verranno spiegate le peculiari caratteristiche di stabilità, contenuto informazionale e leggibilità del materiale genetico. Verranno quindi analizzati in modo approfondito i meccanismi molecolari alla base dei processi di replicazione, riparazione, trascrizione e traduzione del DNA. Buona parte del corso sarà dedicata alla comprensione delle strategie regolative fondamentali operanti nei batteri e nei fagi e le loro possibili implicazioni per il controllo dell’espressione genica in organismi più complessi.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
L'obiettivo didattico consiste nel conseguimento delle competenze necessarie per un'analisi critica dei meccanismi molecolari e biochimici della vita, nonché per la comprensione degli elementi basilari dei principali processi cellulari.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Il corso è finalizzato ad accrescere la capacità di analizzare in chiave critica i meccanismi molecolari alla base della vita.

ABILITA' COMUNICATIVE
L'articolazione del corso prevede una notevole attività di discussione in aula tesa a sviluppare l'attitudine degli studenti a trasmettere le competenze scientifiche acquisite a supporto delle proprie argomentazioni.

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO
Le continue evoluzioni della ricerca scientifica ed in particolare della biologia molecolare richiedono un aggiornamento continuo delle competenze. Per tale motivo, il corso si prefigge di fornire l'autonomia necessaria per il conseguimento di una più ampia conoscenza e per l'allineamento delle competenze agli avanzamenti della ricerca biologica.

Prerequisiti

Contenuti dell'insegnamento

Nella prima sezione del Corso, saranno introdotte le nozioni fondamentali sulla struttura del DNA e dei geni, insieme al Dogma Centrale della genetica; a seguire, le principali tecniche di analisi e manipolazione del DNA.
Nella seconda sezione l’oggetto è la tecnologia del DNA ricombinante e le sue principali applicazioni.

STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI
REPLICAZIONE DEL DNA
RIPARAZIONE DEL DNA
TRASCRIZIONE
SPLICING DELL’RNA
TRADUZIONE
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI
TECNICHE DI BIOLOGIA MOLECOLARE

Programma esteso

Cenni sulla trasmissione dell'informazione genetica, da Mendel alla scoperta del "principio trasformante"
DNA: chimica e struttura.
Organizzazione del DNA nella cellula eucariote.
Tipi di RNA, Trascrizione e traduzione, codice genetico e sintesi proteica. Ruolo dei geni nelle cellule. Gli elementi regolatori dell’espressione genica (cenni).
Tecniche di analisi e manipolazione del DNA
Enzimi di restrizione, separazione elettroforetica. Enzimi di modificazione, reazioni in vitro.
DNA ricombinante e strategie di clonaggio.
Polymerase chain reaction
Tecnologia PCR e sue applicazioni. Sequenziamento del DNA. Applicazioni della tecnologia del DNA ricombinante.

STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI
Proprietà del materiale genetico: il principio trasformante, scoperta di Avery, regola di Chargaff; proprietà chimico-fisiche dei nucleotidi; modificazioni chimiche, protonazione e tautomeria cheto-enolica delle basi azotate; struttura primaria del DNA; termodinamica del legame fosfodiesterico; legami deboli e legami forti; la doppia elica e l’appaiamento delle basi secondo il modello di Watson e Crick; replicazione semi-conservativa del DNA; strutture secondarie alternative del DNA (DNA A, DNA Z, DNA H); sequenze ripetute dirette, invertite e speculari; curvatura intrinseca del DNA; elementi strutturali di riconoscimento del DNA (read-out); interazioni specifiche DNA-proteina; stabilità della doppia elica: fusione e rinaturazione del DNA; struttura primaria, secondaria e caratteristiche distintive dell’RNA; idrolisi alcalina dell'RNA e meccanismo d'azione della RNasi A; elementi di topologia: superavvolgimento, numero di legame e variazioni conformazionali del DNA; topoisomerasi I e II; compattamento degli acidi nucleici:istoni, nucleosoma, fibre e strutture di ordine superiore della cromatina.

REPLICAZIONE DEL DNA
Schema generale della replicazione: termodinamica e meccanismo di sintesi del DNA; struttura del sito attivo della DNA polimerasi; processività e sliding clamp; attività di proof-reading della DNA polimerasi; sintesi semidiscontinua del DNA: filamento continuo, filamento ritardato, frammenti di Okazaki e rimozione degli inneschi; meccanismo d'azione della DNA ligasi; origini di replicazione; DNA polimerasi III, struttura e assemblaggio del replisoma; DNA primasi, DNA elicasi, DNA topoisomerasi e altre proteine coinvolte nella replicazione; replicazione bidirezionale del genoma di E. coli; replicazione dei genomi eucariotici; il problema delle estremità del DNA.

RIPARAZIONE DEL DNA
Mutazioni puntiformi; danno idrolitico e modificazioni chimiche delle basi azotate; test di Ames; riparazione dei mismatch; riparazione per fotoriattivazione; riparazione per escissione di basi; riparazione per escissione nucleotidica; riparazione per ricombinazione omologa; sintesi del DNA per translesione; induzione della risposta SOS.

TRASCRIZIONE
Struttura generale di geni e operoni procariotici; promotori batterici: regioni -10 e -35, elementi UP, elemento -10 esteso; struttura della RNA polimerasi batterica; fattore sigma; schema generale del processo trascrizionale: inizio, allungamento, terminazione.Trascrizione negli eucarioti: promotori, complesso di pre-inizio, mediatore, RNA polimerasi II; capping e poliadenilazione dell'RNA; RNA polimerasi I e III.

SPLICING DELL’RNA
Introni, esoni e processamento post-trascrizionale dei trascritti primari;chimica dello splicing; spliceosoma; splicing degli introni di gruppo I e II; splicing alternativo; editing dell’RNA; trasporto dell’mRNA fuori dal nucleo.

TRADUZIONE
Il codice genetico; struttura dell’RNA messaggero (mRNA); struttura dell’RNA transfer (tRNA); legame degli amminoacidi al tRNA; le amminoacil-tRNA sintetasi; il ribosoma; formazione del legame peptidico; meccanismo molecolare e fasi funzionali della traduzione: inizio, allungamento, terminazione; fedeltà ed energetica della traduzione; il problema degli RNA spezzati.

REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI
Principi generali della regolazione trascrizionale; regolazione positiva e negativa della trascrizione; azione a distanza; operone lattosio: LacI, Cap; fattori sigma alternativi; NtrC, operone triptofano (TrpR) e attenuazione; regolazione trascrizionale e la scelta lisi-lisogenia nel fago lambda; struttura e funzione dei repressori cI e cro; cooperatività nel legame del repressore; controllo trascrizionale positivo e negativo, antiterminazione, regolazione antisenso. Integrazione e escissione del fago lambda mediante ricombinazione sito-specifica.

TECNICHE DI BIOLOGIA MOLECOLARE
reazione a catena della polimerasi (PCR);sequenziamento del DNA secondo il metodo di Sanger.

Bibliografia

"Fondamenti di biologia molecolare"
di Lizabeth A. Allison
Editore: Zanichelli
Materiale integrativo elaborato dal docente è reperibile sul sito del Corso.

BIOLOGIA MOLECOLARE - Principi di funzionamento del genoma
Craig, Cohen-Fix, Green, Greider, Storz, Wolberger.
Pearson

REGOLAZIONE GENICA - autore Mark Ptashne, casa ed. Zanichelli

Understanding DNA - autore Calladine, case ed. Academic Press Terza edizione

Metodi didattici

Gli argomenti saranno trattati in lezioni frontali con l’ausilio di presentazioni finalizzate a valorizzare l’approccio molecolare; ove possibile, saranno utilizzati siti web interattivi.

Lezione frontale

Modalità verifica apprendimento

L’esame, in forma scritta, verificherà, attraverso domande a risposta aperta le competenze acquisite circa la struttura e le funzioni del DNA dell'RNA e le principali tecniche di analisi e manipolazione degli acidi nucleici.

Esame scritto e orale

Altre informazioni