Biologia molecolare (2010/2011)

Codice insegnamento
4S00800
Crediti
12
Coordinatore
Massimiliano Perduca
Settore disciplinare
BIO/11 - BIOLOGIA MOLECOLARE
Lingua di erogazione
Italiano
L'insegnamento è organizzato come segue:
Attività Crediti Periodo Docenti Orario
Teoria 9 II semestre Massimiliano Perduca
Laboratorio 3 II semestre Barbara Molesini

Orario lezioni

II semestre
Attività Giorno Ora Tipo Luogo Note
Teoria lunedì 10.30 - 12.30 lezione Aula C  
Teoria martedì 10.30 - 12.30 lezione Aula C  
Teoria giovedì 9.30 - 11.30 lezione Aula C  
Laboratorio martedì 13.30 - 19.30 lezione Laboratorio didattico Laboratorio di Biotecnologie genetiche  
Laboratorio mercoledì 8.30 - 12.30 lezione Laboratorio didattico Laboratorio di Biotecnologie genetiche  
Laboratorio venerdì 13.30 - 19.30 lezione Laboratorio didattico Laboratorio di Biotecnologie genetiche  

Obiettivi formativi

Fornire agli studenti le conoscenze di base dei meccanismi molecolari inerenti la trasmissione, la variazione e l’espressione dell’informazione genetica.

Programma

Teoria:
-> L’informazione genetica e le molecole informazionali
Introduzione generale e cenni storici. La struttura chimica del DNA e dell’RNA. La struttura fisica del DNA. Proprietà chimico-fisiche del DNA.
->Tecniche di Biologia Molecolare
Elettroforesi in gel di agarosio. L’ibridazione. La reazione a catena della polimerasi (PCR). Le endonucleasi di restrizione. Il clonaggio e il sub-clonaggio. Sistemi per l’espressione genica.
-> DNA, RNA e struttura dei geni
La definizione di gene. Regioni codificanti e regolative. Dai geni alle proteine; RNA messaggero, RNA transfer e RNA ribosomiale.
-> Organizzazione ed evoluzione dei genomi
Contenuto di DNA e numero di geni. Mutazioni, riarrangiamenti del DNA ed evoluzione dei genomi. I genomi degli organelli. I geni interrotti; gli introni. Il cDNA. Famiglie geniche e duplicazione. DNA ripetitivo.
-> Elementi trasponibili
Meccansimi di trasposizione e controllo della trasposizione. Retrovirus e retrotrasposoni. Trasposoni.
-> Cromatina e cromosomi
I nucleosomi; istoni e loro modificazioni. Livelli superiori di organizzazione della cromatina. Eterocromatina ed eucromatina. I cromosomi eucariotici, i telomeri e i centromeri.
-> Replicazione del DNA
Le DNA polimerasi. Attività di proofreading delle DNA polimerasi. Il meccanismo di replicazione nei batteri e negli eucarioti.
-> Introni e RNA splicing
Caratteristiche degli introni spliceosomali. Lo spliceosoma e il meccanismo di splicing. Splicing alternativo e trans-splicing. Altri tipi di introni: introni del gruppo I e II e gli introni dei tRNA. Movimento degli introni. RNA editing. Ribozimi e riboswitch.
-> Mutazione e riparazione del DNA
Mutazioni spontanee e mutazioni causate da agenti mutageni fisici e chimici. Sistemi di riparazione pre-replicativi e post-replicativi. Ricombinazione nelle cellule del sistema immunitario. Cenni sulla ricombinazione omologa.
-> Regolazione dell’espressione genica 1
Promotori batterici. L’operone. Attivatori, repressori, coattivatori. Trasduzione di segnali e sistemi di regolazione a due componenti. Promotori eucariotici. Attivatori, repressori, coattivatori. Espressione genica e modificazioni della cromatina. Meccanismi epigenetici.
-> Gli RNA e la trascrizione
I diversi tipi di RNA: sintesi e maturazione. RNA polimerasi batterica. I fattori sigma. Le RNA polimerasi eucariotiche. mRNA eucariotici: capping, poliadenilazione , trasporto nel citoplasma. Il processo di trascrizione nei batteri e negli eucarioti.
-> Traduzione
I ribosomi. Struttura e funzione del tRNA. Sintesi degli aminoacil-tRNA. Inizio della traduzione nei batteri e negli eucarioti. Sintesi della catena polipeptidica e terminazione della traduzione. Regolazione della traduzione.
-> Localizzazione delle proteine.

Un credito del corso teorico (corrispondente a 8 ore di lezione in aula) sarà riservato alla discussione da parte degli studenti di argomenti di rilevante interesse o ritenuti di frontiera nell’ambito dell’insegnamento.

Teoria Connessa al Laboratorio Didattico:
-> Isolamento di acidi nucleici: concetti base, comparazione di metodi di estrazione, problematiche inerenti all’estrazione.
-> Elettroforesi di acidi nucleici su gel di agarosio e poliacrilammide, gel denaturanti e non denaturanti, elettroforesi pulsata.
-> Quantificazione spettrofotometrica degli acidi nucleici.
-> PCR
1. Definizione.
2. Miscela di reazione: efficienza, specificità, fedeltà.
3. Ciclo di PCR. Numero finale di molecole target.
4. Amplificazione del prodotto corretto: visualizzazione e analisi dei prodotti di PCR, come evitare le contaminazioni (Uracil N-glycosylase; UV; trattamento enzimatico), hot start, nested PCR.
5. Tecniche e applicazioni: 5’RACE-PCR e 3’RACE-PCR, RT-PCR, PCR mutagenesi (delezione di sequenze, sostituzione di basi, inserzione di sequenze), modificazione di prodotti di PCR (aggiunta di promotori, ribosome-binding site, siti di restrizione), unione di prodotti di PCR sovrapposti “overlapping”, PCR quantitativa.

Esperienze Pratiche:
-> Estrazione di DNA genomico da diversi organismi vegetali. Amplificazione di geni di interesse mediante PCR e visualizzazione dei prodotti di PCR su gel.
-> Isolamento dell’RNA totale da procarioti (batteri) ed eucarioti (piante), quantificazione e visualizzazione dell’RNA estratto su gel denaturante. Sintesi del cDNA e visualizzazione della popolazione di cDNA su gel. RACE-PCR al 5’ e RACE-PCR al 3’, visualizzazione del prodotto di PCR su gel.

Modalità d'esame

Esame orale, preceduto dalla consegna e conseguente valutazione di una relazione dettagliata e personale sull'attività svolta durante i Laboratori Didattici, propedeutica allo svolgimento dell'esame orale.

Testi di riferimento
Attività Autore Titolo Casa editrice Anno ISBN Note
Teoria WATSON James D , BAKER Tania A , BELL Stephen P , GANN Alexander , LEVINE Michael , LOSICK Richard Biologia molecolare del gene (Edizione 7) Zanichelli 2015 978-88-08-36480-7
Teoria LEWIN Benjamin Il Gene VIII Zanichelli 2006 978-8808-17902-9
Teoria Harvey Lodish, Chris A. Kaiser, Anthony Bretscher, Angelika Amon, Arnold Berk, Monty Krieger, Hidde Ploegh and Matthew P. Scott Molecular Cell Biology (Edizione 7) Freeman 2012 1464102325
Teoria Alberts et al. The Cell (Edizione 5) Garland Science 2007 978-0-8153-4105-5