12946 - BIOLOGIA MOLECOLARE

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2019/2020

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell’insegnamento, lo studente possiede adeguate conoscenze dei principi fondamentali e dei meccanismi di base della biologia molecolare, e dei meccanismi nucleari fondamentali dell'espressione genica nella cellula eucariotica e procariotica. In particolare, lo studente è in grado di comprendere e discutere tematiche di espressione genica, di replicazione e riparo del DNA, e della struttura del gene a livello molecolare. Inoltre, lo studente conosce i meccanismi e la regolazione della trascrizione e della maturazione dei trascritti, e la struttura e regolazione della cromatina. Al temine del laboratorio, lo studente è in grado di eseguire le fondamentali tecniche di biologia molecolare, quali PCR, restrizione e ligazione, costruzione di plasmidi ricombinanti, trasformazione di Escherichia coli ed induzione dell'espressione di proteine eterologhe.

Programma/Contenuti

Modulo 1 (5 cfu, 44 ore)

Struttura, componenti e proprietà degli acidi nucleici. Strutture geniche. Dogma centrale. Codice genetico. Struttura del tRNA e sintetasi. Ribosoma. Sintesi proteica: fasi della traduzione, fattori di inizio procariotici ed eucariotici, allungamento, traslocazione, terminazione. Interazioni codone-anticodone. Trascrizione in procarioti: La RNA polimerasi e trascrizione. Struttura e funzione dei fattori sigma. Struttura del promotore. Terminazione. Antiterminazione. Operoni batterici e regolazione coordinata: lac, trp. Struttura e funzione del repressore Lac. Operatori. Repressione da catabolita. RNA antisenso. Strategie fagiche. Fago lambda. Struttura del repressore CI e lisogenia. Confronto tra ciclo litico e lisogenico. Cenni sulla trascrizione in eucarioti: RNA polimerasi, fattori trascrizionali ed elementi di regolazione. Replicazione. DNA polimerasi I e III di E. coli. Altre DNA polimerasi. Sistemi di riparo. Ricombinazione. I sistemi Rec e Ruv. Topologie del DNA.

Modulo 2 (20 ore)

Organizzazione dei geni eucariotici. Introni ed esoni, pseudogeni, famiglie e cluster di geni (es: geni delle globine e degli RNA ribosomali). Sequenze di DNA ripetute nel genoma degli eucarioti: struttura e funzione. Trascrizione. RNA polimerasi e classi di RNA. Struttura della RNA polimerasi II. Organizzazione dei promotori di classe I, II e III. Fattori di trascrizione generali e loro funzioni. Struttura di TBP in complesso con il DNA. Regolazione della trascrizione. Fattori di trascrizione a monte ed inducibili. Enhancers. Domini proteici di interazione con il DNA: strutture e funzioni.

Modulo 3 (20 ore)

Cromatina. Organizzazione gerarchica della struttura della cromatina. Nucleosoma: componenti molecolari e struttura ai raggi X. Modificazioni post-traduzionali degli istoni. Posizione traslazionale e rotazionale dei nucleosomi. Ruolo della cromatina nella regolazione della trascrizione. Maturazione dei trascritti. Classi di introni. Meccanismo basale dello splicing degli introni dei pre-mRNA. Meccanismo di autosplicing degli introni di gruppo II e I. Meccanismo enzimatico di splicing degli introni dei tRNA.

Modulo 4 (laboratorio, 2 cfu, 30 ore)

Finalità e applicazioni della PCR : amplificazione e modificazione di un DNA stampo.

Elettroforesi di DNA e proteine

Costruzione di un plasmide ricombinante: restrizione e ligazione.

Espressione di proteine eucariotiche ricombinanti in un sistema procariotico eterologo. Il sistema T-7.

Testi/Bibliografia

Modulo 1: Il Gene, Seconda Edizione Compatta, B. LEWIN, Zanichelli, Capitoli: 1-3, 7-9, 11-15, 18-20

Il materiale didattico presentato a lezione non è sostitutivo del testo di riferimento, ma costituisce una guida per la selezione e la comprensione degli argomenti da studiare.

Modulo 2 e 3: Capranico G, Martegani E, Musci G, Raugei G, Russo T, Zambrano N, Zappavigna V. Biologia molecolare, EdiSES (ultima edizione)

Metodi didattici

Lezioni in aula

Il corso è costituito da tre moduli (10 cfu) di lezioni frontali con lo scopo di fare acquisire allo studente i principi fondamentali e i meccanismi di base del funzionamento della cellula.

Il modulo di laboratorio si compone di 2 CFU, corrispondenti a 30 ore di esercitazioni pratiche svolte in un laboratorio a posto singolo. Ogni studente porterà a termine il protocollo sperimentale in modo individuale, pur lavorando in gruppi di 4-5 studenti. Durante il laboratorio sono svolti esercizi finalizzati a consolidare l'apprendimento delle tecniche utilizzate.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Modulo 1: Test scritto

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso il solo esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 1,5 ore senza l'aiuto di appunti o libri.

La prova scritta consiste in 40 quesiti a risposta multipla ed 1 domanda a risposta aperta. Ogni quesito a risposta multipla consente di ottenere 0,5 punti, mentre il quesito a risposta aperta consente di ottenere al massimo 10 punti. Il voto finale del modulo viene calcolato come somma dei punti ottenuti.

Modulo 2 e 3:

La valutazione è in trentesimi. Per questo modulo è richiesta la registrazione su Alma Esami.

L'esame consiste in una prova scritta ed una orale. La prova scritta consiste di quiz a risposta multipla (5 risposte di cui una sola è esatta). La prova scritta è superata se lo studente risponde correttamente ad almeno l'80% delle domande. Si è ammessi all'orale solo dopo aver superato la prova scritta. L'orale consiste di tre o quattro domande su argomenti del programma.

Subito dopo il termine del corso potrà essere istituita un singolo “preappello” riservato agli studenti che hanno frequentato il corso; la prova del preappello è solo scritta. In questo caso la prova scritta consiste di domande a quiz, domande con risposta breve e una domanda a carattere generale a risposta libera. Nel compito è indicato il punteggio massimo per ogni singola domanda/problema. Il totale dei punteggi è maggiore di 31. Si supera la prova se il punteggio totalizzato è uguale o superiore a 18.

Modulo di Laboratorio di Biologia Molecolare: la prova di verifica consiste in una relazione scritta della esperienza svolta in laboratorio. Lo studente dovrà scrivere una relazione sintetica (massimo 1 pagina) in cui siano riportati i diversi passaggi dell'esperienza e ne sia spiegata l'importanza ai fini del risultato finale. La relazione deve essere consegnata entro tre giorni dalla fine del laboratorio. La mancata consegna della relazione comporta la verifica orale in data da concordare insieme alla responsabile del modulo. Nella votazione finale sono tenuti in considerazione anche gli esiti degli esercizi consegnati e svolti durante il modulo, e il comportamento dello studente in laboratorio.

Il voto dell'insegnamento sarà la media pesata dei voti ottenuti nei tre moduli.

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore e lavagna.

Nel laboratorio sono presenti gli strumenti e i reagenti necessari allo svolgimento dell'esperienza sperimentale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Vincenzo Scarlato

Consulta il sito web di Giovanni Capranico

Consulta il sito web di Jessica Marinello