Biologia molecolare (2015/2016)



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 [1° turno] 3 II semestre Massimiliano Perduca
laboratorio [2° turno] 3 II semestre Massimiliano Perduca

Orario lezioni

II semestre
Attività Giorno Ora Tipo Luogo Note
teoria lunedì 10.30 - 13.30 lezione Aula H  
teoria giovedì 8.30 - 11.30 lezione Aula F  
laboratorio [1° turno] martedì 14.30 - 19.30 laboratorio Laboratorio didattico Laboratorio di Biotecnologie genetiche dal 5-apr-2016  al 10-giu-2016
laboratorio [2° turno] venerdì 8.30 - 13.30 laboratorio Laboratorio didattico Laboratorio di Biotecnologie genetiche dal 1-apr-2016  al 10-giu-2016

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:
Subclonaggio ed espressione proteica:
PCR
Elettroforesi e purificazione del DNA da gel
Purificazione di DNA plasmidico
Digestione con enzimi di restrizione e ligazione
Trasformazione, colony PCR
Espressione di una proteina ricombinante e analisi mediante SDS PAGE e Western Blot.

Modalità d'esame

Colloquio orale.

Testi di riferimento
Attività Autore Titolo Casa editrice Anno ISBN Note
teoria Nancy L. Craig, Orna Cohen-Fix, Rachel Green, Carol W. Greider, Gisela Storz, Cynthia Wolberger Biologia molecolare Principi di funzionamento del genoma (Edizione 1) Pearson 2013 9788871928111
teoria Jocelyn E. Krebs, Elliott S. Goldstein, Stephen T. Kilpatrick Lewin's Genes X (Edizione 10) Jones & Bartlett Publishers 2009 0763766321
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
teoria Geoffrey M. Cooper, Robert E. Hausman The cell: a molecular approach (Edizione 6) Sinauer Associates, Inc 2013 978-1-60535-155-1
Materiale didattico
Titolo Formato (Lingua, Dimensione, Data pubblicazione)
10-Codon Usage and 3′ UTR Length Determine Maternal mRNA Stability in Zebrafish  pdfpdf (en, 2886 KB, 22/03/16)
11-piRNA adhesion traps mRNAs to the germ plasm  pdfpdf (en, 7847 KB, 22/03/16)
12-Tissue-independent and tissue-specific patterns of DNA methylation alteration in cancer  pdfpdf (en, 1672 KB, 22/03/16)
13-Crystal structure of a substrate-engaged SecY  pdfpdf (en, 12586 KB, 22/03/16)
14-A novel cytoprotective function for the DNA repair protein Ku in regulating p53 mRNA translation and function  pdfpdf (en, 1108 KB, 22/03/16)
1-Crystal structures of the M1 and M4 Muscarinic Acetylcholine Receptors  pdfpdf (en, 12962 KB, 22/03/16)
2-Two-Stage Synapsis of DNA Ends during Non-homologous End Joining  pdfpdf (en, 1950 KB, 22/03/16)
3-A new MCM modification cycle regulates DNA replication initiation  pdfpdf (en, 1994 KB, 22/03/16)
4-The Nuclear Pore Complex as a Flexible and Dynamic Gate  pdfpdf (en, 1930 KB, 22/03/16)
5-A U1 snRNP–specific assembly pathway reveals the SMN complex as a versatile hub for RNP exchange  pdfpdf (en, 1152 KB, 22/03/16)
6-Hepatitis B virus X protein identifies the Smc5-6  pdfpdf (en, 23996 KB, 22/03/16)
7-Chromatin accessibility a window into the genome  pdfpdf (en, 958 KB, 22/03/16)
8-Distal Alternative Last Exons Localize mRNAs to Neural Projections  pdfpdf (en, 3247 KB, 22/03/16)
9-Structure of the eukaryotic replicative CMG helicase suggests a pumpjack motion for translocation  pdfpdf (en, 4323 KB, 22/03/16)
Gruppi Esposizione Articolo Biotecnologie 2015-16  pdfpdf (it, 10 KB, 11/03/16)
Laboratorio Didattico Biologia Molecolare I Turno 15-16  pdfpdf (it, 7 KB, 30/03/16)
Laboratorio Didattico Biologia Molecolare II Turno 15-16  pdfpdf (it, 7 KB, 30/03/16)

Opinione studenti frequentanti - 2015/2016