Biologia molecolare (corso integrato)

PROGRAMMI DEL CORSO DI LAUREA IN
Biotecnologie
a.a. 2012/2013
ASD - Matematica discreta (corso integrato)
Docente: Giuseppe Lancia
Crediti: 6
Finalità : In questo corso verranno illustrate alcune fondamentali strutture dati e il loro utilizzo
nell'implementazione efficiente di algoritmi per dei problemi, molto generali e particolarmente
importanti, di ottimizzazione discreta. Tra questi problemi ricordiamo la ricerca di cammini minimi su
grafi, di minimi alberi di supporto, di accoppiamenti ottimi in grafi bipartiti ed altri ancora. Molti di
questi problemi sono definiti relativamente a grafi, pesati e non. Il corso introdurrà perciò le nozioni
fondamentali della teoria dei grafi, a partire dalle principali definizioni (cammini, cicli, tagli, alberi,
colorazioni, ecc.) e i principali teoremi (relativi alla somma dei gradi dei nodi, alla bi-colorabilità di
un grafo, a relazioni di dualità tra coperture e accoppiamenti, ecc.).
Verrà altresì introdotta la matematica fondamentale necessaria alla comprensione di tali
argomenti, tra cui nozioni combinatoriche di base (permutazioni e coefficienti binomiali) e teoremi
fondamentali relativi all'esistenza (principio della piccionaia) o al conteggio (principio di
inclusione/esclusione, principi della somma e del prodotto) di elementi di un insieme. Al termine del
corso lo studente dovrebbe aver acquisito la capacità di modellare un nuovo problema tramite
opportuni oggetti matematici (ad esempio un grafo opportunamente definito) di tradurre tali oggetti in
corrispondenti strutture dati e infine disegnare un algoritmo efficiente per la sua risoluzione.
Programma:
• Algebra booleana, insiemi e funzioni. Relazioni e equivalenze.
• Sommatorie. Il principio di induzione. Cenni di calcolo delle probabilità .
• Elementi di Combinatorica. Il principio della piccionaia. Numeri di Fibonacci. Il principio di
inclusione-esclusione.
• Procedure combinatoriche. Problema dei matrimoni stabili.
Generazione di tutti i
sottoinsiemi/permutazioni e di sottoinsiemi/permutazioni casuali.
• Teoria dei grafi. Grafi euleriani e hamiltoniani. Grafi bipartiti. Connessione. Alberi. Grafi orientati e
pesati. Algoritmi su grafi. Il minimo albero di supporto. Accoppiamenti e coperture di vertici. Cliques
e insiemi indipendenti. Colorazione di grafi.
• Aritmetica intera, quoziente e resto, scomposizione in fattori primi. MCD e mcm. Algoritmo di
Euclide. Cenni di teoria dei numeri. Numeri primi e fattorizzazione.
Bibliografia: Dispense preparate dal docente. Introductory Combinatorics di Richard Brualdi
North-Holland publishing (2nd edition 1992, e successive)
Modalità d'esame: Prova scritta.
Animali da laboratorio
Docente: Giuseppe Stradaioli
Crediti: 6
Finalità : Gli obiettivi formativi sono quelli di fornire le conoscenze necessarie per: allevare e
utilizzare gli animali da laboratorio nel pieno rispetto delle loro condizioni di benessere, studiare e
impiegare le principali tecniche sperimentali e biotecnologie applicate agli animali da laboratorio,
manipolare in vitro di gameti ed embrioni e per la loro conservazione. Lo studente sarà chiamato ad
acquisire conoscenze sui principali modelli animali impiegati per lo studio e la terapia delle patologie
mediche, per la farmacologia e per il miglioramento delle produzioni zootecniche.
Programma: Il ruolo degli animali da laboratorio nella ricerca: linee guida per il loro impiego,
legislazione di riferimento, alternative (principio delle 3R) e importanza del benessere animale. La
gestione sanitaria degli animali da laboratorio, interferenza delle infezioni sulla sperimentazione,
prevenzione delle infezioni, livelli microbiologici e raccomandazioni FELASA. Ruolo delle pratiche di
stabulazione e mantenimento, e dei fattori ambientali nella sperimentazione. La riproduzione e ruolo
delle biotecnologie riproduttive nella gestione della colonia e nella pratica sperimentale. Principali
procedure sperimentali: contenimento e manipolazione degli animali, tecniche di somministrazione e
dosaggi, prelievi di fluidi e tessuti, analgesia, anestesia e eutanasia. Benessere animale: aspetti etici ed
importanza sperimentale. Descrizione delle peculiarità delle principali specie di animali da
laboratorio (topo, ratto, guinea pig e coniglio). Saranno descritte le modalità di controllo ed induzione
dell'attività riproduttiva degli animali di laboratorio, nonché alle tecniche di raccolta, valutazione,
utilizzazione e conservazione dei gameti, alle tecniche di inseminazione artificiale, di embryo transfer,
di fecondazione in vitro, transgenesi e di clonazione degli animali. Il corso tratterà inoltre delle
principali patologie conseguenti all'impiego delle biotecnologie riproduttive (difetti epigenetici e di
metilazione del DNA, macrosomie).
Esercitazioni: Manipolazione e contenimento di topi, ratti e conigli. Prelievi di: fluidi, tessuti,
gameti ed embrioni. Tecniche di preparazione, valutazione e conservazione di: fluidi, tessuti, gameti ed
embrioni. Visite guidate presso stabulari o ditte fornitrici.
:
Bibliografia: Eila Kaliste The Welfare of Laboratory Animals. Springer, ISBN 978-1-4020-2271-5
(e-book), 2007
Modalità d'esame: Test di accertamento durante il corso e colloquio finale.
Basi di dati e sistemi operativi
Docente: Nicola Vitacolonna
Crediti: 6
Finalità : Lo scopo principale del corso è presentare i concetti fondamentali inerenti a sistemi
operativi e basi di dati, con un enfasi sulle applicazioni biomediche. Alla fine del corso lo studente
avrà compreso il funzionamento interno dei moderni sistemi operativi e dei sistemi di gestione di basi
di dati e sarà in grado di organizzare e gestire le risorse computazionali per l'esecuzione di processi
bioinformatici non banali. Durante il corso saranno anche poste le basi per la comprensione del
funzionamento di sistemi paralleli e distribuiti, che sono particolarmente rilevanti per il biologo
computazionale.
Il corso prevede alcune attività in laboratorio che consentiranno allo studente di applicare in pratica
le nozioni apprese durante le lezioni in classe. In particolare, tali attività verteranno sull'uso di
linguaggi di scripting e sui metodi di amministrazione dei sistemi operativi e dei sistemi di gestione di
basi di dati più comunemente usati in Bioinformatica.
Programma: 1. PrincÃ-pi delle architetture dei calcolatori 2. Processi e thread 3. Programmazione
concorrente 4. Gestione della memoria 5. File System 6. Servizi di rete e sistemi operativi di rete 7.
Sistemi multi-processore 8. Il modello relazionale dei dati 9. Progettazione logica di basi di dati 10.
Basi di dati biologici (Ensembl, PDB, BioSQL, GMOD) 11. Nozioni fondamentali sui sistemi paralleli
e distribuiti
Bibliografia: * Ancillotti, Boari, Ciambolini, Lipari: Sistemi Operativi. McGraw-Hill, 2004. ISBN
88-386-6069-7 * Atzeni, Ceri, Paraboschi, Torlone: Basi di Dati. Modelli e linguaggi di interrogazione,
terza edizione, 2009, ISBN
9788838666001 * Dispense del docente
Modalità d'esame:
Biochimica 1
Docente: Irene Mavelli
Crediti: 7
Finalità : L'obiettivo del Corso è di far acquisire allo studente le nozioni fondamentali della
BIOCHIMICA GENERALE STRUTTURALE. Parti fondamentali del corso sono struttura e funzione
delle proteine; correlazione struttura-funzione e interazioni proteina-ligando; proteine, lipidi e
carboidrati di membrana; membrane e trasporto. Tali nozioni sono necessarie per la comprensione delle
innumerevoli applicazioni biotecnologiche delle proteine e dei meccanismi molecolari alla base dei
processi vitali della cellula. Il Corso è teorico-pratico ed ha anche lo scopo di far acquisire allo
studente le abilità di base indispensabili per affrontare un esperimento di Biochimica e alcune nozioni
e competenze fondamentali delle METODOLOGIE BIOCHIMICHE, con particolare riguardo alle
strategie per l'isolamento e la purificazione di proteine e alle tecniche analitiche per il monitoraggio
della purificazione. Vengono fornite le basi teoriche di metodologie e tecniche di uso corrente, che
sono anche oggetto di esercitazioni di laboratorio, nonché informazioni relative a possibili
applicazioni e sviluppi avanzati di queste. Il corso è finalizzato pertanto all'acquisizione sia di
conoscenze teoriche sia di competenze pratiche, dando modo allo studente di applicare in laboratorio
alcune nozioni acquisite durante le lezioni. Ogni esperienza di laboratorio è preceduta da
un'introduzione che illustra sia il problema sperimentale da affrontare e l'obiettivo da perseguire, sia gli
strumenti e i reagenti da usare. Ogni esperienza inoltre è seguita dalla discussione dei dati ottenuti.
Programma dettagliato :
Parte Teorica (4 cfu, 40 ore) “Biochimica strutturale”
AMINOACIDI E PEPTIDI Struttura e proprietà degli alfa-aminoacidi proteici. Proprietà delle
catene laterali degli alfa-aminoacidi. Aminoacidi non proteici. Determinazione del punto isoelettrico di
un aminoacido. Analisi cromatografica degli aminoacidi. Il legame peptidico e la sua struttura. I
principali oligopeptidi e peptidi e loro funzione biochimica.
PROTEINE: STRUTTURA/FUNZIONE. INTERAZIONE PROTEINA-LIGANDO. SPECIFICITÀ
E RICONOSCIMENTO MOLECOLARE. 1- Strutture delle proteine Livelli strutturali: primario,
secondario, terziario e quaternario. Conformazione delle proteine. Strategie per la determinazione della
struttura primaria di una proteina. Struttura secondaria in alfa-elica. Struttura secondaria a foglietto
beta. Ripiegamenti della catena polipeptidica (beta turns) e Struttura terziaria. Strategie per l'analisi
della struttura terziaria. Strutture supersecondarie e domini. Varietà di strutture nelle proteine.
Processo di strutturazione proteica. Strutture quaternarie. Proteine globulari e proteine fibrillari.
Proteine fibrose costituenti strutturali di cellule e tessuti. Proteine del tessuto connettivo. 2-Proteine
Coniugate Le diverse classi di proteine coniugate. Gruppi prostetici e cofattori. Metallo-proteine.
3-Interazione proteina-ligando. Aspetti strutturali alla base di specificità e riconoscimento
molecolare. Analisi cinetica. 4-Emoproteine, emoglobina e trasporto dell'ossigeno Struttura molecolare
di emoglobina Hb e mioglobina Mb. Gruppo eme e l'interazione con la parte proteica. Proprietà del
legame ossigeno-eme e del legame CO-eme. Curve di dissociazione ossigeno-Hb e ossigeno-Mb. La
Hb come esempio di proteina allosterica. Concetto di cooperatività e allosterismo. Effettori
allosterici. Stati conformazionali diversi di Hb. Effetto Bohr. effetto dei protoni e della CO2. Effetto
del 2,3-DPG. Significato fisiologico del legame di 2,3-DPG. Emoglobina fetale. Le
emoglobinopatie:esempi di malattie molecolari. 4-Glicoproteine. Proprietà strutturali dei glicidi
complessi. Glicoproteine N-glicosilate e O-glicosilate. Proteine glicate. Proteine della matrice
extracellulare: proteoglicani e glucosoaminoglicani.
LIPIDI, MEMBRANE E TRASPORTO: PROTEINE DI MEMBRANA E LORO INTERAZIONE
CON IL DOPPIO STRATO LIPIDICO
1-Lipidi, Acidi grassi: nomenclatura e caratteristiche
strutturali degli acidi grassi saturi ed insaturi più rappresentati nei sistemi biologici. Triacilgliceroli.
Glicerofosfolipidi. Sfingofosfolipidi. Cere. Terpeni. Steroidi. Modello a mosaico fluido delle
membrane biologiche. Lipidi di membrana: aspetti qualitativi, quantitativi e funzionali. Microdomini
lipidici. 2-Proteine di membrana e trasposto Struttura delle proteine di membrana. Classificazione in
base alla loro interazione con il doppio strato lipidico. Gli approcci per lo studio della topologia delle
proteine di membrana. Le à ncore lipidiche. Diffusione semplice e trasporto mediato da proteine.
Cinetica di trasporto. Processi di trasporto sostenuti dall'ATP. Canali ionici e Pompe di membrana.
MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI DELLE PROTEINE Modificazioni ossidative e
modificazioni covalenti. Rilevanza strutturale e ruolo biologico.
Parte Metodologico-sperimentale con laboratorio (3 cfu, 45 ore) “Isolamento e purificazione
di proteine”
1-ASPETTI METODOLOGICI GENERALI Applicazioni di interesse biotecnologico.
Definizione di strategie per la purificazione di una proteina e conoscenze richieste relative alle
proprietà della proteina di interesse. Tecniche attualmente in uso per la purificazione di proteine:
tecniche separative e tecniche analitiche. Procedure di isolamento di proteine basate sulla
solubilità differenziale: salting out, precipitazione con ioni di metalli bivalenti e con solventi organici,
precipitazione isoelettrica. Procedure di purificazione basate su separazioni cromatografiche selettive in
logica sequenza. Criteri di scelta della strategia di purificazione in relazione agli obiettivi della
purificazione: qualità e quantità del prodotto da ottenere. costi della procedura da adottare. Fasi
della purificazione. a) Scelta del materiale di partenza; b) isolamento di frazioni subcellulari,
centrifugazione differenziale e in gradiente di densità ; c) estrazione, solubilizzazione e isolamento di
proteine: procedure per proteine intracellulari solubili, per proteine intracellulari di membrana, per
proteine extracellulari, per proteine ingegnerizzate (sovraespresse in organismi manipolati
geneticamente con una sequenza peptidica che promuove l'esportazione dalle cellule); d) purificazione
della proteina di interesse dalla frazione arricchita; e) concentrazione del campione, filtrazione,
ultrafiltrazione e dialisi; f) conservazione della proteina purificata: congelamento e liofilizzazione.
2-TECNICHE CROMATOGRAFICHE Principi generali e tipi di cromatografia. Cromatografia
liquida per esclusione molecolare, a scambio ionico, per adsorbimento e interazione idrofobica, di
partizione in fase normale ed in fase inversa, per affinità . Cromatografia su strato sottile.
Cromatografia su colonna. Fasi, ottimizzazione della separazione cromatografica, interpretazione dei
cromatogrammi, analisi quantitativa: standardizzazione esterna e standardizzazione interna.
Cromatografia liquida ad alta risoluzione. HPLC e FPLC, tipi di rivelatori, applicazioni avanzate:
micro e nanoHPLC.
3-TECNICHE ELETTROFORETICHE Principi generali. Tipi di elettroforesi attualmente in uso per
separazione e analisi di miscele complesse di proteine: elettroforesi su gel di poliacrilammide in
condizioni native e in condizioni denaturanti (SDS-PAGE). Metodi di rilevazione e analisi quantitativa.
Tecniche elettroforetiche avanzate: Isoelettrofocalizzazione. Elettroforesi bidimensionale. Elettroforesi
capillare e ad alta risoluzione.
4-MONITORAGGIO DEL PROCESSO DI PURIFICAZIONE Saggi per la determinazione del
contenuto totale di proteina nelle frazioni . Saggi enzimatici, saggi immunologici. Fattore di
purificazione e resa.
5-CRITERI DI OMOGENEITÀ E DI PUREZZA Tecniche di base: Elettroforesi. Cenni su
ultracentrifugazione analitica
6-DETERMINAZIONE DELLA MASSA MOLECOLARE E DELLA STRUTTURA
QUATERNARIA DI PROTEINE Tecniche di base: SDS-PAGE e Cromatografia liquida per
esclusione molecolare. Cenni su tecniche sofisticate: ultracentrifugazione analitica, spettrometria di
massa.
Esperienze di laboratorio
1. Determinazione della concentrazione proteica di soluzioni di
proteine pure o di miscele complesse di proteine. Derivatizzazione dei campioni per la formazione del
cromogeno, applicazione della legge di Lambert-Beer, standardizzazione del saggio (costruzione del
grafico di taratura utilizzando albumina come proteina standard e verifica dell'intervallo di linearità ),
determinazione della concentrazione incognita di proteine, valutazione dell'errore analitico e della
precisione del saggio. Confronto tra metodi diversi in termini di sensibilità e accuratezza. 2.
Isolamento del settore idrosolubile F1 del complesso F0F1ATPsintasi da mitocondri isolati da cuore
bovino, utilizzando tecniche basate sulla solubilità differenziale di tale settore rispetto ad altre
proteine mitocondriali 3. Separazione della proteina inibitrice (IF1) legata ad ATPsintasi, effettuando
precipitazione in etanolo in presenza di ammonio solfato seguita da dialisi 4. Purificazione mediante
Cromatografia liquida per gel-filtrazione del complesso proteico che costituisce il settore F1, dalla
frazione arricchita ottenuta nel corso della prima esperienza 5. Monitoraggio della purificazione
mediante determinazione con il metodo dell'acido bicinconinico (BCA) della quantità di F1 eluita
dalla colonna cromatografia. Calcolo della resa 6. Allestimento e sviluppo di una Cromatografia liquida
per gel-filtrazione per la separazione di proteine da composti a basso peso molecolare 7. Purificazione
del lisozima mediante Cromatografia a scambio ionico su colonna 8. Elettroforesi di proteine su gel di
poliacrilammide in condizioni denaturanti (SDS-PAGE) per la determinazione della massa molecolare
e della struttura quaternaria delle proteine. Colorazione e conservazione del gel
Propedeuticità : Chimica Generale, Chimica Organica, Fisica
Bibliografia: Principi di Biochimica di Lehninger. D.L. Nelson & M.M. Cox (ed. Zanichelli)
Fondamenti di Biochimica. D Voet, J Voet, C Pratt - edizione Zanichelli. Biochimica. J.M. Berg, J.L.
Tymoczko, L. Stryer (ed. Zanichelli). Metodologie di Base per la Biochimica e la Biotecnologia,
Ninfa-Ballou (ed. Zanichelli) Le bioconoscenze e le biotecnologie in Laboratorio Wilson-Walker nuova edizione (ed. Cortina)
I testi indicati sono consigliati come possibili alternative, ma sono disponibili in commercio numerosi
altri testi di Biochimica aggiornati e validi. Per la parte di Laboratorio agli studenti vengono anche
forniti i protocolli degli esperimenti, alcuni manuali per l'uso di strumenti e dispense di
approfondimento relative a tecniche applicate in laboratorio.
Modalita' d'esame: L'esame consiste in una prova scritta unica, finalizzata a verificare le
conoscenze teoriche e le competenze pratiche-sperimentali acquisite. La prova consiste in domande a
risposta aperta breve e/o a scelta multipla, nonché nella soluzione di esercizi e problemi in relazione
alla parte sperimentale affrontata durante le esercitazioni di laboratorio. Contribuiscono alla
valutazione complessiva anche le relazioni scritte di ogni esperienza di laboratorio che gli studenti
durante il corso sono tenuti a redigere, rispondendo ad eventuali quesiti formulati dal docente.
Modalità di contatto con i docenti: I docenti sono disponibili a ricevere gli studenti in qualsiasi
giorno (Dipartimento di Scienze Mediche e Biologiche, Piazzale Kolbe 4, Udine). Per prendere
appuntamento telefonare al 0432-494350 (Prof.ssa Irene Mavelli) o inviare e-mail a
[email protected] o a [email protected]. La posta elettronica può essere usata anche per
rivolgere direttamente domande o richieste di spiegazione ai docenti.
Biochimica 2 (corso integrato)
Docente: Giovanna Lippe, Simonetta Santi
Crediti: 7
Finalità : Il corso di Biochimica 2, che consta dei moduli di "Biochimica dinamica ed enzimologia"
e di "Biochimica vegetale", ha per obiettivo la comprensione dei "meccanismi molecolari che stanno
alla base delle attività metaboliche cellulari". In particolare, si propone di far conoscere agli studenti
a) i principali processi cellulari catabolici ed anabolici, b) la regolazione del metabolismo cellulare, c) i
principi di cinetica enzimatica, le principali tecniche di studio in enzimologia, nonché recenti
acquisizioni teoriche sui meccanismi di funzione degli enzimi ed esempi di applicazioni in campo
industriale. Il corso si propone inoltre di far acquisire le basi necessarie alla comprensione dei
principali percorsi biosintetici dei vegetali e delle loro regolazioni, del trasporto trans-membrana e delle
principali funzioni biochimiche dei nutrienti minerali. Verranno altresì proposte esperienze di
laboratorio per far acquisire agli studenti competenze per l'esecuzione di saggi enzimatici.
Programma:
A) Biochimica dinamica ed enzimologia Cicli metabolici . Sistemi sequenziali di
enzimi. Vie cataboliche e vie anaboliche. Bilanci energetici: ATP e conservazione dell'energia.
Vitamine idrosolubili implicate nel metabolismo energetico: B1, B2, PP, B6, acido pantotenico e
biotina. Regolazione delle vie metaboliche. Metodi di studio del metabolismo. Produzione
mitocondriale di ATP . Struttura e compartimentazione delle membrane mitocondriali. Ciclo di Krebs:
reazioni e regolazione. Fosforilazione ossidativa: trasporto degli elettroni attraverso i complessi della
catena respiratoria e sintesi di ATP ad opera di ATPsintasi. Ipotesi chemiosmotica della trasduzione
energetica. Regolazione della produzione di ATP. Metabolismo dei carboidrati . Digestione dei
carboidrati alimentari. Metabolismo del glicogeno. Glicolisi e gluconeogenesi: reazioni e regolazione.
Ciclo dei pentosofosfati: significato metabolico. Metabolismo dei lipidi . Digestione dei trigliceridi
alimentari. Composizione e funzione delle lipoproteine plasmatiche. beta-ossidazione degli acidi grassi:
reazioni e regolazione. Sintesi e utilizzazione dei corpi chetonici. Sintesi dei trigliceridi e degli acidi
grassi: reazioni e regolazione. Cenni riguardanti le sintesi dei fosfolipidi e del colesterolo.
Metabolismo dell'azoto . Digestione delle proteine ed assorbimento degli aminoacidi. Aminoacidi
essenziali e non essenziali. Reazioni generali degli aminoacidi: transaminazione e deaminazione. Ciclo
dell'urea: significato metabolico. Catabolismo degli aminoacidi: aminoacidi glucogenetici e
chetogenetici. Cenni riguardanti il metabolismo delle basi puriniche e pirimidiniche (ruolo del
tetraidrofolato e della vitamina B12) e del gruppo eme. Regolazione dell'attività cellulare.
Meccanismi generali di azione degli ormoni. Interazione recettore-ormone peptidico e messaggeri
intracellulari: ruolo delle proteine G, dell'AMP ciclico, dell'IP3 e delle proteinchinasi A e C. Effetti
metabolici di insulina, glucagone e adrenalina. Fondamenti di enzimologia . Cinetica enzimatica:
cinetica allo stato prestazionario e stazionario. Velocità iniziale, effetto della concentrazione del
substrato, T, pH e inibitori sulla velocità iniziale. Reazioni a più substrati. Enzimi multisito e
allosterici. Classificazione e nomenclatura degli enzimi. Metodi di studio dell'attività enzimatica .
Misure di tipo continuo o discontinuo. Tecniche spettrofotometriche, fluorimetriche, radioisotopiche,
elettrochimiche per il dosaggio di substrato/prodotto. Metodi grafici e matematici di analisi dei dati.
Definizione di Unità di attività enzimatica (UI), numero di turnover e attività specifica. Enzimi
come strumento di analisi: reazioni accoppiate, dosaggi automatizzati, dosaggi immunochimica
Utilizzo industriale degli enzimi . Esempi di enzimi di interesse nelle industrie alimentari e tessili.
Enzimi immobilizzati. Cenni sulla Legislazione europea. B) Biochimica vegetale Fotosintesi:
reazioni della fase luminosa . Il cloroplasto: struttura e funzione. I complessi fotosintetici. I pigmenti
fotosintetici. Organizzazione dei due fotosistemi e assorbimento della luce. Trasporto degli elettroni e
fotofosforilazione. Fotosintesi: reazioni della fase oscura. Fissazione della CO2 nelle piante C3.
Fotorespirazione. Fotosintesi nelle piante C4. Fotosintesi nelle piante CAM. Fotosintesi nelle piante
C3-C4. Sintesi di carboidrati di riserva. Carboidrati strutturali. Respirazione. La respirazione nelle
piante Nutrizione delle piante. La radice. Mobilizzazione degli elementi nutritivi nella rizosfera.
Trasporto trans-membrana. Trasporto trans-cellulare (trasporto xilematico e floematico, scaricamento
del floema) Assorbimento e metabolismo dell'azoto . Fissazione biologica , assorbimento delle forme
azotate, riduzione dell'azoto, sintesi di amminoacidi essenziali e non essenziali. Lo zolfo. Il ciclo
dello zolfo. Assorbimento dei solfati, assimilazione Altri elementi nutritivi : fosforo, ferro, altri
nutrienti. Meccanismi di risposta agli stress . Stress abiotici: temperatura, luce, acqua, aumento della
CO2, metalli pesanti, salinità . Stress biotici. Metaboliti secondari . Composti fenolici, isoprenoidi,
metaboliti secondari contenenti azoto (alcaloidi, glucosidi amminoacidi non proteici)
Bibliografia:
Normal 0
14
false false false
IT X-NONE
X-NONE
/*
Style
Definitions
*/
table.MsoNormalTable
mso-style-name:"Tabella
normale";
mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99;
mso-style-parent:"";
mso-padding-alt:0cm
5.4pt
0cm
5.4pt;
mso-para-margin:0cm;
mso-para-margin-bottom:.0001pt;
mso-pagination:widow-orphan;
font-size:11.0pt;
font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-bidi-font-family:"Times New Roman";
I principi di biochimica di Lehninger di Nelson DL, Cox MM, terza ed., Zanichelli Biochimica e
biologia molecolare delle piante, di Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL, Zanichelli
Modalità d'esame: Esame scritto
Bioinformatica
Docente: Giuseppe Lancia
Crediti: 9
Finalità : Il corso introduce i concetti e le nozioni fondamentali dell'Informatica con l'obiettivo di
familiarizzare gli studenti con i più importanti strumenti tecnologici a disposizione nella moderna
attività professionale e di ricerca nell'ambito delle biotecnologie. Nella parte iniziale verranno
introdotte le nozioni di base relative all'architettura degli elaboratori, ai sistemi operativi e alle basi di
dati e verranno illustrate le potenzialità connesse con un utilizzo consapevole degli strumenti di
calcolo e di alcuni significativi pacchetti applicativi. Nella seconda parte si indirizza lo studente verso
l'utilizzo degli strumenti di natura computazionale nella realtà dell'attività scientifica, con
particolare riferimento alle problematiche di natura computazionale connesse con le moderne tecniche
di ricerca in Biologia. In questa parte si approfondiranno le questioni di base riguardanti la nozione di
algoritmo, si introdurranno con esempi i moderni linguaggi di programmazione orientata agli oggetti e
si svilupperà l'attitudine ad applicare i paradigmi iterativo e ricorsivo/funzionale alla soluzione di
semplici problemi di natura biologica. Verranno inoltre descritti i principali aspetti computazionali e
relativi algoritmi per alcuni importanti problemi della bioinformatica, quali l'allineamento di sequenze
e di strutture proteiche 3D, il calcolo delle distanze evolutive, e la ricostruzione degli aplotipi per un
individuo o una popolazione.
Programma: • Fondamenti e il modello di von Neumann; • Elementi di sistemi
operativi e reti; • Elementi di basi di dati e introduzione alle banche dati biologiche; •
Forndamenti di algoritmica e complessità computazionale; • Algoritmica per l'assemblaggio e
l'analisi di sequenze genomiche; • Linguaggi di programmazione • Linguaggio Ruby:
introduzione e fondamenti con esempi ed esercitazioni. • Modulo BioRuby: introduzione ed
esempi di risoluzione di problemi biologici. • Allineamento di coppia e multiplo. • Distanze
evolutive e riarrangiamenti genomici . • Strutture proteiche 3D -predizione e confronto. •
Genotyping e haplotyping di popolazioni.
Bibliografia: Appunti delle lezioni e materiale disponibile via web sui siti dei docenti. R.T.
Deonier - S. Tavaré - M. S. Watermann Computational Genome Analysis. An Introduction.
Springer. G.Valle - M.Helmer Citterich - M.Attimonelli - G.Pesole Introduzione alla Bioinformatica
Zanichelli. J. J. Berman, Ruby Programming for Medicine and Biology, Jones and Bartlett Publisher.
Modalità d'esame: L'esame consiste in una prova scritta e di una prova orale successiva e
facoltativa. Sempre facoltativo è anche lo sviluppo di un progetto concordato con il docente.
Biologia delle piante
Docente: Angelo Vianello
Crediti: 9
Finalità : Il corso si prefigge di descrivere gli organismi vegetali, in particolare le piante
superiori, nei loro differenti livelli di complessità . Sarà utilizzato un approccio che prevede la
descrizione degli aspetti morfologici, anatomici e funzionali. Pertanto, dopo aver illustrato i costituenti
della materia vivente, saranno descritte le strutture e le funzioni della cellula vegetale per giungere
fino ai tessuti. Saranno poi spiegate le strutture e le funzioni di foglia, fusto e radice. Verranno
successivamente affrontati argomenti riguardanti la riproduzione vegetativa e sessuale, nonché la
formazione di embrioni, seme e frutto. Questa parte generale sarà completata con la trattazione dei
rapporti tra piante e ambiente. Il corso si concluderà con la descrizione della tassonomia delle piante
in una prospettiva evolutiva.
Programma : 1. Fondamenti di chimica della vita. 1.1 Elementi chimici presenti negli organismi
viventi. 1.2 Legami chimici. 2. L'acqua. 2.1 Presenza d'acqua sulla terra. 2.2 Importanza dell'acqua
per i viventi. 2.3 La molecola d'acqua. 2.4 Il legame (ponte) idrogeno. 2.5 Capacità di solvatazione.
2.6 Dissociazione della molecola. 2.7 Acidi e basi. 2.8 La scala di pH. 2.9 Capacità tampone. 2.10
L'acqua e le molecole biologiche 3. I composti del carbonio e i gruppi funzionali. 3.1 Proprietà del
carbonio: formazioni di legami. 3.2 Composti (molecole) lineari. 3.3 Molecole cicliche. 3.4 Isomeria
strutturale, geometrica e ottica. 3.5 Gruppi funzionali. 4. I polimeri naturali. 4.1 Polimerizzazione e
idrolisi. 5. I carboidrati. 5.1 Gruppi funzionali, definizione e classificazione. 5.2 Monosaccaridi. 5.3
Disaccaridi. 5.4 Polisaccaridi di riserva e strutturali. 6. I lipidi. 6.1 Caratteri comuni e classificazione.
6.2 Acidi grassi. 6.3 Trigliceridi. 6.4 Fosfolipidi e membrane biologiche. 6.5 Steroidi. 6.6 Cutine e
cere. 7. Le proteine. 7.1 Amminoacidi. 7.2 Struttura primaria delle proteine. 7.3 Struttura secondaria.
7.4 Struttura terziaria. 7.5 Struttura quaternaria. 7.6 Avvolgimento delle porteine. 8. Gli acidi nucleici.
8.1 Classificazione degli acidi nucleici. 8.2 Nucleosidi e nucleotidi. 8.3 Polinucleotidi: DNA, mRNA,
tRNA e rRNA. 8.4 Flusso dell'informazione. 8.5 Cromosomi. 9. Principi di bioenergetica ed
enzimologia. 9.1Trasformazioni della materia: reazioni chimiche. 9.2 Forme di energia e bioenergetica.
9.3 Termodinamica: 1 a e 2 a legge; concetto di energia libera. 9.4 Energia cinetica e potenziale
delle cellule: ossidoriduzioni; molecole ad alto contenuto energetico; potenziale chimico ed
elettrochimico. 9.5 Trasduzione di energia nei sistemi biologici. 9.6 Enzimologia: definizione di
enzima e di energia di attivazione. 9.7 Ciclo catalitico di un enzima. 9.8 Influenza dei fattori ambientali
sulla velocità di reazione. 9.9 Inibizione e regolazione enzimatica. 10. La cellula. 10.1 La cellula
procariotica: capsula, membrana plasmatica, citoplasma, flagelli e pili. 10.2 La cellula eucariotica:
cellula animale e vegetale. 10.3 La cellula vegetale: parete cellulare; membrana plasmatica;
citoscheletro (citoplasma); microtubuli e microfilamenti; ribosomi; sistema di endomembrane (reticolo
endoplasmatico, apparato di Golgi, lisosomi); vacuolo; mitocondri; cloroplasti, perossisomi; nucleo.
11. Le funzioni della cellula vegetale. 11.1 Funzioni della membrana plasmatica. 11.2 Glicolisi e
fermentazioni. 11.3 Respirazione mitocondriale. 11.4 Fotosintesi. 11.5 Sintesi delle proteine. 12. La
divisione cellulare. 12.1 Ciclo cellulare. 12.2 Mitosi. 12.3 Meiosi. 12.3 Cicli (metagenetici) degli
organismi vegetali. 12.4 Morte cellulare programmata. 13. I tessuti vegetali. 13.1 Il corpo (cormo)
delle piante. 13.2 Corpo primario e secondari. 13.3 Tessuti: definizione. 13.4 Classificazione dei
tessuti: meristematici, tegumentali, parenchimatici, conduttori, meccanici e secretori. 14. Le strutture
e le funzioni della foglia. 14.1 Morfologia. 14.2 Modificazioni. 14.3 Anatomia. 14.4 Fotosintesi. 14.5
Piante ad alta efficienza fotosintetica. 14.6 Traspirazione. 14.7 Trasporto dell'acqua e bilancio idrico
delle cellule. 15. Le strutture e le funzioni del fusto. 15.1 Habitat (aspetto) delle piante. 15.2
Morfologia. 15.3 Modificazioni. 15.4 Accrescimento. 15.5 Gemme. 15.6 Anatomia. 15.7 Struttura
primaria e secondaria. 15.8 Trasporto xilematico. 15.9 Trasporto floematico. 16. Le strutture e le
funzioni della radice. 16.1 Morfologia. 16.2 Modificazioni. 16.3 Anatomia. 16.4 Struttura primaria e
secondaria. 16.6 Simbiosi. 16.6 Assorbimento di acqua e nutrienti. 16.7 Nutrizione minerale. 16.8
Carenze nutrizionali. 17. L'accrescimento delle piante e gli ormoni. 17.1 Ormoni vegetali. 17.2
Auxine. 17.3 Citochinine. 17.4 Etilene. 17.5 Acido abscissico. 17.6 Giberelline. 17.7 Brassinosteroidi.
18. La regolazione ambientale dello sviluppo. 18.1 Tropismi. 18.2 Movimenti di turgore. 18.3
Fitocromo. 18.4 Dormienza e abscissione fogliare. 19. La riproduzione delle piante. 19.1
Riproduzione vegetativa. 19.2 Riproduzione sessuale: morfologia e anatomia fiorale. 19.3 Ciclo
sessuale. 19.4 Formazione dei gameti e fecondazione. 19.5 Regolazione della fioritura. 20.
L'embrione, il seme e il frutto. 20.1 Sviluppo dell'embrione. 20.2 Sviluppo del frutto. 20.3 Dormienza
del seme e regolazione della germinazione. 21. Tassonomia vegetale. 21.2 Definizione di specie. 21.3
Principali taxa e desinenze relative. 21.4 Entità tassonomiche intraspecifiche. 22. L'evoluzione delle
specie. 22.1 Definizione e radici dell'evoluzionismo. 22.2 La teoria dell'evoluzione per selezione
naturale (Darwinismo). 22.3 La nuova sintesi (Neodarvinismo). 22.4 La teoria degli equilibri
punteggiati. 22.5 Il dibattito sull'evoluzionismo. 22.6 Definizione filogenetica di specie. 23. Tallofite.
23.1 Eubatteri. 23.2 Attinomiceti. 23.3 Cianobatteri. 23.4 Alghe eucariote: morfologia, citologia,
metabolismo, tassonomia (cenni) ed ecologia. 23.5 Funghi: morfologia, citologia, metabolismo ed
ecologia; tassonomia (cenni). 23.6 Licheni. 23.7 Briofite (muschi ed epatiche). 24. Tracheofite.24.1
Tracheofite inferiori (Pteridofite). 24.2 Tracheofite superiori (Spermatofite). 24.2.1 Gimnosperme (
Coniferophyta) : Pinaceae, Cupressaceae. 24.2.2 Angiosperme ( Magnoliophyta ) Magnoliopsida
(Dicotyledones): Magnoliaceae, Ranunculaceae, Fagaceae, Caryophyllaceae, Polygonaceae,
Malvaceae, Cucurbitaceae, Salicaceae, Brassicaceae, Euphorbiaceae, Vitaceae, Rutaceae, Geraniaceae,
Apiaceae, Solanaceae, Lamiaceae, Scrophulariaceae, Rubiaceae, Asteraceae; Liliopsida
(Monocotyledones) Cyperaceae, Poaceae, Liliaceae, Arecaceae (Palmae), Iridaceae, Orchidaceae.
Modalità d'esame :
L'esame consiste in una prova orale, preceduta da una prova pratica.
Testi consigliati : Appunti delle lezioni e materiale fornito dal docente.
D.
Sadava, H.C. Heller, G.H. Orians, W.K. Purves, D.M.Hillis (2009). Biologia, La biologia delle piante.
Zanichelli Editore.
D. Sadava, H.C. Heller, G.H. Orians, W.K. Purves, D.M.Hillis
(2009). Biologia, La cellula. Zanichelli Editore.
N.A. Campbell, J.B. Reece, (2009).
Biologia, la forma e la funzione nelle piante. Pearson.
N.A. Campbell, J.B. Reece,
(2009). Biologia, la chimica della vita e la cellula. Pearson.
Biologia ed embriologia (corso integrato)
Docente: Claudio Schneider, Roberta Benetti, Antonella Bonetti
Crediti: 13
Modulo “Biologia applicata”: (CFU 6, prof. Claudio Schneider) •
Introduzione alla cellula Procarioti ed eucarioti : diversità di organizzazione e basi comuni. Le
membrane biologiche : struttura, funzioni, vantaggi e svantaggi. L'evoluzione della cellula ed
evoluzione dei sistemi di membrana.
• Il mondo a RNA : autoreplicazione, trascrizione e traduzione Funzioni dell'RNA : catalisi e
autoreplicazione. Dall'RNA alle proteine: evoluzione del processo di traduzione. Dall'RNA al DNA :
trascrizione e replicazione.
• I compartimenti di membrana : organelli ed efficienza funzionale. organizzazione a
compartimenti delimitati da membrana nelle cellule eucariotiche. Evvoluzione dei sistemi di membrana
interni e vantaggi nell' efficienza funzionale. Gli svantaggi ed i meccanismi evoluti alla comunicazione
tra i diversi comparti : la protein-chinesi
• Il citoscheletro. I vari tipi di citoscheletro negli eucarioti e loro omologhi nei procarioti.
Dinamica della regolazione : polimerizzazione e depolimerizzazione : analogie tra microfilamenti e
microtubuli. Regolatori e piccole proteine G.
• La matrice extracellulare e l'organizzazione pluricellulare I vari tipi di matrice extracellulare
nella formazione di aggregati cellulari. I contatti cellula-cellula recettori di superficie(caderine) e
relazione con il citoscheletro interno. I recettori delle proteine della matrice (integrine) e relazione con
il citoscheletro. I movimenti Morfogenetici e regolazione.
• Evoluzione dei sistemi endomembrana ed il percorso secretorio Comunicazione tra i diversi
comparti di membrana : il perorso secretorio e gli esperimenti di Palade
• L'inizio del percorso secretorio La proteina VSV-G e le tecniche attuali per seguire il percorso
secretorio. Approccio biochimico e genetico nell'analisi del percorso secretorio. L'approccio
biochimico nell'analisi dell'indirizzamento a ER : l'esperimento di protezione da proteasi e l'evidenza
della sequenza segnale per l'esporto a ER
• I meccanismi della traslocazione co-traduzionale. Sequenza segnale e SRP : dal citoplasma alla
membrana di ER. Struttura e funzioni di SRP : dal batterio all'elefante. Il recettore SR di SRP : la
funzione del dominio G e dell'RNA di SRP per l'indirizzamento a ER. Ciclo di idrolisi di GTP e
funzione successiva della sequenza segnale. Il traslocone : struttura e regolazione apertura-chiusura.
• Topogenesi delle proteine di membrana.La traslocazione post-traduzionale Le proteine di
membrana Tipo I, II, III e IV : biognesi e loro topogenesi : sequenze di arresto/inizio traslocazione. La
traslocazione post-traduzionale : vettorialità ed energetica rispetto alla co-traduzionale.
• Le funzioni di ER nel folding e processamento Il Reticolo Endoplasmatico : assistenza al
folding e controllo di qualità . Gli chaperoni di ER. Modificazioni post-traduzionali in ER : la
glicosilazione in N. La formazione dei ponti disolfuro.
• ERQC-ERAD Il controllo di qualità rispetto alla degradazione delle proteine non-foldate. La
catena oligosaccaridica e l'indirizzamento a ERAD : glucosi terminali e mannosi come segnali x
ERAD. La retrotraslocazione accopiata al sistema della ubiquitina nella degradazione ai proteasomi
citoplasmatici. UPR e segnalazione ad ERAD.
• Da ER a VTC e Golgi L'inizio del traffico anterogrado : il problema dell'assortimento rispetto
al movimento in ER. Il quadro globale dell'assortimento e dinamica dei comparti VTC e Golgi.
• Il traffico vescicolare : mantelli, assortimento-cargo e indirizzamento. Flusso anterogrado e
retrogrado da ER a VTC. Mantelli COPII e COPI nella formazione delle vescicole di trasporto :
identificazione via approccio biochimico e genetico. Il funzionamento dei mantelli nell'assortimento
del cargo : recettori di membrana e segnali di sorting x i vari mantelli. Indirizzamento delle vescicole di
trasporto : proteine tethers e Rab nella fase di riconoscimento di I livello e movimentazione lungo i
microtubuli. IL complesso SNARE nel docking e fusione.
• Il VTC e assortimento retrogrado : dal VTC a GOLGI. Origine e dinamica del VTC : prima
stazione di concentrazione del cargo secretorio. Origine e dinamica del Golgi : la progressione
cisternale versus il compartimento stabile. Le proteine del Golgi : meccansimo di retenzione. Funzioni
del Golgi nel processamento della catena oligosaccaridica in N, seganel M6P, glicosilazione in -O,
sintesi degli sfingolipidi e glicosfingolipidi. Il gradiente lipidico e sorting. Flusso anterogrado da TGN
e mantello di clatrina. Formazione delle vescicole secretorie regolate.
• L'omeostasi del colesterolo. Il controllo della sintesi del colesterolo : SREBP e suo
meccanismo di regolazione. SCAP-INSIG , concentrazione del colesterolo/SSD. Processamento di
SREBP e trascrizione LDLR, HmGCoAR. Il gradiente del colesterolo e sue funzioni : comparto
endosomiale e Plasma membrana.
• Il comparto endosomiale. Endocitosi da PM ed endosomi precoci : LDL e Tf. Maturazione
degli endosomi a MVB e sistema ESCRT. L'indirizzamento degli enzimi lisosomiali da TGN.
Maturazione dei lisosomi.
• Riciclo nel comparto endosomiale ed autofagia. Gli endosomi da riciclo e traffico Golgi-PM.
Riciclo tra endosomi tardivi e TGN : il retromero. Il processo dell'autofagia e sua regolazione.
• La trasduzione dei segnali. Generalità della segnalazione. Ligandi e recettori di membrana :
affinità e numero dei recettori nella regolazione della risposta : Kd e Vmax. L'endocitosi dei recettori
e regolazione della sensibilità alla risposta. Gli endosomi come piattaforme di trasduzione del
segnale.
• Percorsi di trasduzione del segnale : amplificazione del segnale e chinasi. Generalità sui
percorsi di trasduzione del segnale. I recettori GPCR : proteine G-trimeriche ed effettori :generazione
dei secondi messaggeri cAMP, IP3 + Ca. Attivazione delle chinasi PKA e PKC. Loro bersagli e
risposte specifiche. Chinasi : struttura e regolazione. Labbro di attivazione, sua regolazione nella
formazione del sito catalitico. PKA e Generalità x altre chinasi.
• I fattori di crescita ed i recettori tirosin-chinasi L'attivazione dei TRK : dimerizzazione ed
attivazione. Da TRK a Ras a MAPK : il percorso delle MAPK e loro funzione nell'inizio della fase G1
del ciclo di divisione. L'attivazione di PI3K ed il percorso di PKB-mTOR. Incrocio con la regolazione
dell'autofagia.Insulina-TRK IRS, diabete e autofagia. Autofagia e longevità .
• Citochine-STAT, TGF-BMP e SMAD Citochine e recettori : trasduzione via attivazione di
JAK. JAK e attivazione di STAT : accoppiamento tra proliferazione e differenziamento nella cascata
della gerachia differenziativa. La famiglia TGF-beta . Attivazione dei recettori e fosforilazione SMAD
: controllo della proliferazione e plasticità cellulare via EMT. nella morfogenesi dello sviluppo. Le
cellule staminali e EMT.
• WNT e SHH nella morfogenesi e sviluppo embrionale. La trasduzione attraverso la
regolazione dei livelli quantitativi di fattori/cofattori trascrizionali. Wnt e recettori nella regolazione del
livello di beta-catenina : ruolo della beta-catenina come cofattore trascrizionale. SHH e recettori nella
regolazione di GLI, fattore trascrizionale. Wnt/bet-catenina e la regolazione del comparto staminale
dell'epitelio intestinale e tumorigenesi.
• L'adesione cellula-cellula e la matrice-extracellulare nell'organizzazione pluricellulare. Logica
ed evoluzione dell'organizzazione pluricellulare : le molecole di adesione sulla superficie ed i vari tipi
di adesioni. Le caderine e l'organzizzazione del citoscheletro cellulare attraverso beta-catenina : ruoli
nei movimenti morfogenetici. Le funzioni della matrice cellulare : l'adesionemediata da integrine. La
segnalazione delle integrine e adesioni focali : ruolo nel movimento cellulare.
• Il citoscheletro di actina : meccansimi di regolazione. La polimerizzazione dell'actina ed il
treadmilling : polo+ e polo-. Le proteine nucleatrici : formine e ARP. Regolazione dinamica e
morfologia dei filamenti di actina : crociati vs longitudinali. Regolazione a monte della nucleazione e
piccole-G : Rho, Rac e Cdc42 nel movimento fibroblastoide.
• I microtubuli e loro funzioni nel movimento e traffico intracellulare. La regolazione dinamica
dela polimerizzazione dei microtubuli : il modello dell'instabilità dinamica. Il CAP-GTP e le proteine
che lo legano : EB1. Il polo- e la gamma-tubulina e complesso TURC. Le proteine motrici (dineine e
chinesine) e loro ruolo nel traffico vescicolare. Microtubuli e regolazione delle adesioni focali.
• Microtubuli e mitosi.La meccanica della mitosi : organizzazione del fuso mitotico e dinamica
dei microtubuli. Polimemrizzazione dei microtubuli : dai cinetocori agli astri verso la PM. L'anafase e
la movimentazione dei cromosomi : regolazione da parte del complesso APC. Checkpoint mitotico.
• Il ciclo di divisione e sua regolazione. Modelli animali nell'analisi del ciclo cellulare : le fasi e
transizioni. Cicline e cdk : regolazione trascrizionale delle cicline e post-trduzionale delle cdk.
Attivazione e inibizione delle cdk. Cdk in G1, S e G2 accoppiate alle relative cicline. Ruolo di Rb
come effettore a valle della regolazione di E2F nell'ingresso in G1 e transizione G1/S. Le origini di
replicazione ed i complessi di pre-replicazione : il blocco alla reduplicazione. Regolazione del ciclo e
tumori.
• Epigenetica e riprogrammazione genomica.L'epigenetica : definizione ed esempi. La cromatina
e meccanismi di regolazione : il codice istonico. Modificazioni del DNA e loro effetti
sull'organizzazione della cromatina. Le ES, I fattori di Yamanaka e la riprogrammazione staminale.
RNA ed epigenetica : il caso dei miRNA. La plasticità epigenetica in relazione alla staminalità :
ruolo nella tumorigenesi.
• I checkpoints del ciclo e l'apoptosi: I vari checkpoint del ciclo cellulare in G1, S/G2, G2 e
mitosi. Attivatori ed effettori : chinasi e fattori di trascrizione. Il ruolo di p53. Arresto del ciclo vs
apoptosi. Genralità sull'apoptosi rispetto a necrosi : la via intrinseca e la via estrinseca. Le caspasi
come effettori e loro regolazione.
:
Modulo “Biologia applicata”: (CFU 5, prof. Benetti Roberta)
Parte TEORICA
L'epigenetica • Definizione e caratteristiche differenziative tra genetica ed epigenetica. •
Molteplici livelli di controllo dell'espressione genica negli eucarioti. • I principali meccanismi
epigenetici: reversibilità dei processi epigenetici e importanza nello sviluppo; Rimodellamento della
cromatina durante il ciclo cellulare. • La metilazione del DNA e le DNMT1, DNMT3a e
DNMT3b. • Gli istoni e il codice istonico. • Controllo a distanza dell'espressione genica,
l'effetto posizione. • i telomeri • L'imprinting genetico; sindromi diPrader-Willi e
Angelman. • L'inattivazione del cromosoma X e le diverse tappe nel suo processo. XiST e TSIX.
• Gli RNA non codificanti. • Epigenetica come fenomeno reversibile; La sindrome di Turner
• Il DNA genomico e le sue alterazioni epigenetiche nei tumori • Alterazione della
metilazione del DNA nel cancro. • Endonucleasi di restrizione. Enzimi sensibili al grado di
metilazione del DNA. • Coloranti inerti per la visualzzazione del DNA in una corsa
elettroforetica.
Le fasi del ciclo cellulare, l'apoptosi e i microtuboli • I microtubuli, le loro caratteristiche e le
loro proprietà . • La sensibilità a sostanze anti-mitotiche. • L'arresto della cellula in mitosi
attraverso l'utilizzo del taxolo; modalità di azione del taxolo. • L'apoptosi e i modelli di
rilevamento dell'apoptosi.
I Telomeri • I telomeri e le telomerasi. • Il problema della replicazione delle
estremità 3'. • Accorciamento dei telomeri, invecchiamento e tumori
L'RNA interference • L'RNA non codificante e la sua importanza nella definizione della
cromatina. • Transcriptional Gene silencing (TGS) e Post Transcriptional Gene Silencing (PTGS)
• SiRNA, Dicer e miRNA: pathways, differenze e meccanismi d'azione.
La genomica funzionale • La trascrittomica. • Descrizione delle tecnologie impiegate
nella caratterizzazione del trascrittoma: SAGE, CAGE, GIS, MPSS. • Librerie cDNA a lunghezza
completa. • Le tecnologie cDNA-microarray e oligo-array. Il loro impiego nello studio dei profili
di espressione genica. Tecniche per l'analisi dell'espressione dei microRNA • microRNA
microarray: tecniche per l'analisi dell'espressione dei microRNA.
Parte PRATICA
Le colture cellulari • Le tecniche delle colture cellulari in vitro • allestimento di una
coltura cellulare; terreni di coltura, loro caratteristiche e proprietà . • L'emocitometro e le
diluizioni cellulari. • La sicurezza nei laboratori: norme ed accorgimenti • I microrganismi
inquinanti, prevenzione e cura degli inquinamenti. • Passaggio delle cellule in coltura. Ogni
gruppo mette in coltura un tipo cellulare differente per valutare nella lezione successiva l'origine
femminile, maschile, diploide o poliploide attraverso il riconoscimento dell'inattivazione del
cromosoma X e la visualizzazione/conta dei corpi di Barr. • La tecnica dell'immunofluorescenza;
metodo diretto e indiretto; antigeni-anticorpo. • Visualizzazione dell'eterocromatina costitutiva
(condensata durante l'interfase) ed eucromatina (decondensata durante l'interfase). • I plasmidi ad
espressione Le tecniche di trasfezione: precipitazione con calcio fosfato, lipofezione, elettroporazione,
microiniezione, trasferimento genico mediato da virus. • Trasfezione con calcio fosfato di
plasmidi codificanti shRNA di p53 e shRNA di Rb1. • La tecnica di trasferimento proteico su
membrana di nitrocellulosa • Trattamento di cellule in coltura con agenti apoptotici. Passato il
tempo opportuno, conta cellule apoptotiche con saggio del Tripan blue e relativa analisi statistica.
• Estrazione di DNA genomico da culture cellulari primarie e tumorali. Digestione con enzimi
sensibili o meno alla metilazione del DNA, corsa elettroforetica su gel di agarosio e conclusioni.
Genomica funzionale • Estrazione dell'RNA totale da colture cellulari. Trattamento con
DNAsi ed analisi quantitativa mediante gel-agarosio. Trattamento con DNasi ed analisi quantitativa
dell'RNA ottenuto allo spettrofotometro. • RT-PCR: sintesi di cDNA e amplificazione di geni
selezionati. • cDNA microarray: sintesi del cDNA target mediante oligo random secondo il
metodo di marcatura indiretto (AA-dUTP). Analisi elettroforetica ed interpretazione dei dati. •
Analisi finale dell'immagine microarray dell'ibridazione ottenuta con il cDNA preparato nel corso
dell'esercitazione.
Modulo: “Embriologia”: (CFU 2, prof. Bonetti Antonella)
Finalità : Acquisire conoscenze sulle modalità maturative delle cellule germinali e le loro
prerogative. Acquisire conoscenze sul fenomeno della fecondazione “in vivo”, sulle
procedure e problematiche della fecondazione “in vitro”. Acquisire conoscenze
sull'evoluzione del concepito durante le prime fasi di sviluppo, sull'evoluzione e struttura degli annessi
embrionali.
Programma : Riproduzione agamica e riproduzione sessuata. Tappe fondamentali dello sviluppo e
loro cronologia. Mitosi e meiosi. Gametogenesi: spermatogenesi, ovogenesi e loro regolazione
ormonale. Attività secretiva delle gonadi maschili e femminili; caratteri strutturali delle vie genitali
maschili e femminili. Follicologenesi, ovulazione e corpo luteo. Ciclo mestruale, ciclo miometrale,
ciclo cervicale, ciclo tubarico e ciclo vaginale. Fecondazione, zigote e determinazione del sesso.
Procedure di fecondazione “in vitro”. Segmentazione: genesi e impianto della blastocisti.
Annessi embrionali: significato funzionale di sacco amniotico, sacco vitellino ed allantoide. Sviluppo e
significato funzionale della placenta. Gastrulazione e significato dei foglietti embrionali nell'uomo.
ESERCITAZIONI: Attività di auto-apprendimento guidato al microscopio ottico.
Bibliografia: Rosati P, Maraldi NM, Embriologia generale, EdiErmes Casasco E, Embriologia
generale, la Goliardica Pavese Ed. Barbieri M, Carinci P, Embriologia, Casa Ed. Ambrosiana
Modalità d'esame : Prova scritta
Biologia molecolare (corso integrato)
Docente: Gianluca Tell, Carlo Vascotto
Crediti: 12
Finalità : Comprensione del rapporto tra struttura ed attività nelle macromolecole di interesse
biologico. Comprensione dei meccanismi molecolari responsabili della trasmissione, espressione ed
evoluzione dei caratteri ereditari della cellula e del mantenimento della stabilità genomica. Fare
acquisire allo studente le competenze per la comprensione dei meccanismi con cui viene regolata
l'espressione dei geni nei procarioti e negli eucarioti, in relazione a processi quali la proliferazione ed il
differenziamento cellulare, nello sviluppo embrionale e nella maturazione anticorpale, e delle
modalità per inibire selettivamente l'espressione genica nonchè il ruolo di molecole di RNA
non-codificante.
È articolato in lezioni frontali affiancate ad esperienze di laboratorio, in cui lo studente ha modo di
applicare le nozioni circa le metodologie base utilizzate nell'ambito della Biologia Molecolare quali: le
tecnologie del DNA ricombinante (plasmidi e loro analisi, purificazione e manipolazione, le strategie di
clonaggio di un gene, librerie genomiche e di espressione), la manipolazione dell'espressione genica nei
procarioti e la mutagenesi mirata, l'espressione di proteine ricombinanti in procarioti ed eucarioti, le
metodologie per l'analisi di espressione genica (RNA e proteine) e dell'interazione proteina-proteina, le
tecniche per il silenziamento genico. Ogni esperienza di laboratorio è preceduta da un'introduzione
che illustra sia l'obiettivo da perseguire e l'abilità da acquisire, sia gli strumenti e i reagenti da usare.
Ogni esperienza inoltre è seguita dalla discussione dei dati ottenuti.
Prerequisiti: Gli studenti devono aver seguito i corsi di Chimica Generale, di Chimica Organica,
Fisica, Biochimica.
Programma dettagliato:
Parte Teorica (7 cfu, 70 ore) 1. Struttura primaria, secondaria e
terziaria degli acidi nucleici. La struttura B del DNA. Le altre strutture ordinate stabili del DNA. Come
la sequenza delle basi e le condizioni ambientali (pH, forza ionica, composizione solvente,
temperatura) influenzano la stabilità delle strutture ordinate. I vari modi con cui si denatura il DNA.
La denaturazione termica. Rinaturazione e ibridazione. La termodinamica e la cinetica dell'ibridazione.
L'interazione DNA-proteine. Come alcune proteine leggono la sequenza delle basi. Le
proprietà topologiche dei DNA chiusi. Il meccanismo di azione delle topoisomerasi. Metodi di
sequenziamento del DNA. Metodi automatici di sequenziamento. L'amplificazione del DNA: la PCR.
Gli enzimi di modificazione del DNA: endonucleasi, esonucleasi, le chinasi, le fosfatasi, le ligasi.
Principi base sulle tecnologie del DNA ricombinante. Vettori per il clonaggio di geni. Plasmidi e
batteriofagi. Purificazione e manipolazione di DNA plasmidico. Gli enzimi di restrizione e di
modificazione, caratteristiche, tipi e modalità di funzionamento. La struttura secondaria degli RNA.
Le ribonucleasi specifiche ed aspecifiche. Metodi sperimentali per la separazione degli acidi nucleici:
l'elettroforesi su gel e la centrifugazione. La struttura dei cromosomi. Il genoma dei procarioti e degli
eucarioti. Il genoma umano. Il genoma mitocondriale. La cromatina. Gli istoni. I nucleosomi.
Replicazione del DNA. Le proprietà delle DNA polimerasi procariotiche ed eucariotiche. Inizio della
replicazione e componenti dell'apparato di replicazione. Fedeltà della replicazione. Il meccanismo
molecolare della replicazione. I telomeri e le telomerasi. 2. Lesioni e riparazione del DNA. I
meccanismi molecolari dei vari tipi di riparazione nei procarioti e negli eucarioti (MMR, BER, NER,
NHEJ, Ricombinazione). Riparazione post-replicazione. La riparazione associata alla trascrizione. 3.
La trascrizione. RNA polimerasi procariotiche ed eucariotiche. Il meccanismo di inizio della
trascrizione nei procarioti e negli eucarioti. I fattori di trascrizione. Attivatori e repressori della
trascrizione. I promotori, i potenziatori (enhancers), il mediatore negli eucarioti. La regolazione della
trascrizione nei procarioti (gli operoni) e negli eucarioti. Gli ormoni peptidici e gli ormoni steroidei:
meccanismo di controllo della trascrizione negli eucarioti. L'influenza della struttura della cromatina
sulla trascrizione. Come viene modificata l'interazione tra istoni e DNA nella cromatina: l'acetilazione
e la deacetilazione. La metilazione degli istoni e del DNA. I rimodellatori della cromatina. Le isole
CpG. Eterocromatina ed eucromatina. L'imprinting e l'epigenetica. Gli isolatori. 4. Maturazione e
turnover dell'RNA: la maturazione dell'mRNA eucariotico. Splicing, splicing alternativo, editing e
stabilità dell'mRNA. La degradazione dell'RNA eucariotico: i pathways di degradazione. Il decapping
e la deadenilazione. I P-bodies. I granuli di stress, i granuli di trasporto, i granuli polari, i granuli
germinali. Il trasporto dell' mRNA attraverso i pori nucleari. La degradazione mediata dal non-senso
(NMD) e le sue conseguenze sulle patologie umane. L'esosoma: costituzione e funzione. La
degradazione non-stop (NSD). La degradazione no-go (NGD). 5. I microRNA e lo short interfering
RNA (siRNA). Il ruolo di miRNA e siRNA nel controllo dell'espressione genica. Il complesso RISC.
Gli RNA non codificanti (ncRNA). Il progetto ENCODE. L'uso dei tiling arrays. 6. Sintesi proteica. Il
codice genetico. Struttura e funzione dei tRNA. Struttura e funzione dei ribosomi. Il meccanismo di
sintesi. La regolazione della sintesi proteica. La spesa energetica della sintesi proteica. La stabilità e il
turnover delle proteine. 7. Approcci globali nell'analisi dell'espressione genica: la trascrittomica
(microarrays) e la proteomica. 8. I meccanismi genetici dello sviluppo embrionale. Strategie di
regolazione genica differenziale durante lo sviluppo: la localizzazione dell'mRNA, il contatto
cellula-cellula, il gradiente dei morfogeni. Lo sviluppo di Drosophila: la formazione degli assi, i geni
gap, pair-rule e omeotici. I geni Hox nei mammiferi. La determinazione del sesso negli insetti e nei
vertebrati. L'adesione cellulare nello sviluppo. Le vie principali di segnalazione nello sviluppo. 9. La
ricombinazione sito-specifico: i geni delle immunoglobuline e dei recettori dei linfociti T.
Parte Metodologico-sperimentale-pratica (5 cfu, 75 ore di laboratorio)
1. LA TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE. (Capitoli 2-9, Brown T.A. 2007-Zanichelli,
Bologna; Capitoli 4-5, Glick BR, Pasternak J.J. 2003-Zanichelli, Bologna) Vettori per il clonaggio di
geni. Plasmidi e batteriofagi. Purificazione e manipolazione di DNA plasmidico. Gli Enzimi di
restrizione e di modificazione, caratteristiche, tipi e modalità di funzionamento. I Vettori di clonaggio
e i vettori di espressione: caratteristiche e loro utilizzo. Creazione e screening di una genoteca. Vettori
basati sul batteriofago , M13. Cosmidi e fagmidi. Vettori di espressione in cellule eucariotiche:
caratteristiche ed utilizzo Trasformazione genetica dei procarioti. Sintesi chimica, sequenziamento e
amplificazione del DNA.
2. LA MANIPOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA NEI PROCARIOTI (Capitolo 1, 13,
Brown T.A. 2007-Zanichelli, Bologna; Capitolo 6, Glick BR, Pasternak J.J. 2003-Zanichelli, Bologna).
Isolamento di un gene per PCR L'espressione genica da promotori forti e regolabili Le proteine di
fusione Ottimizzazione delle condizioni di espressione di proteine ricombinanti
3. LA PRODUZIONE DI PROTEINE RICOMBINANTI NELLE CELLULE EUCARIOTICHE
(Capitolo 13, Brown T.A. 2007-Zanichelli, Bologna; Capitoli: 7, 17 Glick BR, Pasternak J.J.
2003-Zanichelli, Bologna) I sistemi di espressione per le cellule di mammifero. Sistemi di espressione
stabile ed inducibile. Il sistema Tet off/Tet on. I sistemi di espressione in Saccharomyces cerevisiae e
Pichia pastoris I sistemi di espressione basati sulle cellule di insetto in coltura I sistemi di espressione
in cellule vegetali
4. LA MUTAGENESI MIRATA E LA MANIPOLAZIONE DELLE PROTEINE (Capitolo 8 Glick
BR, Pasternak J.J. 2003-Zanichelli, Bologna) I procedimenti per la mutagenesi mirata mediante il fago
M13 e la PCR La manipolazione delle proteine
5. BIOTECNOLOGIA MOLECOLARE (Glick BR, Pasternak J.J. 2003-Zanichelli, Bologna: Capitolo
9, pagg 183-186; Capitolo 10, pagg 213-218) Gli anticorpi policlonali e monoclonali. Gli anticorpi
monoclonali come agenti terapeutici.
6. METODOLOGIE PER LO STUDIO DELL'ESPRESSIONE GENICA e DELL'INTERAZIONE
PROTEINA-PROTEINA (Capitolo 11, Brown T.A. 2007-Zanichelli, Bologna) Tecniche per lo studio
dell'espressione di un gene (RT-PCR, Northern blot, Western blot). PCR quantitativa e le sue
applicazioni. Tecniche per lo studio e per l'identificazione dei siti di inizio trascrizione (S1 nuclease,
RNAse protection, Run-on e Run-off assays) ed origine di replicazione. Tecniche per lo studio delle
regioni regolatorie (promotori, enhancers) Identificazione e studio funzionale delle proteine leganti il
DNA con funzione regolatoria (DNaseI-footprinting, in vivo-footprinting, Electrophoretic Mobility
Shift Assay, South Western, domain-swap, CHIP). Saggi ‘in vivo' (Reporter assays).
Tecniche per lo studio dei networks di interazione proteina-proteina (GST-Pulldown,
Co-immunoprecipitazione, Far-Western). 7. TEORIA SULLE TECNICHE PER IL
SILENZIAMENTO DELL'ESPRESSIONE GENICA Tecniche dell'anti-senso, dell' anti-gene ed
RNA-interference
8. UTILIZZO DI RADIOISOTOPI IN BIOLOGIA MOLECOLARE (fotocopie) Manipolazione di
Radioisotopi: tipi e utilizzo. Tecniche per la marcatura di acidi nucleici e proteine.
Esperienze di laboratorio LA TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE. Manipolazione di
batteri competenti. Preparazione terreni e piastre per colture batteriche. Trasformazione batterica.
Valutazione dell'efficienza di trasformazione. Preparazione di DNA plasmidico: Crescita, minipreps ed
analisi di restrizione del DNA plasmidico su gel di agarosio.
LA MANIPOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA NEI PROCARIOTI Espressione e
purificazione di proteine ricombinanti in E. coli. Messa a punto delle condizioni ottimali di espressione
di una proteina di fusione e sua purificazione su resina di affinità . Calcolo dell'efficienza di
espressione-purificazione. Utilizzo della proteina ricombinante purificata per saggi endonucleasici.
METODOLOGIE PER LO STUDIO DELLA ESPRESSIONE GENICA Estrazione, purificazione e
analisi di RNA e preparazione di cDNA Dosaggio spettrofotometrico di primers di ssDNA (GAPDH e
Ref-1) per PCR e analisi su gel denaturante. Estrazione di RNA da colture cellulari di cellule
eucariotiche (HepG2), retro trascrizione dei geni di interesse ed analisi dell'espressione genica
mediante PCR. Analisi su gel di agarosio dell'amplificato di PCR. Estrazione e purificazione da gel di
un amplificato di PCR. Estrazione di proteine da cellule di mammifero e analisi di Western blotting di
un gene espresso. Estrazione di proteine nucleari e citoplasmatiche da colture cellulari di cellule
eucariotiche (HepG2) e analisi dell'espressione di APE1/Ref-1 mediante Western blotting.
Bibliografia: • L. Allison “Fondamenti di Biologia molecolare” Zanichelli
• B. Alberts et al. “Biologia molecolare della cellula” Zanichelli • J. Watson
et al. “Biologia molecolare del gene” Zanichelli • T.A. Brown
“Genomi” EdiSES
• T.A. Brown 2007 “Biotecnologie
molecolari”-Zanichelli, Bologna; • Glick BR, Pasternak J.J. 2003 Biotecnologia
Molecolare, -Zanichelli, Bologna; • Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Sambrook and
Russel, CSHL Press; • Twyman R., Old B. Ingegneria Genetica, principi e tecniche, Primrose S.,
2004- Zanichelli, Bologna • Watson J.D., Caudy A.A., Myers R.M., Witkowski J.A., DNA
ricombinante, Geni e genomi, 2008- Zanichelli, Bologna • articoli e riferimenti specifici
aggiornati indicati dal docente.
Modalità d'esame: Prova scritta con esercizi, prova pratica in laboratorio e prova orale. Le date di
esame sono riportate su Esse3. E' necessario prenotarsi per le prove di esame. I risultati degli esami
saranno riportati, entro una settimana al massimo dalla prova, su Esse3.
Modalità di contatto con i docenti: I docenti sono sempre disponibili a ricevere gli studenti
(Dipartimento di Scienze Mediche e Biologiche, Piazzale Kolbe 4, Udine). Per prendere appuntamento
telefonare al 0432-494311 (Prof. Gianluca Tell) e allo 0432-494313 (Dott. Carlo Vascotto) o inviare
email a [email protected] o a [email protected]. La posta elettronica può essere usata
anche per rivolgere direttamente domande o richieste di spiegazione ai docenti.
Biotecnologie animali I
Docente: Bruno Stefanon
Crediti: 6
Finalità : Il corso si pone l'obiettivo di far apprendere agli studenti gli aspetti fondamentali della
diversità degli animali, con riferimento in particolare a quelli domestici o comunque di interesse
zootecnico. Sono fornite nozioni di sistematica animale, presentando le generalità e la filogenesi dei
principali Phylum e le basi dell'evoluzione, dell'ecologia animale e della domesticazione. A tal fine
vengono anche trattati elementi di biologia cellulare degli organismi animali e di biologia molecolare.
Il corso tratta quindi l'etnografia, riportando le diversità entro le specie animali da compagnia e di
interesse per l'allevamento e le caratteristiche del ciclo biologico, con approfondimenti sulla risposta
produttiva e riproduttiva. Infine, sono trattati gli aspetti della conservazione della biodiversità animale
e il progresso genetico su base selettiva basato sulla genetica quantitativa e molecolare.
Programma: Organismi viventi Caratteristiche degli organismi viventi. Differenze tra procarioti ed
eucarioti: origine degli eucarioti e teoria endosimbiontica. Virus, Viroidi e prioni. Strutture e funzioni
della cellula e degli animali. I regni degli organismi viventi, filogenesi e classificazione. I phylum
dei Protozoi. Generalità , caratteristiche e filogenesi dei principali phylum animali: Poriferi, Cnidari,
Ctenofori, Platelminti, Nemertini, Anellidi, Molluschi (Gasteropodi, Bivalvi e Cefalopodi) Artropodi
(Chelicerati, Crostacei, Miriapodi, Esapodi), Echinodermi, Cordati (Ciclostomi, Condroitti, Osteitti,
Anfibi, Rettili, Uccelli, Mammiferi). Elementi di genetica: l'organizzazione del genoma negli animali e
la struttura del gene eucariotico. Trascrizione e processamento dell'RNA, regolazione genica nei
procarioti e negli eucarioti.
Lo sviluppo embrionale, determinazione, differenziamento,
accrescimento, morfogenesi, l'espressione differenziale dei geni durante lo sviluppo, fenomeni
epigenetici. La variabilità genetica e mutazioni e i polimorfismi del DNA. Le basi molecolari della
biodiversità e il DNA barcode. Biologia della domesticazione. Origine e differenziazione delle
specie e delle razze. Adattamento ecologico delle specie e delle razze. Aspetti biologici e
caratteristiche produttive e comportamentali delle specie animali da compagnia e di interesse
zootecnico. L'incrocio e il co-adattamento, la biodiversità e sviluppo sostenibile. Gestione genetica
delle piccole popolazioni per la loro salvaguardia e conservazione. L'impiego delle tecnologie
genomiche per la selezione e per il mantenimento delle biodiversità animale.
Bibliografia: - SADAVA D. , HELLER C. H. , ORIANS G. H. , PURVES W. K. , HILLIS D. M.
2008. Biologia. Zanichelli editore. - HICKMAN C. P., ROBERTS L. S., KEEN S. L., LARSON A.,
EISENHOUR D. J. 2007. Diversità animale. Mc Graw-Hill Editore - HALL S. J. G. 2004.
Livestock Biodiversity. Genetic resources for the farming of the future. Blackwell Publlishing. Appunti di lezione e material didattico di supporto in formato elettronico.
Modalità d'esame: Orale
Biotecnologie animali II
Docente: Edo D'Agaro
Crediti: 6
Finalità : L' obiettivo principale del corso è quello di fornire le conoscenze di base sui metodi
utilizzati nella genetica animale applicata agli animali da compania (cani, gatti) e nel miglioramento
genetico delle specie di interesse zootecnico (bovini, suini, ovini, polli, conigli e pesci). Saranno, in
particolare, approfonditi alcuni temi specifici che attengono alle malattie genetiche degli animali
domestici e alla biologia molecolare applicata alla produzione animale. I crediti del corso forniscono
delle informazioni integrative di altre discipline, nell'ambito del corso di laurea di biotecnologie.
Programma: 2.1. Caratteri mendeliani di significato zootecnico e veterinario. Estensioni del
mendelismo. Applicazioni dell' analisi del DNA e RNA nelle popolazioni animali. 2.2. Utilizzo dei
marcatori genetici nelle scienze zootecniche e veterinarie. Analisi genomiche applicate alle specie
animali. Identificazione ed analisi dei geni maggiori (QTLs), mutazioni puntiformi (SNPs) e DNA
chips nelle specie animali. Bio-informatica applicata alla zootecnia e veterinaria. 2.3. Studio delle
malattie genetiche. Il modello monogenico. Il modello multifattoriale. Contollo delle malattie
genetiche. Terapia genica. Alcuni esempi di malattie genetiche nelle specie domestiche. 2.4. Nuove
tecnologie riproduttive. Ovulazione multipla, trasferimento embrionale e ovum pick-up. Animali
transgenici. Clonazione. Modelli animali. 2.5. La selezione assistita da marcatori (MAS) nelle specie
domestiche. Scelta dei marcatori. Esempi di introgressione di geni di interesse zootecnico-veterinario.
2.6. Salvaguardia genetica delle piccole popolazioni. Impiego delle tecniche di biologia molecolare nei
programmi di conservazione e ripopolamento. Programmi di gestione genetica delle popolazioni
naturali. Banche di germoplasma.
Esercitazioni: (20 ore) Esercitazioni di bioinformatica presso le aule multimediali. Esercitazioni di
laboratorio di biologia molecolare.
Bibliografia: E.D'Agaro (2012) BIOTECNOLOGIE VETERINARIE, dispensa D'Agaro E. ( 2012)
Recent Advances in Animal Biotechnology, Wiley (in preparation) D'Agaro E. ( 2012) Use of
Simulated Annealing Algorithms for Optimizing Selection Schemes in Farm Animal Populations,
Intech Editions (in press) F.W. Nicholas (1996) VETERINARY GENETICS. Clarendon Press, Oxford
G. Pagnacco (1997)GENETICA APPLICATA ALLE PRODUZIONI ANIMALI, Città Studi
Edizioni. Milano
Modalità d'esame: Esame scritto e orale
Chimica e fisica generali (Corso integrato)
Docente: Walter Baratta, Paolo Giannozzi
Crediti: 9
Finalità Programma
Lo scopo del corso è di fornire concetti e
conoscenze di base della fisica e della chimica. In particolare, si tratterà l'uso delle
unità di misura e delle quantità vettoriali, i fondamenti della cinematica e della
meccanica, l'energia meccanica, le forze elettromagnetiche, il concetto di campo. Si
tratterà inoltre la struttura della materia, le proprietà degli elementi del sistema
periodico, le leggi che regolano le reazioni chimiche, il loro bilanciamento e gli aspetti
cinetici e termodinamici, con particolare riferimento agli equilibri e ai processi
ossido-riduttivi. Verranno inoltre effettuate esercitazioni pratiche per acquisire la
fondamentale manualità di laboratorio.
Programma del corso
Modulo I
(CFU 6, prof. Walter Baratta)
1. La composizione della materia. Elementi,
composti e miscele. Atomi. Particelle elementari. Peso atomico. Molecole. Peso
molecolare. Mole e numero di Avogadro. Composizione percentuale dei composti
chimici. Formule chimiche.
2. Le reazioni chimiche. Simbologia delle reazioni.
Bilanciamento delle equazioni. Relazioni ponderali nelle equazioni chimiche. Calcoli
stechiometrici. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.
3. Atomi e
molecole. La struttura dell'atomo di idrogeno. Orbitali atomici e numeri quantici. La
struttura degli atomi polielettronici. Il principio di esclusione e regola di Hund. Sistema
periodico degli elementi. Potenziale di ionizzazione, affinitÃ
elettronica,
elettronegatività .
4. Il legame chimico. Legame ionico, covalente, metallico. Regola
dell'ottetto. Strutture di Lewis per molecole biatomiche e poliatomiche. La teoria del
legame di valenza. Teoria dell'orbitale molecolare. Molecole biatomiche e poliatomiche.
Orbitali ibridi. Interazioni deboli fra atomi, ioni, molecole. Il legame a ponte di idrogeno.
5. Lo stato gassoso. Proprietà e leggi dei gas. Temperatura assoluta. Il gas ideale.
Equazione di stato dei gas reali. Legge di Van der Waals. Miscele gassose e legge di
Dalton. La liquefazione dei gas.
6. Solidi e liquidi. Le soluzioni. Proprietà dei solidi
e dei liquidi. Cambiamenti di stato. Equilibri liquido-vapore e solido-vapore. Tensione
di vapore. Diagrammi di stato. Le soluzioni. Modi di esprimere la composizione di una
soluzione. Proprietà colligative delle soluzioni. Miscele liquide binarie. Distillazione
frazionata. Azeotropi.
7. Cinetica chimica. Aspetti termodinamici e cinetici di una
reazione chimica. Velocità di reazione. Fattori che influenzano la velocità . Equazioni
cinetiche e ordine di reazione. Energia di attivazione. Dipendenza dalla temperatura.
Catalisi e catalizzatori.
8. Equilibrio chimico. Descrizione dell'equilibrio chimico. La
costante di equilibrio. Principio dell'equilibrio mobile. Influenza della concentrazione,
della pressione e della temperatura. Equilibri di dissociazione. Equilibri simultanei.
9. Acidi e basi. Definizioni. Relazione fra acidità e struttura molecolare. Prodotto
ionico dell'acqua. Forza di un acido e di
una base. Ka e Kb. Definizione e calcolo
del pH di una soluzione. Soluzioni tampone. Indicatori acido-base e misura del pH.
Titolazioni acido base.
10. Equilibri eterogenei. Equilibri di solubilità . Prodotto di
solubilità . Reazioni di precipitazione.
11. Elettrochimica. Reazioni ossidoriduttive
chimiche ed elettrochimiche. Elettrolisi. Pile. Potenziale di un elettrodo. Formula di
Nerst. La serie elettrochimica e le reazioni redox.
Modulo II
(CFU3, prof.
Paolo Giannozzi)
1. Richiamo di fisica generale: unità di misura, vettori,
cinematica del punto materiale. Forze, leggi di Newton.
2. Energia Cinetica e
potenziale, conservazione dell'energia.
3. Sistemi di particelle e corpi rigidi:
quantità di moto.
4. Momento delle forze, momento angolare.
5. Campo
elettrico e potenziale elettrico.
6. Circuiti, condensatori, resistenze.
7. Campo
magnetico, induzione elettromagnetica.
Bibliografia:
“La chimica di
base” F. Nobile, P. Mastrorilli (Casa Editrice Ambrosiana)
“Chimica Generale ed
Inorganica” Sacco, Pasquali, Marchetti (CEA, Milano)
“Problemi di Chimica”
A. Del Zotto, Forum, Editrice Universitaria Udinese
:
:
Chimica fisica biologica e Chimica analitica (corso
integrato)
Docente: Gennaro Esposito, Sabina Susmel
Crediti: 9
Finalità : Il modulo di Chimica fisica biologica intende fornire le basi generali della termodinamica
fisica e chimico-fisica, insieme all'applicazione delle metodiche termodinamiche microcalorimetriche
ai biopolimeri e loro complessi. Anche la cinetica di formazione di complessi verrà trattata
esaminando gli aspetti energetici e la realizzazione di misure. Un secondo aspetto del modulo
contemplerà l'interazione tra onde elettromagnetiche e materia per introdurre principi generali ed
applicazioni spettrometriche biotecnologiche, quali le spettroscopie ottiche e la spettroscopia NMR in
aggiunta alla spettrometria di massa.
Il modulo di Chimica analitica presenta metodi e tecniche analitiche opportunamente scelti per il loro
carattere formativo per dare una base scientifica di partenza agli studenti iscritti a tale corso. Dopo i
richiami alla teoria e ai metodi classici (equilibri in soluzione e titolazioni), saranno trattate le tecniche
strumentali più moderne per applicazioni biotecnologiche, cioè la sensoristica, approfondendone gli
aspetti tecnici, con dettagli di funzionamento e ottimizzazione, nonché esempi di uso in campo
biomedico-clinico. Fra le tecniche strumentali tradizionali, saranno proposte le tecniche ottiche che
sfruttano l'interazione fra radiazione elettromagnetica e materia (spettrofotometria molecolare di
assorbimento e tecniche di emissione) sempre nel dettaglio degli aspetti tecnico-applicativi.
Programma:
CHIMICA FISICA BIOLOGICA Termodinamica: Sistemi e processi.
Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Passaggi di stato. Variabili di stato, equazione di stato. Stato
di equilibrio. Stato stazionario. Gas ideali e reali. Teoria cinetica dei gas. Lavoro e calore.
Capacità termica dei gas e dei solidi. Principio zero. Temperatura e scale termometriche. 1°
principio. Energia interna. Lavoro e calore in processi reversibili ed irreversibili. Processi isocori ed
isobarici. Entalpia, legge di Hess. Il potenziale termodinamico. L'entropia ed il 2° principio.
Significato statistico dell'entropia. Trasformazioni ed energia libera di Gibbs e di Helmoltz. Potenziale
chimico. Stati di riferimento. Criteri di spontaneità di un processo. L'equilibrio, la costante di
equilibrio e G0. Cenni di elettrochimica. Transizioni di fase e capacità termica.
Fenomeni ondulatori: Onde elettromagnetiche. Polarizzazione. Richiami su spettro elettromagnetico,
interazione radiazione materia e principali spettroscopie ottiche. Applicazioni a biopolimeri di
dicroismo circolare, UV e fluorescenza.
Microcalorimetria: Diagramma di stato e transizioni di fase. DSC, ITC e applicazioni biotecnologiche.
Entalpia, entropia ed energia libera di Gibbs e loro variazione con la temperatura. Entalpia
calorimetrica e secondo van't Hoff. Elaborazione di termogrammi. Microcalorimetria di proteine, acidi
nucleici e biomolecole. Procedure ed apparati sperimentali. Applicazioni per studi biofisici. Studio di
stabilità termica di proteine (unfolding e refolding). Studi di interazione biomolecole-ligandi.
Competizione di legame tra stato nativo e denaturato. Effetti di pH e forza ionica. Interazioni con ioni
metallici.
Termodinamica di biopolimeri: Misura della stabilità conformazionale di proteine. Selezione e
criteri di scelta delle tecniche di misura. Generalità sull'applicazione di tecniche spettroscopiche e
non. Denaturazione termica e con agenti chimici. Elaborazione dei dati sperimentali. Equilibrio e
reversibilità . Procedure sperimentali per studi di denaturazione. Esercitazioni pratiche.
Cinetica: Estensione di concetti termodinamici e teoria dello stato di transizione.Cinetica di reazione
ed equazione empirica di Arrehnius. Energia di attivazione e velocità assoluta. Equazione di Eyring.
Energia ed entalpia di attivazione e corrispondenti termodinamici. Cinetica di reazione e reazioni
endotermiche e di denaturazione di biopolimeri.
Spettrometria di massa: Richiami teorici di elettromagnetismo. Campi di applicazione della
spettrometria di massa. Applicazioni di interesse biotecnologico. Massa molecolare, definizione ed
accuratezza. Massa molecolare nominale, media e monoisotopica. Distribuzione isotopica naturale e
utilizzazione in spettrometria di massa. Lo spettrometro di massa. Iniezione diretta, per via
cromatografica e per via elettroforetica. Metodi di ionizzazione. Metodi di ionizzazione soft.
Analizzatori a settore magnetico o quadrupolo, analizzatore TOF, analizzatore a risonanza ciclotronica.
Strumenti a doppio o multiplo analizzatore e spettrometria di massa tandem o massa-massa.
L'importanza delle metodiche di ionizzazione soft in analisi di biopolimeri. Ionizzazione elettrospray.
Tecnica nanospray. Dettagli su ionizzazione MALDI. Lo spettrometro MALDI-TOF. Metodi di analisi
massa-massa. Scansione di ioni prodotto o precursore. Scansione a perdita neutra costante.
Sequenziamento peptidico. Identificazione di proteine. Proteomica. Risoluzione in spettrometria di
massa.
Applicazioni a biopolimeri per determinazioni strutturali e funzionali della spettrometria di massa:
Spettrometria di massa in proteomica e metabonomica. Analisi di mappe 2D e proteomica quantitativa.
Metodi alternativi. ICAT e MCAT. Prefrazionamento elettroforetico o cromatografico. Protein Chip.
Determinazione di modificazioni posttraduzionali mediante spettrometria di massa. Applicazioni
analitiche biomediche.
Spettroscopia NMR: Generalità sul magnetismo. Correnti in spire e momento di dipolo magnetico.
Interazione momento-campo magnetico. Forza di Lorentz. Nuclei e momento magnetico di spin
nucleare. Descrizione classica. Precessione ed equazione di Larmor. Rapporto giromagnetico.
Descrizione quantomeccanica. Quantizzazione del momento angolare di spin nucleare e del momento
di dipolo magnetico nucleare. Transizioni e regole di selezione. Magnetizzazione macroscopica
longitudinale e trasversale. Eccitazione NMR e impulsi di radiofrequenza. Sistema di riferimento
rotante e di laboratorio. Coerenza di fase e segnale NMR. Campionamento di segnale e trasformata di
Fourier. Equazioni di Bloch e costanti di rilassamento T1 e T2. FID. Intensità del segnale NMR.
Chemical shift e natura chimica. Chemical shift di biopolimeri. Chemical shift limite e contributi di
struttura secondaria e terziaria. Chemical Shift Index. Accoppiamento scalare. Molteplicità ed
accoppiamento scalare. Accoppiamento scalare forte. Accoppiamento dipolare. Chemical shift isotropo
e MAS. Scambio chimico. Regimi di scambio ed effetti su chemical shift e costanti di accoppiamento
scalare. Rilassamento longitudinale e trasversale. Misura di T1 e T2. Mobilità molecolare e
rilassamento. Funzione di autocorrelazione e densità spettrale. Effetto Overhauser nucleare (NOE) e
sua misura. NOE, mobilità molecolare e struttura spaziale. NOE eteronucleare.
Applicazioni a biopolimeri per determinazioni strutturali e funzionali della spettroscopia NMR :
Spettroscopia NMR multidimesionale. Campionamento discreto e frequenza di campionamento.
Acquisizione discreta indiretta nella seconda dimensione. Trasformata in due dimensioni. Spettri 2D
omonucleari ed eteronucleari. Concetto di correlazione o connettività . Correlazioni scalari e dipolari.
Spettri di tipo COSY. Pattern COSY di amminoacidi e nucleotidi ed identificazione dei sistemi di spin.
COSY con filtri quantici multipli. TOCSY. Struttura fine di cross-peak . Correlazioni dipolari e spettri
NOESY. Assegnazione sequenziale. Correlazioni dipolari e struttura molecolare. Riconoscimento di
struttura secondaria di proteine. Struttura secondaria ed assegnazione sequenziale.
Scambio isotopico: Applicazioni classiche dello scambio isotopico a proteine. Meccanismi di scambio
isotopico per polipeptidi. Catalisi acida e basica. La costante di scambio complessiva, kex. Valori tipici
di kex. Dipendenza dalla temperatura. Dipendenza dal pH. Effetti della sequenza sulle velocità di
scambio. Contributo di struttura secondaria e terzaria. Fattore di protezione. Scambio in polipeptidi
destrutturati. Scambio in polipeptidi strutturati. Meccanismo dell'apertura locale. Regimi limite di
scambio EX1 e EX2. Processi di scambio correlate e non. Costanti fenomenologiche di scambio e
stabilità termodinamica locale. Misure di scambio isotopico. Incorporazione di 3H. Metodo IR.
Massa ridotta e frequenze di assorbimento IR. La banda ammide II. Metodi di spettrometria di massa.
Scambio isotopico e frammentazione proteolitica. Tarature e retroscambio. Distribuzione di pattern
isotopici. Condizioni di misura e distribuzioni bimodali. Misure di scambio isotopico mediante NMR.
Applicazioni per studi funzionali.
CHIMICA ANALITICA Equilibri in soluzione Definizioni di acido e base. Coppie coniugate ed
equilibrio di autoprotolisi dell'acqua. Definizione di pKa e suo significato. Definizione di pH.
Diagramma di Flood. Titolazioni acido-base. Metodi di individuazione del punto equivalente.
Indicatori. Soluzioni tampone ed equazione di Henderson. Equilibri redox: definizioni; Equazione di
Nernst, Introduzione alle celle elettrochimiche: misure potenziometriche ed amperometriche, struttura e
funzionamento delle celle, tipologie di elettrodi (indicatore, lavorante, ausiliario ed elettrodi di
riferimento) e loro funzionamento.
Spettrofotometria di assorbimento molecolare Radiazione elettromagnetica definizioni; effetti
dell'interazione radiazione-materia; caratteri distintivi fondamentali fra tecniche di assorbimento e di
emissione (luminescenza: fosforescenza e fluorescenza); Trasmittanza e Legge di Beer; Strumentazione
per misure di assorbimento: descrizione dettagliata dello strumento e del funzionamento delle varie
parti costitutive; Strumentazione per misure di emissione; Misure quantiative (sensibilità , accuratezza,
precisione, rette di taratura metodo della aggiunta tarata); misure qualitative presentate rispetto a
misure nel campo spettrale IR; cenni su strumentazione e misure IR. Tecnica SPR (Surface Plasmon
Resonance)
Sensori Definizione; strategie di ottimizzazione: modifica della superficie con metodi chimici e fisici;
natura dei modificatori: chimici e biologici (biosensori) esempi; Trasduttori definizione,
funzionamento, principio della misura e classificazione dei sensori; Vengono approfonditi nel dettaglio
costruttivo e di funzionamento i seguenti sensori: a fibra ottica, termoelettrici, piezoelettrici,
potenziometrici iono-selettivi, iono-selettivi a cristallo solido, a membrana liquida, compositi,
amperometrici (tecniche di misura presentate amperometria e voltammetria lineare o ciclica),
biosensori enzimatici ed immunosensori. Tutti i sensori proposti vengono corredati con esempi di
applicazioni di interesse biotecnologico evidenziando il tipo di informazione (qualitativa, quantitativa)
che il loro uso consente di ottenere.
Propedeuticità consigliate: Formazione di base in Fisica Generale, Chimica Generale
(inorganica ed organica), Analisi Matematica.
Bibliografia: CHIMICA FISICA BIOLOGICA Testo consigliato: P.W. ATKINS, J. DE PAULA ELEMENTI DI CHIMICA FISICA - Terza edizione italiana - ISBN 978-8808-1-9285-1 Materiale
didattico on-line CHIMICA ANALITICA G.D. Christian and J.E. O'Relley, Instrumental analysis,
Allyn and Bacon, Boston, 1986. F.W. Fifield and D. Kealey, Chimica Analitica; Teoria e pratica,
Zanichelli, Bologna, 1999. Eggins, Brian R., Chemical Sensors and Biosensors, Analytical Techniques
in the Sciences, John Wiley & Sons, 2002.
Modalità d'esame: Compito scritto con problemi e domande a scelta multipla
Chimica organica
Docente: Paolo Strazzolini
Crediti: 6
Programma :
Sostanze organiche: composizione elementare qualitativa e quantitativa;
struttura; isomeria; formula chimica (elementare, minima, molecolare, funzionale, strutturale).
Nomenclatura in Chimica Organica: regole I. U. P. A. C., nomi alternativi, nomi generici, nomi
commerciali (formulazioni).
Legame chimico (interazioni forti): ionico, metallico, covalente.
Tetravalenza e tetraedricità del C tetracoordinato. Orbitali ibridi e diverse tipologie di ibridizzazione.
Idrocarburi alcani: struttura, nomenclatura e proprietà . Gruppi alchilici corrispondenti. Analisi
conformazionale e isomeri conformazionali; stabilità correlate; proiezione di Newman. Cicloalcani:
struttura, nomenclatura e proprietà ; stabilità termodinamica, analisi conformazionale, tensioni
anulari (angolari e torsionali). Cicloesano mono e disostituito: analisi configurazionale (isomeri
configurazionali) e conformazionale. Sistemi biciclici.
Acidi e basi in Chimica Organica.
Concetto di gruppo funzionale; molecole polifunzionali. Effetti sterici ed elettronici (induttivi).
Alogenuri alchilici: struttura, nomenclatura e proprietà . Composti ossigenati (alcoli, glicoli, polioli,
idroperossidi, eteri, eteri ciclici, perossidi): struttura, nomenclatura e proprietà . Composti solforati
(tioli, solfuri, disolfuri): struttura, nomenclatura e proprietà . Composti dell'azoto (ammine, sali
ammonici, sali ammonici quaternari): struttura, nomenclatura e proprietà . Basicità delle ammine.
Legame chimico (interazioni deboli): dipolo indotto (forze di van der Waals), dipolo permanente,
associazione a idrogeno.
Stereochimica. Isomeria ottica e potere rotatorio. Atomo di carbonio
stereocentrico (asimmetrico) e chiralità molecolare. Configurazione del C stereocentrico: ritenzione,
inversione, racemizzazione. Enantiomeri e miscela racemica (esocompensazione). Formule
prospettiche e proiezione di Fischer.
Configurazione relativa e configurazione assoluta: regole di
attribuzione (C. I. & P.).
Importanza biologica della configurazione stereoordinata del
carbonio.
Molecole con due stereocentri: numero di stereoisomeri, forma meso
(endocompensazione).
Idrocarburi alcheni: struttura, nomenclatura e proprietà . Insaturazione
formale e reale. Analisi configurazionale: isomeria geometrica (cis / trans), isomeri configurazionali e
stabilità correlate, attribuzione E / Z. Dieni e coniugazione. Risonanza: forme limiti e ibrido di
risonanza. Effetti elettronici mesomerici.
Idrocarburi alchini: struttura, nomenclatura e proprietà .
Composti carbonilici (aldeidi e chetoni): struttura, nomenclatura e proprietà . Nucleofilia ed
elettrofilia; correlazioni nucleofilia-basicità ; catalisi elettrofilica.
Tautomeria: aspetti
termodinamici e cinetici. Tautomeria cheto-enolica.
Ossidazione e riduzione in Chimica
Organica.
Composti carbossilici e derivati: struttura, nomenclatura e proprietà . Acidi mono-, die poli-carbossilici; acidi mono- e poli-insaturi; sali carbossilici e saponi (tensioattivi, detergenti e
detersivi). Acidità degli acidi carbossilici. Esteri e lattoni, gliceridi e cere. Alogenuri acilici. Anidridi
carbossiliche lineari e cicliche. Ammidi, immidi e lattami.
Immine; ossime; idrazoni; nitrili;
C-nitroderivati; esteri nitrici e nitrosi; acidi cianico, isocianico, tiocianico, isotiocianico e loro derivati
salini e alchil esterei; N-nitrosoammine; solfossidi e solfoni; acidi solfonici e loro derivati salini e alchil
esterei; solfati acidi di alchile e solfati dialchilici; esteri dell'acido ortofosforico.
Idrocarburi e
composti aromatici: struttura, nomenclatura e proprietà . Benzene e aromaticità . Isomeria
orto-meta-para. Areni. Fenoli e loro proprietà acido-base. Difenoli e loro proprietà red-ox. Ammine
aromatiche e loro proprietà acido-base. Composti eterociclici aromatici. Idrocarburi aromatici
policiclici.
Reazioni chimiche: termodinamica e cinetica dei processi. Meccanismi di reazione:
stati di transizione, intermedi di reazione e loro stabilità comparate: carbocationi, carbanioni e radicali
liberi.
Reazioni degli alcheni e alchini: idrogenazione, addizione elettrofila. Meccanismi:
implicazioni regiochimiche e stereochimiche; Regola di Markovnikov. Effetto di sostituenti:
attivazione, disattivazione e orientamento. Riarrangiamenti. Addizione radicalica: effetto Kharasch.
Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed
acilazione di Friedel-Crafts. Meccanismo ed effetto di sostituenti anulari: attivazione, disattivazione e
orientamento.
Reazioni di sostituzione nucleofila al C tetracoordinato. Meccanismi SN2 e SN1 e
loro implicazioni stereochimiche. Reazioni di
b
-eliminazione E2 ed E1: implicazioni
regiochimiche (Regola di Saytzev) e stereochimiche. Competizione sostituzione-eliminazione.
Reazioni degli alcoli e dei fenoli. Reazioni dei composti carbonilici (aldeidi e chetoni). Reazioni degli
acidi carbossilici e loro derivati. Idrolisi di esteri ed ammidi.
Reazioni delle ammine.
Comportamento con l'acido nitroso.
Reazioni degli alcani. Meccanismo radicalico: alogenazione e
ossidazione.
Carboidrati: struttura, nomenclatura e proprietà . Monosaccaridi: aldosi e chetosi
(C3-C7), furanosi e piranosi. Stereochimica, configurazione relativa, epimeri, mutarotazione e anomeri.
Ossidazione dei carboidrati (zuccheri riducenti). Desossizuccheri e amminozuccheri. Legame
glicosidico e glicosidi. Disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi (amidi e cellulosa).
Ammino
acidi: struttura, nomenclatura e proprietà . Legame peptidico, peptidi e proteine (enzimi).
Acidi
nucleici: struttura. Basi puriniche e pirimidiniche, nucleosidi e nucleotidi. DNA, RNA e coenzimi.
Lipidi: struttura. Gliceridi, cere, terpeni e steroidi.
Principali eterocicli aromatici.
Esercitazioni
Esercitazioni pratiche finalizzate ad acquisire la fondamentale
manualità di laboratorio e la conoscenza dell'ambiente operativo chimico, con
particolare attenzione alle implicazioni di sicurezza e organizzazione del lavoro. :
:
Modalità d'esame
riconosciuta motivata richiesta).
:
Accertamento scritto (eccezionalmente orale in caso di
Diagnostica Molecolare (corso integrato)
Docente: Giuliana Stel, Sabina Cauci, Paolo Antonio Beltrami
Crediti: 6
Finalità : Obiettivo del corso è quello di fornire allo studente la conoscenza dell'evoluzione
tecnologica negli esami diagnostici associati a diverse condizioni patologiche con particolare riguardo
all'applicazione della biologia molecolare all'anatomia patologica, la conoscenza delle modalità di
esecuzione e dei principi di analisi dei principali parametri biochimici associati alla valutazione di
condizioni patologiche degli organi principali, la conoscenza delle modalità di evoluzione tecnologica
di alcuni importanti saggi diagnostici biochimico-clinici, nonché delle modalità di valutazione
della qualità analitica. Alla fine del corso lo studente dovrà aver maturato la capacità di
comprendere le attuali strategie diagnostiche, di conoscerne i limiti, di allestire controlli di qualità e
di progettare nuove strategie basate sulle biotecnologie.
Programma:
Modulo I (CFU 2, Giuliana Stel)
OBIETTIVO SPECIFICO Obiettivo del corso è quello di fornire allo studente la conoscenza della
modalità di esecuzione e dei principi di analisi dei principali parametri biochimici associati alla
valutazione e/o della condizioni patologiche degli organi principali.
PROGRAMMA DEL CORSO Uso corretto delle analisi di laboratorio Modalità di richiesta analisi
(analisi singole, analisi multiple, profili, esami funzionali, esami in urgenza, esami di screening)
Percorso informativo: dall'identificazione del paziente al referto Fase preanalitica, analitica,
post-analitica Materiali biologici Anticoagulanti Generalità sui metodi di misura Marcatori del profilo
epatico: GOT, GPT, GGT, ALP, bilirubina tot. e coniugata, albumina, proteine tot.,LDH,
alfa1antitripsina, ceruloplasmina, ammonio. Marcatori della funzionalità renale: creatinina, clearance
della creatinina, azotemia, azoto ureico, acido urico. Elettroliti: sodio, potassio, cloro. Esame urine
completo: esame chimico-fisico, lettura della parte corpuscolata. Indicatori del profilo lipidico:
colesterolo, trigliceridi, HDL, LDL, apolipoprotein Indicatori del metabolismo glucidico: glucosio,
curve di tolleranza al glucosio. Plasmaproteine: proteine della fase acuta, della fase anti-acuta, di
trasporto, apolipoproteine, proteine del complemento, immunoglobuline. Profilo emostatico: test
coagulativi di base (tempo di Quick, tempo di tromboplastina parziale attivata).
Modulo II (CFU 2, Sabina Cauci)
OBIETTIVO SPECIFICO Obiettivo del corso è quello di fornire allo studente la conoscenza dei
principali criteri per la valutazione della qualità analitica degli esami diagnostici di biochimica
clinica, nonché le modalità di messa a punto di nuovi saggi molecolari in ambito diagnostico.
PROGRAMMA DEL CORSO Introduzione alle analisi cliniche. Variabilità biologica intra- ed
inter-individuale, analitica e totale. Affidabilità delle misure di medicina di laboratorio.
Qualità delle misure di laboratorio e turn-around time (TAT). La valutazione dell'errore nella fase
pre-analitica, analitica e post-analitica. La qualità nelle misure di laboratorio: documento di
consensus della Conferenza di Stoccolma IUPAC, IFCC,WHO sulla qualità delle misure di
laboratorio. Errore analitico ed errore totale di laboratorio. Valutazione e standardizzazione dell'errore
pre-analitico. Esempi di insidie pre-analitiche. Effetti del ritmo circadiano. Effetto di interferenti.
Campioni che il laboratorio deve rifiutare. Imprecisione analitica e variabilità biologica. Punto
omeostatico. Variabilità intra- (Vi) ed inter-individuale (Vg). Metodi analitici con performance di
variabilità analitica CVa minima, desiderabile e ottimale definite in base alla variabilità individuale
CVi. Algoritmo per il calcolo della Variabilità Totale (CVt) in base alla CVi e CVa. Come incide la
CVa sulla CVt. Esercizi. Qualità analitica nella "fase analitica". Imprecisione, bias ed errore totale.
Controlli di qualità interni ed esterni. Traguardi di qualità analitica. Definizione dei livelli ottimali,
minimi, ed ottimali per imprecisione, bias ed errore totale in base alla variabilità biologica. Esercizi.
Variabilità biologica informazioni derivate. Differenza critica (CD): come decidere se due misure
consecutive di un certo analita sullo stesso paziente sono significativamente diverse. Esercizi. Indice di
Individualità , come decidere se servono intervalli di riferimento stratificati. Problemi ancora aperti
sulla determinazione della variabilità intra-individuale e inter-individuale in età pediatrica ed in
specifiche
patologie.
Esame
emocromocitometrico.
I
tre
parametri
di
base:
emocromo,emoglobina,numero dei globuli rossi. Gli indici eritrocitari: MCV,MCH,MCHC,RDW.
Significato, modalità di misura e valori di riferimento. Variazioni dei valori di riferimento della Hb e
del Hct in funzione dell'età ,genere,settimane di gravidanza. Il problema della armonizzazione fra
laboratori diversi: confronto dei valori di riferimento per i parametri dell'emocromo in 3 laboratori di
analisi cliniche del FVG e 1 laboratorio certificato ISO del Veneto ed 1 laboratorio canadese.
Alterazioni caratteristiche degli eritrociti valutabili strumentalmente o visibili al microscopio. Come
calcolare MCH, MCHC, MCV in base ai valori di Hb, Hct e RBC. Esercizi. Reticolociti. Effetti della
eritropoietina. Eritropoiesi inefficace. Diverse classificazioni usate per le anemie. Grado di
severità nelle anemie. Definizione di anemia nella popolazione maschile e femminile. Evoluzione
biotecnologica dei Biomarcatori della carenza marziale. Anemie microcitiche: la anemia sideropenica.
Il bilancio del ferro. Modalità di assorbimento del ferro, differenze fra ferro eme e non-eme. Cause
principali di carenza marziale. Frequenza di anemia da carenza marziale nei maschi adulti e nelle donne
fertili. Quadro generale dei biomarcatori plasmatici del deficit di ferro. Variabilità biologica della
sideremia, transferrina e percentuale di saturazione della transferrina. Esercizi. Nuovi marcatori nelle
anemie sideropeniche. Il recettore solubile della transferrina e il sTfR-F index. Dati di sensibilità ,
specificità ed efficenza dei diversi marcatori per lo status del ferro in giovani donne italiane, anche in
base all'uso di pillola contraccettiva. Biomarcatori nelle emoglobinopatie: Anemie da mutazioni
puntiformi. Tipi diversi di emoglobine e catene globiniche alfa e beta presenti dal momento del
concepimento all'età adulta: emoglobine embrionali,HbF,HbA1,e HbA2. Emoglobinopatie causate da
mutazioni puntiformi: HbS,HbC,HbE,HbD. Diversità di profilo elettroforetico delle emoglobine in
soggetti normali,con tratto falciforme/C/E,ed omozigoti con mutazioni puntiformi. Manifestazioni e
profilo biochimico di soggetti etero o omozigoti per anemia falciforme. Valori tipici di
emoglobina,reticolociti,bilirubina. Metaemoglobinemie indotte ed ereditarie. Corpi di Heinz.
Talassemie. Anemie ereditarie quantitative: le alfa- e beta-talassemie. Parametri sierici tipici dei
soggetti omozigoti o eterozigoti per alfa-talassemia. Livelli di emoglobina di Bart e HbH nelle
alfa-talassemie. Biomarcatori nelle beta-talassemie e confronto con altre anemie microcitiche.
Parametri sierici tipici dei soggetti omozigoti o eterozigoti per beta-talassemia. Livelli di HbA2 e HbF
nei soggetti beta-talassemici ed altri indicatori tipici per l'individuazione del tratto beta-talassemico.
Valori tipici di Hb,MCV,MCH,RDW e reticolociti nei mono- ed eterozigoti talassemici. Confronto con
altre anemie microcitiche, da carenza marziale e da infiammazione cronica,profili caratterizzanti di
biomarcatori sierici. Metodi biotecnologici per distinguere i vari tipi di emoglobinopatie. Profili
Elettroforetici a pH diversi. Tecniche HPLC per distinguere le varie emoglobine. Inteferenza della
varianti emoglobiniche per il dosaggio della Hb glicata. Come differenziare le anemie microcitiche
dovute a deficit di ferro rispetto a quelle talassemiche. Esempi di casi clinici di profili ematologici
sierici in anemie microcitiche. Biomarcatori nell'infarto del miocardio. Evoluzione biotecnologica nei
saggi per le troponine. Biomarcatori: il contributo alla diagnosi delle patologie ischemiche del cuore.
Importanza e caratteristiche degli indicatori biochimici sierici per l'infarto del miocardio e nelle
malattie cardiache. Esami di laboratorio nella diagnosi dell'infarto acuto del miocardio (AMI) e nella
sindrome coronarica acuta (ACS). Finestre diagnostiche. Indicatori biochimici precoci e tardivi.
Approccio
diagnostico
con
l'impiego
combinato
e
seriale
di
diversi
analiti.
Caratteristiche,sensibilità ,specificità ,valore prognostico dell'esame nel siero di mioglobina,creatin
chinasi (CK) totale e frazione CK-MB. Significato del CK-MB index. Le troponine cardiache.
Significato diagnostico e prognostico di Myo, CK-MB, cTnI e cTnT. Indicazioni IFCC per i valori di
riferimento di Myo, CK-MB e Troponine. Significato della misura degli indicatori tardivi:
latticodeidrogenasi (LD),rapporto LD1/LD2,e catene leggere e pesanti della miosina cardiaca. Esempio
di validazione di un metodo biochimico per la diagnostica clinica. Procedure sperimentali per la messa
a punto di un metodo analitico per la misura della concentrazione della Troponine cardiaca I secondo le
indicazioni delle linee guida IFCC del 2007 ed in base alle nuove evidenze scientifiche emerse nel
2010 ai fini della diagnosi di danno miocardico. Come l'imprecisione totale di un test analitico
influenza l'uso clinico del test. Variabilità di risultati ottenuti con i diversi saggi commerciali per la
determinazione della cTnI e cTnT. Come l'imprecisione a concentrazioni vicine al cut-off influenzano
il numero di misdiagnosi. Insidie e cause di variabilità pre-analitiche ed analitiche. Il problema della
stabilità dell'analita. Scelta degli epitopi. Calibrazione. Quali diversi ostacoli sono ancora da superare
per il raggiungimento dei traguardi ottimali di performance analitica in accordo con le evidenze più
recenti. Definizione e determinazione del limite del bianco (LoB), limite di detection (LoD), limite di
quantificazione (LoQ). Problemi di messa a punto di un test biotecnologico a scopi diagnostici:
interferenti ed anticorpi eterofili. Sviluppi biotecnologici in test analitici per fattori di rischio
cardiovascolare. Omocist(e)ina: Modalità di misura della omocisteina totale. Il problema degli
intervalli di riferimento per la Hcy. Quando e come utilizzare i saggi per la omocisteina.
Iperomocisteinemia moderata,intermedia e severa. Stili di vita ed alimentazione che inducono livelli
elevati di omocisteina. Rischio di mortalità da malattia cardiovascolare, rischio di esiti avversi in
gravidanza e rischio di demenza senile associati a livelli progressivamente elevati di omocisteina.
Evoluzione biotecnologica nei marcatori di fase acuta. Il caso della Proteina C reattiva (CRP): cenni
sulla struttura e ruolo biologico. Dalla scoperta della CRP all'uso diagnostico di questo biomarcatore.
Biomarcatori dosabili nel sangue per la fase acuta. L'importanza del LoD basso. Perchè la CRP sta
soppiantando altri esami come la VES. Intervalli di riferimento della CRP. Evoluzione dei test per la
CRP; differenze fra i test tradizionali per la CRP a bassa sensibilità ed i saggi con limite di detection
molto basso per il dosaggio della CRP ad alta sensibilità (hsCRP). Importanza del dosaggio della
HCY e hsCRP per la valutazione della infiammazione cronica di basso grado; ORs relativi a rischio di
patologie cardiovascolari associati a diversi livelli di hsCRP. Confronto fra HCY,
hsCRP,colesterolo,fumo e pressione sistolica arteriosa come fattori di rischio di patologie
cardiovascolari. Differenze fra gli studi prospettici europei ed americani. Effetti dell'uso di trattamenti
ormonali sui livelli di HCY e hsCRP in giovani donne italiane. L'approccio attuale e prospettive future
di determinazione simultanea di fattori di rischio multipli per il rischio di malattia coronaria.
Modulo III (CFU 2, Antonio Beltrame)
PROGRAMMA DEL CORSO
1. Metodi di patologia molecolare 2. Patologie genetiche: a. Patologie cardiovascolari, 3. Neoplasie
ereditarie: a. Carcinoma mammario ereditario, b. Poliposi adenomatosa familiare, Sindrome di Turcot e
di Peutz-Jeghers, c. Cancro colonrettale ereditario non-poliposico, d. Neoplasie endocrine multiple
(MEN), e. Neurofibromatosi, f. Mutazioni di TP53 e sindrome di Li-Fraumeni, g. Sindrome di
von-Hippel Lindau. 4. Tumori solidi: a. Carcinoma mammario, b. Carcinoma uroteliale, c. Gliomi, d.
Identificazione molecolare di neoplasie occulte. 5. Ematopatologia neoplastica: a. Leucemia mieloide
acuta, b. Leucemia acuta linfoblastica, c. Linfomi B, d. Linfomi T, e. Disordini mieloproliferativi e
sindromi mielodisplastiche
:
Bibliografia:
MODULO I
Saranno fornite agli studenti copie delle slide. Testi di
riferimento:Covelli-Spandrio; Medicina di Laboratorio o qualunque testo di Medicina di Laboratorio.
MODULO II BIBLIOGRAFIA: • Panteghini M. Interpretazione degli esami di laboratorio.
Piccin ed. 2008 • Galzigna, Plebani. Biochimica clinica generale. Piccin ed. 2010
BIBLIOGRAFIA DI APPROFONDIMENTO: • Balestrieri, D'Amora, Giordano, Napoli, Pavan.
Diagnostica Molecolare nella Medicina di Laboratorio Piccin ed. 2009
MODULO III
MOLECULAR PATHOLOGY IN CLINICAL PRACTICE; DEBRA G.B. LEONARD (EDITOR)
SPRINGER LE BASI PATOLOGICHE DELLE MALATTIE; ROBBINS E COTRAN; ELSEVIER
Modalità d'esame:
La valutazione del profitto sarÃ
comprendente domande a risposta aperta.
effettuata mediante prova scritta
Farmacologia e principi di preparazione dei farmaci
Docente: Laura Perissin, Federico Fogolari
Crediti: 6
Finalità : L'insegnamento è finalizzato all'apprendimento dei principi su cui si basa l'azione dei
farmaci mediante valutazione degli aspetti fondamentali della farmacodinamica e della
farmacocinetica, per la comprensione delle basi necessarie alledefinizione di strategie farmacologiche
già codificate ed innovative. L'obiettivo principale è di approfondire le conoscenze dello studente
nei confronti delle applicazioni terapeutiche di farmaci biotecnologici attualmente impiegati e di quelli
in fase di sperimentazione, con particolare riferimento alle proteine terapeutiche, agli anticorpi
monoclonali ed ai vaccini. Inoltre, verranno analizzate e discusse le problematiche specifiche relative
alla sperimentazione pre-clinica e clinica dei farmaci biotecnologici rispetto ai farmaci classici Il corso
comprende anche un modulo di bioinformatica finalizzato a far acquisire allo studente i concetti di base
della modellistica molecolare utilizzati ai fini della progettazione di farmaci. In particolare si
approfondiranno gli strumenti di calcolo per la stima dell'energia associata all'interazione fra farmaco e
target molecolare per la valutazione della conformazione di legame più stabile. Una parte del corso
sarà costituita da una esercitazione in aula informatica sull'uso di un programma di docking.
Programma: Modulo I (CFU 3, prof.ssa Laura Perissin )
1. OBIETTIVO SPECIFICO Al termine del Corso lo studente sarà in grado di: a) descrivere i
concetti generali ed i principi che regolano la farmacocinetica e la farmacodinamica. b) spiegare la
variabilità nelle risposte ai farmaci e le loro possibili interazioni c) descrivere le principali
caratteristiche e peculiarità delle varie classi di farmaci tradizionali e confrontarle con quelle relative
ai farmaci biotecnologici d) descrivere le problematiche specifiche relative alla sperimentazione
pre-clinica e clinica dei farmaci biotecnologici rispetto ai farmaci tradizionali
2. PROGRAMMA Presentazione degli obiettivi formativi e del programma Introduzione e
definizioni. Barriere biologiche Meccanismi di trasporto Farmacocinetica: Vie di somministrazione,
Assorbimento, Distribuzione, Eliminazione dei farmaci: biotrasformazione ed escrezione. Modelli
farmacocinetici. Farmacodinamica: recettori, interazione farmaco-recettore, farmaci agonisti,
antagonisti, agonisti parziali, agonisti/antagonisti. Relazione dose-effetto: potenza, efficacia massima,
indice terapeutico Interazioni tra farmaci Effetti avversi dei farmaci Variabilità nella risposta ai
farmaci: ipersensibilità , iposensibilità , idiosincrasia, tolleranza, tachifilassi, resistenza, dipendenza
Modelli sperimentali per lo studio degli effetti dei farmaci Sviluppo di nuovi farmaci Farmacogenetica
Nanotecnologie e farmaci Farmaci biotecnologici Sperimentazione pre-clinica e clinica dei farmaci
tradizionali e biotecnologici Verranno trattate le classi di farmaci sotto elencate (con particolare
riferimento al loro meccanismo d'azione): Farmaci per il trattamento dell'infiammazione e del dolore:
Antinfiammatori non steroidei (FANS) Glucocorticoidi Antagonisti dell'istamina Farmaci per il
controllo del dolore: Narcotici: Oppiacei (Morfina, codeina) ed antagonisti (naloxone) Anestetici
locali Antiemicranici (Cannabinoidi) Farmaci attivi sul Sistema Nervoso Centrale: Anestetici generali
Ipnotici Antiepilettici Ansiolitici Antidepressivi Neurolettici (Psicostimolanti) Farmaci attivi sul
sistema cardiovascolare: Inotropi positivi Antiaritmici Antianginosi Antipertensivi Diuretici Farmaci
attivi sul sangue: Antiaggreganti Anticoagulanti Fibrinolitici Farmaci attivi sulla muscolatura
scheletrica: Antiparkinsoniani Miorilassanti centrali Bloccanti della placca neuromuscolare Farmaci
attivi sul sistema endocrino Steroidi sessuali Insulina ed ipoglicemizzanti orali Ormoni ipotalamici e
dell'ipofisi Ormoni tiroidei Farmaci per il trattamento delle malattie infettive: Antibatterici Antivirali
Farmaci antineoplastici Tossicodipendenze
Modulo II (CFU 3, prof. Federico Fogolari )
1. OBIETTIVO SPECIFICO Il modulo di Principi di progettazione di farmaci e' finalizzato a far
acquisire allo studente i concetti di base della modellistica molecolare utilizzati ai fini della
progettazione di farmaci. In particolare si approfondiranno gli strumenti di calcolo per la stima
dell'energia associata all'interazione fra farmaco e target molecolare per la valutazion e della
conformazione di legame più stabile. Una parte del corso sarà costituita da una esercitazione in aula
informatica sull'uso di un programma di docking.
2. PROGRAMMA Introduzione alla modellistica e alla simulazione nel processo di sviluppo di un
farmaco. Virtual screening, modifiche molecolari, isosteri. Lipinski rule of five. Rappresentazione di
molecole: I formati Mol, InChI, SMILES. Database di composti chimici e loro utilizzo. Pubchem.
Modellistica e chemoinformatica Derivazione di farmacofori e loro utilizzo. Recupero di informazioni
mediante Hash tables. Ricerca di sottostrutture, rappresentazione della struttura come grafo. Uso di
bitstring per rappresentare i composti. Structural keys e Hashed fingerprints. Derivazione di un
Farmacoforo 3D, spazio conformazionale di un composto. Ricerca sistematica vincolata. Metodi basati
su Clique detection. Banche dati 3D. Ricerca di similarita' fra molecole, descrittori molecolari. Alcune
definizioni di distanze in uso. Selezione di composti "diversi". Energia libera di legame e
approssimazioni. Calcolo di energie con metodi ibridi: meccanica molecolare e superficie esposta.
Physical effective energy functions (PEEFs) e Statistical effective energy functions (SEEFs).
Knowledge based potentials. Docking molecolare Flexible e rigid docking. Algoritmi di docking, Gradi
di liberta' del ligando. Il programma DOCK. Tecniche di docking: Metodi Monte Carlo, Simulated
annealing. Algoritmi genetici. Costruzione incrementale del ligando. Il programma Autodock. Design
di ligandi basato sulla struttura. Metodi Outside-in e Inside-out. Il programma Grid. Posizionamento e
assemblaggio di frammenti. Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR) Il modello lineare.
Stima ai minimi quadrati dei parametri. Cenni su regressione multilineare e analisi della varianza.
Cenni su Principal component analysis e Partial Least Squares.
:
Bibliografia: MODULO I
BIBLIOGRAFIA: Katzung B.G., Masters S.B. e Trevor A.J.: Farmacologia generale e clinica. 7°
Edizione, Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova, 2011. Lullmann H e Mohr K.: Farmacologia e
Tossicologia. Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova, 2001. BIBLIOGRAFIA DI
APPROFONDIMENTO: Goodman Gilman A. Le Basi Farmacologiche della Terapia. 11°
Edizione. L..L. Brunton, J.S. Lazo e K.L. Parker Eds. McGraw-Hill Milano -New York, 2006.
MODULO II
BIBLIOGRAFIA: Dispense del docente Andrew R. Leach Molecular Modelling: Principles and
applications. Prentice Hall 2001
:
Modalità d'esame: MODULO I La valutazione del profitto sarà effettuata mediante prova
scritta comprendente domande a risposta aperta.
MODULO II La valutazione del profitto sarà effettuata mediante prova scritta comprendente
domande a risposta aperta.
Genetica generale
Docente: Emanuele De Paoli
Crediti: 6
Finalità : Il corso darà modo di comprendere come l'informazione genetica si manifesta negli
organismi viventi e viene trasmessa nel corso delle generazioni. In particolare si
concentrerà sull'analisi delle relazioni fra fenotipo e genotipo e sui metodi che possono portare
all'identificazione delle basi genetiche delle caratteristiche fenotipiche. Si studieranno le cause che
originano variazioni nell'informazione genetica e che danno origine alla biodiversità . Gli argomenti
verranno affrontati anche con esercitazioni pratiche basate sulla risoluzione di problemi.
Programma: Introduzione alla Genetica La relazione fra geni e caratteri. I diversi campi della
genetica. Eredità mendeliana Le leggi di Mendel dell'eredità . Probabilità e statistica.
Riproduzione e trasmissione dei cromosomi Le caratteristiche generali dei cromosomi. La divisione
cellulare. La riproduzione cellulare. La riproduzione sessuale. La teoria cromosomica dell'eredità ed i
cromosomi sessuali. Estensioni dell'eredità mendeliana Modalità ereditarie di singoli geni.
Interazioni geniche. Associazione e mappatura genetica negli eucarioti Associazione e crossing over.
Mappatura genetica nelle piante e negli animali. Mappatura genetica negli eucarioti aploidi.
Trasferimento genetico e mappatura genetica nei batteri e nei batteriofagi Il trasferimento genetico e
la mappatura nei batteri. La mappatura intragenica nei batteriofagi. Eredità non mendeliana Effetto
materno. Eredità epigenetica. Eredità extranucleare. Variazioni nel numero e nella struttura dei
cromosomi La variazione nella struttura cromosomica. La variazione nel numero dei cromosomi. I
meccanismi naturali e metodi sperimentali che producono variazioni del numero dei cromosomi.
Struttura molecolare e funzione del materiale genetico
Funzioni del materiale genetico.
Identificazione del materiale genetico. Il materiale genetico nei virus. Struttura degli acidi nucleici.
Organizzazione e struttura molecolare dei cromosomi Dimensioni dei cromosomi negli organismi
viventi. Organizzazione dei cromosomi in batteri ed eucarioti. Rimodellamento della cromatina.
Sequenze ripetitive del DNA. Replicazione del DNA Caratteristiche della doppia elica alla base del
meccanismo di replicazione. Apparato di replicazione: caratteristiche e funzione. Tipologia e ruolo
delle DNA polimerasi procariotiche ed eucariotiche. Replicazione del DNA e regolazione del ciclo
cellulare nei batteri. Replicazione del DNA negli eucarioti. Trascrizione genica Definizione di gene
e di espressione genica. Dogma centrale della biologia. Trascrizione nei procarioti. Trascrizione e
maturazione dell'RNA negli eucarioti. Esoni ed introni. Splicing dell'RNA. Traduzione e codice
genetico La struttura delle proteine. Sintesi proteica. Meccanismo di traduzione e codice genetico.
Regolazione della trascrizione genica nei procarioti e nei loro virus Espressione genica costitutiva,
inducibile e reprimibile. Regolazione positiva e negativa dell'espressione genica. Operoni. L'operone
lattosio e l'operone triptofano in E. coli. Ciclo e regolazione del fago Lambda. Mutazione genica e
riparazione del DNA Definizione di mutazione. Vantaggi e svantaggi delle mutazioni. Tipi di
mutazioni e caratteristiche fondamentali del processo. Agenti mutageni e loro azioni. Effetti fenotipici
delle mutazioni. Meccanismi di riparazione del DNA. Ricombinazione e conversione genica
Ricombinazione omologa. Modelli di ricombinazione omologa: fasi e meccanismo. Macchinario di
E.coli coinvolto nella ricombinazione. Sovrapposizione dei processi di ricombinazione e riparazione.
Conversione genica. Meccanismi di ricombinazione non omologa. Tecnologie del DNA ricombinante
Clonaggio genico. Mappatura di restrizione. Reazione a catena della polimerasi (PCR). Rilevazione di
geni, prodotti genici e interazioni DNA-proteine. Sequenziamento del DNA.
Modalità d'esame: Prova scritta con esercizi e domande di teoria. Le date di esame sono
riportate su Esse3. E' necessario prenotarsi per le prove di esame.
Bibliografia: Peter Snustad e Michael J. Simmons. Principi di genetica. Quarta edizione italiana.
EdiSES Edizioni Scientifiche ed Universitarie. Peter J. Russell. I-Genetica. Edises. Anthony Jf
Griffiths, William M Gelbart, Richard C Lewontin, David T Suzuki, Jeffrey H Miller, Susan R
Wessler. Genetica. Principi di analisi formale. Sesta edizione italiana. Zanichelli Editore
Genetica speciale e bioinformatica (corso integrato)
Docente: Michele Morgante, Incoronata Lonigro
Crediti: 6
Finalità : Il I Modulo si propone di approfondire le basi molecolari della trasmissione dei caratteri e
l'organizzazione dei geni nei genomi assieme alle metodiche per la loro analisi. In particolare per il
primo aspetto si concentrerà sull'analisi dei geni a livello delle popolazioni e macroevolutivo e
sull'analisi dei geni che sottostanno a caratteri complessi e quantitativi. Per il secondo aspetto invece si
affronteranno l'organizzazione e la struttura del genoma in batteri, animali e vegetali, i metodi e
strategie per il sequenziamento dei genomi e dei trascrittomi, le metodiche per l'identificazione ed
analisi dei polimorfismi genetici, la costruzione di mappe fisiche e genetiche e la genomica comparata.
Le esercitazioni di laboratorio saranno usate per consentire agli studenti di acquisire familiarità con
gli strumenti sia di genetica molecolare sia informatici e statistici necessari per l'analisi della
variabilità genetica a livello di sequenza di DNA nelle popolazioni naturali, con una particolare
attenzione alle tecnologie di sequenziamento del DNA di nuova generazione ed ai problemi informatici
correlati al loro utilizzo. Il II Modulo si propone di affrontare le tematiche riguardanti latrasmissione
dei caratteri ereditari dell'uomo e in particolare si tratteranno le tematiche riguardanti la trasmissione
dei caratteri ereditari dell'uomo con particolare riferimento: i) agli aspetti molecocolari alla base delle
malattie ereditarie; ii) alle tecniche di isolamento ed identificazione dei geni malattia dell'uomo; iii)
agli aspetti applicativi delle biotecnologie per la diagnosi e prevenzione delle malattie ereditarie.
Programma: MODULO I (CFU 3, Michele Morgante)
Programma non pervenuto
MODULO II (CFU 3, Incoronata Lonigro)
Far comprendere allo studente gli aspetti tecnici più problematici e la richiesta di innovazione
tecnologica che accompagnano: la diagnosi molecolare di patologie a base genetica e quindi ereditarie;
l'individuazione di portatori sani di mutazione; la necessità e possibilità di interventi terapeutici per
patologie ereditarie.
• Concetti generali Di cosa si occupa la Genetica Umana - Genetica e Medicina Classificazione delle
malattie a base genetica: Monofattoriali e multifattoriali Gli alberi genealogici nella valutazione
dell'ereditarietà dei caratteri dell'uomo: eredità autosomica dominante e autosomica recessiva
eredità X-linked dominante ed X-linked recessiva
• Analisi di linkage e polimorfismi del DNA Siti marcatori e strategie di clonaggio dei geni umani:
walking e jumping cromosomico shut-gan sequencing e banche dati nel progetto genoma umano
• Genetica molecolare delle principali malattie monofattoriali: perdita di funzione di una proteina
acquisizione di funzione tossica di una proteina acquisizione di funzione tossica dell'mRNA alterato
dosaggio genico (duplicazione ed aploinsufficienza) amplificazione di triplette alterazione
dell'imprinting e disomia uniparentale
• Mutazioni del DNA mitocondriale eteroplasmia ed eredità matrilineare
• Tecnologie e strategie applicate alla diagnosi molecolare di malattie ereditarie monogeniche ed ai
portatori sani di mutazione (esempi) RFLP, SSCP e sequenziamento Strategie di discriminazione
allelica: Ibridazione allele-specifica, PCR allele-specifica (ASO), oligonucleotidi Strategici in PCR
Strategie di dosaggio genico: Real-time PCR ed MLPA (tipologie, applicabilità , vantaggi e limiti delle
metodiche) Strategie di sizing: VNTR, southern blot
• Cenni di diagnosi prenatale
• Cenni di Genetica dei tumori Mutazioni somatiche e germinali in oncologia umana Oncogeni Geni
oncosoppressori Cooperazione oncogenica Ereditarietà dei tumori Geni coinvolti nelle principali
neoplasie ereditarie
• Basi molecolari dello sviluppo embrionale (cenni) Modelli animali per lo studio del ruolo dei geni
nello sviluppo embrionale Segnali intercellulari, recettori, fattori di trascrizione Il differenziamento
cellulare: meccanismi di trascrizione tessuto-specifica Geni Hox Geni Pax Basi molecolari dello
sviluppo degli arti Basi molecolari della cariogenesi
• Laboratori: - Estrazione di DNA genomico da linee cellulari in coltura (HeLa o CD5A o CE11560).
- Diverse metodchei di quantificazione del DNA a confronto: valutazione e gestione della qualità di
dato. - Elettroforesi del DNA e controllo di processo. - Digestione enzimatica del DNA genomico
estratto e di un plasmide con enzima di restrizione a sei basi. - Visualizzazione di bande e smear
genomico mediante elettroforesi su gel d'agarosio. - Applicazione diretta di una delle strategie di
diagnosi molecolare illustrate nelle lezioni frontali e in particolare:
discriminazione allelica di
singola point-mutation per PCR con oligonucleotidi strategici, digestione enzimatica ed elettroforesi
su gel d'agarosio utilizzando il DNA di soggetti sani di controllo e soggetti affetti da patologia
neuromuscolare ereditaria. - Interpretazione diagnostica dei risultati ottenuti.
Bibliografia: MODULO II
MODULO II Thompson & Thompson - Genetica in Medicina -Idelson-Gnocchi Editore Jack J.
Pasternak - Genetica Molecolare Umana - Zanichelli
Modalità d'esame: MODULO I
MODULO II L'esame consiste in una prova scritta di massimo n.10 domande, alcune a risposta aperta,
altre chiuse a scelta multipla. Saranno argomento d'esame anche le lezioni teorico/pratiche effettuate
durante le esercitazioni in laboratorio.
Modalità di contatto con i docenti: Michele Morgante:
Incoronata Lonigro: Da concordarsi con gli studenti all'inizio del corso.
Istologia, morfologia e funzioni degli organismi animali
Docente: Monica Colitti
Crediti: 9
Programma :
Microscopia : ottica, a contrasto di fase, in campo scuro; elettronica
(SEM, TEM). Principali tecniche istologiche.
Citologia:
Organizzazione della cellula
animale: membrana plasmatica, componenti cellulari; Giunzioni tra le cellule. Meiosi e mitosi. Ciclo
cellulare. Apoptosi.
Istologia:
Tessuto epiteliale: di rivestimento, secernente, sensoriale,
particolarmente modificato. Il pelo.
Tessuto connettivo: propriamente detto, adiposo, osseo e
cartilagineo.
Il sangue: composizione, g lobuli rossi, globuli bianchi, piastrine.
Tessuto
muscolare: striato, liscio e miocardio.
Tessuto nervoso (SNC SNP, glia).
Anatomia
macroscopica
Apparato scheletrico
Scheletro assile. Colonna vertebrale, vertebre. Coste,
Sterno. Cenni a ossa del neurocranio e dello splacnocranio Scheletro appendicolare arto e cinto
toracico, arto e cinto pelvico
Artrologia e sindesmologia
Le articolazioni, classificazione
funzionale e morfologica. I diversi tipi di articolazioni nell'organismo animale. Legamento
sovraspinoso e legamento sospensore del nodello. Legamento crociato.
Miologia
Caratteristiche generali; principali muscoli della testa, del collo del torace dell'addome dell'arto toracico
e dell'arto pelvico
Apparato circolatorio
Il cuore; Grande circolazione, piccola circolazione;
principali rami arteriosi e venosi della circolazione generale; sistema linfatico. Struttura vasi sanguigni
e linfatici.
Sistema immunitario
Classi di immunoglobuline; Risposta immunitaria primaria e
secondaria; Immunità umorale e cellulo-mediata. Milza, linfonodo.
Apparato respiratorio
Cavita' nasale, laringe, trachea, bronchi. Polmoni.
Apparato digerente
Bocca, denti e
ghiandole annesse; Faringe ed esofago; Stomaco dei monogastrici; Prestomaci e stomaco dei ruminanti;
Intestino tenue; Intestino crasso; Fegato; Pancreas
Apparato urinario
I reni e le vie uranifere:
ureteri, vescica, uretra
Apparato genitale femminile Ovaie; Ovogenesi; vie genitali, tube
uterine; Utero - differenze strutturali delle varie specie animali; Placenta - differenze strutturali delle
varie specie animali
Ghiandola mammaria
Struttura, vascolarizzazione innervazione.
Apparato genitale maschile
Testicoli; Spermatogenesi; Vie genitali Epididimo, Dotto deferente e
ghiandole annesse
Apparato endocrino
Ipofisi; Epifisi; Tiroide; Paratiroidi; Surrenali
Sistema nervoso
Sistema nervoso centrale: encefalo, midollo spinale. Sistema nervoso periferico:
fibre nervose; nervo misto; S.N. simpatico e parasimpatico. Aree corticali.
Fisiologia
Fisiologia del sistema nervoso
Potenziale di membrana, pompa sodio/potassio, potenziale d'azione,
sinapsi eccitatorie, sinapsi inibitorie, propagazione dell'impulso, inattivazione dei mediatori chimici,
propagazione dell'impulso nervoso nelle fibre mieliniche, conduzione saltatoria, le aree corticali,
mappe del cervello.
Fisiologia dell'apparato muscolare
contrazione muscolare, energia della
contrazione
Fisiologia dell'apparato circolatorio
modalità di propagazione dell'eccitamento
del miocardio, regolazione nervosa, caratteristiche del circolo nei vari distretti, ritmo cardiaco,
pressione sanguigna.
Fisiologia dell'apparato digerente
prensione degli alimenti solidi,
assunzione di liquidi, masticazione secrezione salivare, composizione saliva; digestione gastrica
(monogastrici), succo gastrico, componenti inorganici e organici, funzioni. Controllo
dell'attività secretiva dello stomaco, meccanismo di secrezione delle cellule parietali.
Motilità gastrica. Digestione nei poligastrici, movimenti ruminali, eruttazione, ruminazione,
microrganismi del rumine, digestione ruminale dei glucidi, utilizzo degli AGV, digestione ruminale
delle proteine e dei lipidi; sintesi delle vitamine. Succo pancreatico, controllo della secrezione
pancreatica. Bile, Sali biliari. Digestione intestinale, succo enterico. Assorbimento: dei glucidi, dei
lipidi, delle proteine, delle vitamine, del ferro. Fegato: metabolismo glucidico, lipidico, proteico.
Fisiologia dell'apparato respiratorio
relazione tra respirazione esterna e interna. Inspirazione,
espirazione, capacità vitale; ventilazione polmonare, controllo della respirazione, riflessi respiratori.
Scambi gassosi e trasporto dei gas nel sangue: trasporto dell'ossigeno, trasporto dell'anidride carbonica.
Fisiologia dell'apparato urinario
filtrazione glomerulare. Clearance. Riassorbimento tubulare,
secrezione tubulare. Concentrazione dell'urina. Regolazione dell'equilibrio acido-basico. Funzioni
endocrine del rene. Composizione dell'urina.
Fisiologia dell'apparato riproduttore
fasi ciclo
estrale, ormoni coinvolti nelle diverse fasi del ciclo. Funzioni endocrine della placenta. Controllo
ormonale del parto. Lattogenesi e galattopoiesi, aspetti ormonali.
Fisiologia dell'apparato
endocrino
meccanismo d'azione degli ormoni proteici e steroidei. Tiroide, sintesi ormoni. Azione
degli ormoni tiroidei. Paratiroidi, ormoni; metabolismo del calcio. Pancreas endocrino. Ghiandole
surrenali, ormoni. Risposta allo stress. Recettori ormoni della midollare e azioni. Ipofisi: adenoipofisi,
ormoni e azioni. Neuroipofisi, ormoni e azioni.
Esercitazioni
Osservazione al
microscopio ottico dei principali tipi di tessuti, riconoscimento.
Il sangue: striscio, colorazione,
conta, osservazione delle cellule del sangue.
Dissezione di cuore bovino, equino e suino.
Dissezione di stomaco di maiale e di cavallo.
Dissezione di rene bovino e suino.
Dissezione
di utero, ovaie e testicoli di bovino ed equino.
Bibliografia
Bortolami R.,
Callegari E., Beghelli V. - Anatomia e fisiologia degli animali domestici
Edagricole,
Bologna, ultima ed.
radson R.D. - Anatomia, fisiologia e morfologia degli animali
domestici - Ed. Ermes, Milano, 1987.
LP Gartner, JL Hiatt Istologia (terza ed.) EDISES
LP Gartner, JL Hiatt Atlante di istologia EDISES
HD Dellmann JA Eurell Istologia
e anatomia microscopica veterinaria Casa Ed Ambrosiana
Hyll, Wyse, Anderson
Fisiologia animale - Zanichelli
German, Stanfield Fisiologia III ed. EDISES
Appunti forniti dal docente
Modalità d'esame
Test scritto per la parte
istologica, esame orale finale.
Orario di ricevimento
Dopo le lezioni
Matematica e statistica (corso integrato)
Docente: Paolo Vidoni, Paolo Baiti
Crediti: 11
I° Modulo : (CFU 5, prof. Paolo Baiti)
1. Obiettivi del corso
L'obiettivo del
corso è presentare allo studente le nozioni di base della matematica necessarie per la sua
professionalità .
2. Programma del corso
• Introduzione sulla logica e i metodi
della matematica.
• I numeri.
• Il concetto di
funzione.
• Limiti e continuità .
• Calcolo differenziale ed integrale in
una variabile con applicazioni.
• Serie numeriche.
• Equazioni
differenziali.
3. Testi di consultazione
• P. Baiti e L. Freddi, Corso Integrato di
Matematica per le Scienze Naturali ed Applicate, Ed. Forum, Università di Udine, 2005.
•
M. Trombetta, Corso Introduttivo di Matematica, Ed. Forum, Università di Udine, 2004 (Testo
consigliato per riepilogo ed approfondimento di argomenti di base).
• D. Benedetto, M. Degli
Esposti, C. Maffei, Matematica per le Scienze della Vita, Casa Editrice Ambrosiana, 2008 (Testo
consigliato per approfondimenti rivolti alle scienze naturali).
• Appunti delle lezioni.
4.
Modalità d'esame
Scritto e orale.
II° Modulo : (CFU 6, Prof. Paolo Vidoni)
1. Obiettivi del corso
L'obiettivo
del corso è introdurre lo studente a quelli che sono i concetti fondamentali della Statistica descrittiva e
inferenziale, quale strumentazione di base per l'analisi dei dati e lo studio dei fenomeni aleatori. Tali
nozioni verranno presentate sottolineando l'ambito delle applicazioni, pur senza tralasciare gli aspetti
formali. In particolare si forniranno alcuni strumenti di base necessari alla comprensione della
letteratura scientifica e alla esecuzione delle attività proprie dell'operatore in biotecnologie
2.
Programma del corso
• Statistica descrittiva
- Introduzione alla Statistica.
Variabili, modalità e distribuzioni di frequenza.
- Indici di posizione.
- Indici di variabilità .
- Analisi statistiche multivariate
• Calcolo delle ProbabilitÃ
- Probabilità elementare.
Semplici applicazioni alla genetica.
- Variabili casuali univariate discrete e continue; media,
mediana, moda, quantili, varianza, deviazione standard.
- Modelli probabilistici (uniforme discreta e
continua, binomiale, geometrica, Poisson, normale, esponenziale, chi-quadrato, t di Student, F di
Fisher).
- Variabili casuali bivariate discrete e continue. Funzione di ripartizione congiunta.
Distribuzioni di probabilità marginali. Indipendenza tra due variabili casuali. Distribuzioni di
probabilità condizionate. Covarianza e coefficiente di correlazione. Variabili casuali multivariate
(cenni). Le variabili casuali somma e media campionaria.
- Convergenza e teoremi limite (cenni).
• Inferenza Statistica
- Introduzione all'inferenza statistica; modelli statistici, statistiche
campionarie e distribuzioni campionarie.
- Funzione di verosimiglianza e rapporto di probabilità .
- Stima puntuale; il metodo dell'analogia, il metodo della massima verosimiglianza, proprietà degli
stimatori; standard error.
- Stima intervallare; intervalli di confidenza per la media e per la varianza
di una popolazione normale, intervalli di confidenza per la media di una popolazione non normale, nel
caso di grandi campioni.
- Verifica di ipotesi; teoria dei test, il p-valore. Test sulla media e sulla
varianza di una popolazione normale, test sulla media di una popolazione non normale per grandi
campioni.
• Complementi di Inferenza Statistica
- Confronto tra proporzioni; test per
il confronto tra due proporzioni, test chi-quadrato di adattamento, test esatto di Fisher, test chi-quadrato
di indipendenza.
- Confronto tra campioni indipendenti; test per il confronto tra due medie.
- Il
problema dei test multipli (cenni).
- Regressione (cenni con riferimento alla regressione lineare
semplice).
- Correlazione (cenni).
3. Testi di consultazione
• Camussi, Mölle,
Ottaviano, Sari Gorla, Metodi Statistici per la sperimentazione biologica, 2a ed., Zanichelli, 1995.
• F.M. Stefanini, Introduzione alla Statistica applicata con esempi in R, Pearson Education, 2007
• G. Cicchitelli, Probabilità e Statistica, Maggioli Editore, 1984.
• Appunti delle
lezioni.
4. Modalità d'esame
L'esame consiste in una prova scritta e in una eventuale
prova orale. Entrambe le prove dovranno essere superate nello stesso appello.
Microbiologia (corso integrato)
Docente: Marcello Civilini, Alessandra Arzese
Crediti: 6 Finalità Il corso nel I Modulo fornisce i concetti della biodiversità microbica a livello
strutturale, metabolico ed eco-fisiologico. Evidenzia il ruolo dei microrganismi nelle principali
trasformazioni agro-alimentari. Fornisce la metodologia per la tracciabilità microbica all'interno dei
processi. Include studi ed approfondimenti di microbiologia industriale e problematiche ambientali. Il
corso ha inoltre l'obiettivo attraverso il II Modulo di fornire agli studenti le conoscenze sulle
proprietà strutturali, metaboliche, genetiche e di trasmissibilità dei microorganismi (prioni, virus,
batteri, funghi, protozoi e parassiti) con particolare attenzione a quelli capaci di infettare e di
trasmettersi sia all'Uomo sia agli altri animali. Verrà approfondito l'iter di diagnostica microbiologica
con speciale riferimento alle metodologie di interesse biotecnologico e molecolare.
Programma
Ruolo dei microrganismi nelle biotecnologie. Apprendimento della
biodiversità microbica attraverso lo studio della struttura e dei metabolismi dei procarioti ed eucarioti.
Interazione microrganismo -ospite uomo. Ruolo dei microrganismi come agenti di malattie infettive.
Approccio tradizionale e biomolecolare per l'identificazione microbica, sensibilità agli antibiotici e
sue applicazioni in ambito medico. Microrganismi applicati alle produzioni e trasformazioni
Agro-Alimentari ed Ambientali.
• 1 MED-AGR Presentazione del corso. Libri di testo, modalità esame. Laboratorio. Cenni storici, I
microbi che hanno dato forma al mondo. I progressi della microbiologia nela medicina. Suo ruolo nello
sviluppo delle biotecnologie. Regno dei Protisti Procarioti ed eucarioti,
• 2 MED Cellula batterica Citologia degli Schizomiceti: Il peptidoglicano, membrana esterna,
lipopolisaccaride, porine, lipoproteine, acidi teicoici, struttura e sintesi. Strutture esterne alla parete
(ciglia, flagelli, pili, capsula),
• 3 AGR Membrana citoplasmatica, citoplasma, materiale nucleare, spora, materiali di riserva.
Moltiplicazione degli Schizomiceti: scissione binaria, tempo di generazione cinetica di sviluppo di una
coltura microbica. Accrescimento e sviluppo eumiceti
• 4 AGR Nutrizione dei microrganismi: fonti di energia, fonti di carbonio e di altri elementiAssorbimento di sostanze nella cellula. Influenza dell'ambiente sullo sviluppo microbico: fattori fisici,
chimici e biologici.
• 5 AGR Determinazione della concentrazione e della massa cellulare Metabolismo microbico:
produzione e utilizzazione delle fonti energetiche; Il processo respiratorio aerobico ed anaerobico;
biosintesi dei principali costituenti cellulari. Cenni sulla regolazione delle vie metaboliche.
• 6 AGR Fermentazioni
• 7 AGR Fermentazioni
• 8 MED Genetica batterica: acidi nucleici, Genetica batterica: cromosoma, e materiale genetico
extracromosomiale, Plasmidi transposoni, retrotransposoni mutazioni e ricombinazioni genetiche.
Fattori di resistenza e isole di patogenicità . Ingegneria genetica e tecniche del DNA ricombinante.
• 9 MED Le principali classi di antibiotici antibatterici: Beta lattamici, amino glicosidi,
chinolonici,Tetracicline, macrolidi, Le recenti molecole
• 10 AGR- MED Introduzione alle tecniche microbiologiche di laboratorio. I metodi tradizionali e i
metodi moderni. Metodi diretti: Terreni di coltura, evidenziazione degli antigeni, evidenziazione del
genoma. I metodi indiretti : sierologia.
• 11 AGR La tassonomia microbica: criteri per la classificazione dei microrganismi. Metodi classici e
moderni di identificazione microbica
• 12 MED Virus: caratteristiche generali; i batteriofagi- Relazione microrganismo-ospite: principali
virus di interesse agrario
• 13 AGR Eumiceti: caratteristiche morfologiche e riproduttive. Micotossine. Microbiologia enologica
e della birra
• 14 MED Cenni di Micologia medica. Muffe jaline e muffe demaziacee, Lieviti, Dermatofiti. Incertae
sedis.
• 15 MED Parassitologia generale e medica Cicli biologici, vettori. Cenni epidemiologici e rilevanza
clinica. Protozoologia. Plasmodi, Amebe. Flagellati: Trichomonas, Tripanosomi, leishmania.
• 16 MED I Vermi. Cestodi trematodi nematodi. Tenie, Echinococco, Anchilostoma,Trichiura, Ascaris,
Cenni sui vermi ematici
• 17 MED Interazione ospite parassita le difese naturali alle infezioni negli animali
• 18 MED Interazione ospite parassita le difese naturali alle infezioni negli animali
• 19 AGR Principali famiglie di microorganismi di interesse agrario - Microorganismi dei foraggi
insilati - Microrganismi del tratto digerente degli animali poligastrici
• 20 MED Le difese artificiali dai microorganismi patogeni sterilizzazione e disinfezione Vaccini e
sieri
• 21 AGR Cicli Carbonio, Azoto Fosforo, Ferro.
• 22 AGR Microbiologia della trasformazione di residui agro-alimentari - Associazioni tra popolazioni
microbiche, Microbiologia della depurazione dei reflui agro-alimentari.
• 23 AGR MED Microbiologia delle acque Agenti di infezione, tossinfezione ed intossicazione
trasmessi da acque: Batteri, virus, alghe e loro tossine
• 24 AGR MED Microbiologia degli alimenti: microrganismi utili, alterativi e patogeni- Microbiologia
dei prodotti lattiero-caseari e delle carni. Agenti di infezione, tossinfezione ed intossicazione trasmessi
da alimenti: Batteri, virus , miceti, micotossine.
• ESERCITAZIONI DI LABORATORIO Dodici ore di laboratorio: • Regole di buona pratica in
laboratorio. • Aspetti di sicurezza in laboratorio di microbiologia. • Introduzione alle
tecniche base del laboratorio di microbiologia • Allestimento ed osservazione dell'esame
colturale. • Riconoscimento varie morfologie coloniali. • Esecuzione colorazione di Gram
e di Ziehl Nielsen. • Osservazione microscopica dei preparati. • Allestimento saggi
biochimici, sierologici e di antibiotico-sensibilità . • Interpretazione profili biochimici e
identificazione del germe . • Lettura ed interpretazione dell'antibiogramma. • Ricerca
antigeni in materiali biologici. • Ricerca tossine in materiali biologici.
Bibliografia: Madigan Mt, Martinko JM, Stahl DA, Clark DP. BROCK - BIOLOGIA DEI
MICROGANISMI, voll. 1, 2, 3. Pearson Italia editore, Milano, Torino. Dispense del Docente
consegnate nel corso delle lezioni
Modalità d'esame: Esame orale
Modalità di contatto con i docenti: Prof. Alessandra Arzese martedi e giovedi previo
appuntamento Prof. Marcello Civilini - lunedì-venerdì previo
Modelli vegetali per le Biotecnologie
Docente: Giannina Vizzotto
Crediti: 6
Finalità : Fornire una conoscenza sul ciclo ontogenetico delle piante coltivate (erbacee e arboree):
germinazione, crescita della plantula, fase giovanile, transizione di fase, sviluppo del fiore, sviluppo del
seme e del frutto, senescenza e abscissione. Studio dei rapporti pianta-terreno, influenze ambientali
sulla crescita, produttività vegetale, nonché meccanismi di risposta delle piante a stress biotici e
abiotici, per un razionale impiego delle risorse genotipiche e ambientali.
Programma: Il corso prenderà in considerazione alcune problematiche relative alle produzioni
vegetali, fornendo lo spunto per trattare da un lato le principali tecniche agronomiche e colturali e
dall'altro le possibilità offerte dall'impiego delle biotecnologie.
Importanza delle specie coltivate e loro impieghi. Concetto di agroecosistema. Descrizione dei
principali fattori della produzione quanti-qualitativa delle colture. Riproduzione e propagazione delle
piante coltivate. Cicli di sviluppo e biologia delle principali specie coltivate erbacee e arboree.
Partizione degli assimilati. Crescita del frutto e fisiologia post raccolta. Dormienza dei semi e delle
gemme. Interazioni fra piante e ambiente fisico: influenza delle variabili climatiche sulla produzione
vegetale (rapporti acqua/suolo, bilancio idrico e determinazione dei fabbisogni idrici delle colture,
funzioni dei nutrienti e fertilizzazione, intercettazione dell'energia luminosa da parte delle colture e
strumenti per migliorarla). Sistemi di risposta e di adattamento alle variazioni ambientali e a stress
biotici. Principi di “crop physiology”; Sistemi agrari (colture di pieno campo e
frutticole, avvicendamento).
Bibliografia: Appunti di lezione e materiale disponibile via web Giardini L., Agronomia generale,
ambientale e aziendale. V ed. Patron, Bologna Autori diversi, Arboricoltura generale. Patron Editore,
Bologna
Modalità d'esame: Prova orale finale
Patologia e immunologia (corso integrato)
Docente: Marco Galeotti, Gaetano Vitale
Crediti: 12
Finalità : Il corso si propone di introdurre lo studente allo studio dei meccanismi biologici del
processo patologico negli animali e nell'uomo. Saranno descritte le principali cause del danno e le
risposte di cellule e tessuti agli stimoli nocivi. Saranno presentati i principali meccanismi di difesa
dell'organismo contro il danno e le infezioni. Particolare attenzione sarà rivolta all'aspetto molecolare
della patologia e dell'immunologia, allo scopo di evidenziare il ruolo delle biotecnologie nello studio e
nella cura delle malattie. I contenuti del corso sono di livello intermedio. Lo studente affronterà il
corso con un bagaglio di conoscenze propedeutiche di chimica, biochimica, biologia molecolare e
cellulare acquisite nei rispettivi corsi di base. Gli obiettivi del corso sono pertanto i seguenti. Definire
le basi teorico-pratiche della patologia generale, includendo i concetti di malattia, eziologia,
meccanismo patogenetico e quadro clinico. Sviluppare la comprensione dei processi patologici a livello
molecolare, cellulare, di organi e tessuti, così come dell'intero organismo. Comprendere i
meccanismi molecolari e cellulari associati alle risposte agli stimoli nocivi. Comprendere le alterazioni
molecolari e cellulari che sono associate al danno e alla morte delle cellule, cosi come alla
trasformazione neoplastica delle stesse. Introdurre lo studente allo studio e alla conoscenza dei
meccanismi molecolari e cellulari responsabili delle difese dell'organismo al danno e alle infezioni.
Descrivere i principali meccanismi patogenetici immuno-mediati. Presentare allo studente alcuni
modelli sperimentali utili allo studio e alla manipolazione della risposta immune. Analizzare, con l'uso
di modelli pratici di fisiopatologia molecolare, le principali aree di opportunità offerte dalle
biotecnologie per lo sviluppo di applicazioni diagnostiche e terapeutiche alla luce delle
criticità tuttora esistenti.
Programma :
MODULO I (cfu 6, Gaetano Vitale)
1. PROGRAMMA DEL CORSO 1. Introduzione ai concetti di infezione, interazioni ospite-parassita
ed immunità ; principali caratteristiche delle difese innate ed acquisite I - Immunità innata (4 lezioni)
2. Le linee di difesa dell'immunità innata • Il processo infettivo e le difese naturali •
Strategie e meccanismi di riconoscimento dei segni di un processo infettivo • PAMPs microbici e
principali PRRs 3. Meccanismi umorali innati • I fattori complementari • Attivazione del
complemento e meccanismi effettori 4. Meccanismi umorali innati • Regolazione dell'attivazione
del complemento • Interferoni 5. Le difese cellulomediate innate • I fagociti e la fagocitosi
• Le cellule natural killer (NK) II - Immunità acquisita: l'antigene e il riconoscimento specifico
(5 lezioni) 6. L'immunità specifica • Gli antigeni • La struttura molecolare degli anticorpi
• Interazioni antigene-anticorpo 7. Il riconoscimento dell'antigene da parte dei linfociti T: •
Struttura del recettore dell'antigene dei linfociti T (TCR) • Il processamento e la presentazione
dell'antigene ai linfociti T • Riconoscimento dell'antigene MHC-ristretto da parte dei linfociti T 8.
Generazione somatica della diversità recettoriale (dal precursore staminale al linfocita maturo
vergine) • Organizzazione dei loci • Meccanismi molecolari della ricombinazione 9.
Generazione somatica della diversità recettoriale (linfocita maturo) • Meccanismi di
assemblaggio delle immunoglobuline • Switch isotipico • Maturazione dell'affinità degli
anticorpi 10. Generazione somatica della diversità recettoriale nei linfociti T • Meccanismi di
assemblaggio del TCR • Selezione positiva e negativa a livello timico III - immunità acquisita:
linfociti e meccanismi di base (5 lezioni) 11. Le citochine e i loro recettori. • Origine, struttura
molecolare, meccanismo d'azione e cellule bersaglio • Il network delle interazioni molecolari che
controlla le risposte immunitarie innate e acquisite 12. Trasmissione dei segnali nelle cellule del
sistema immunitario • I meccanismi di trasduzione del segnale di BCR e TCR • Principali
coppie di molecole di adesione e di co-stimolazione che partecipano al processo 13. Struttura e
funzione degli organi linfoidi • Il midollo osseo e l'emopoiesi • Struttura e funzioni del timo
• Organizzazione morfo-funzionale degli organi linfoidi secondari • La ricircolazione dei
linfociti 14. Differenziamento e maturazione dei linfociti B • Differenziamento e selezione dei
linfociti B nel midollo osseo • Maturazione e attivazione dei linfociti B negli organi linfoidi
secondari 15. Differenziamento e maturazione dei linfociti T • Differenziamento e selezione
timica dei linfociti T • Omeostasi periferica dei linfociti T IV - Immunità acquisita: la risposta
immunitaria (8 lezioni) 16. I geni e le proteine del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC)
• Le molecole del Complesso Maggiore di Istocompatibilità (MHC) • Organizzazione
genica e polimorfismo • Struttura molecolare e classificazione dei prodotti genici (MHC di classe
I e II) • Struttura e funzione del solco combinatorio • Processamento degli antigeni e
generazione dei complessi peptide:MHC I e II 17. Innesco delle risposte specifiche cellulomediate e
maturazione dei linfociti T effettori • Cellule che presentano l'antigene ai linfociti T CD4+ (APC
professionali) e cellule che lo presentano ai linfociti T CD8+ • Elaborazione (processazione) degli
antigeni extracellulari ed intracellulari • Innesco e attivazione dei linfociti T e B •
Sottopopolazioni di linfociti CD4 (cellule Th1, Th2, Th17 e Treg) • Ruolo delle citochine nel
differenziamento dei linfociti T nelle loro sottopopolazioni • Meccanismi effettori
dell'immunità cellulo-mediata • Il network immunitario: riconoscimento congiunto e
cooperazione tra linfociti T e B 18. Meccanismi effettori dell'immunità umorale • Funzioni
biologiche delle classi e sottoclassi anticorpali • Meccanismi effettori dell'immunità umorale 19.
Immunità delle mucose • I tessuti linfoidi intestinali • I tessuti linfoidi delle vie aeree
• I tessuti linfoidi cutanei • Tolleranza e risposta immunitaria a livello delle mucose 20. La
memoria naturale • Caratteristiche e funzioni delle principali popolazioni cellulari responsabile
delle risposta di memoria naturale (cellule B1 e MZ, linfociti T NK e ) 21. Regolazione delle
risposte immunitarie • I meccanismi intrinseci (cellulo-autonomi) della tolleranza • Il
controllo soppressivo dell'attivazione dei linfociti • Le cellule regolatorie 22. Meccanismi della
risposta immunitaria alle infezioni • L'interazione ospite/parassita e la malattia infettiva; • I
meccanismi innati di risposta e l'innesco delle risposte specifiche; • Ruolo dei linfociti T e B
effettori • Risoluzione della risposta; • Le cellule memoria. 23. Infezioni e
immunità • Immunità verso i batteri extracellulari • Immunità verso i batteri
intracellulari V - Immunopatologia (3 lezioni) 24. Ipersensibilità ed allergie • Le reazioni di
ipersensibilità (classificazione di Gell e Coombs) • Concetti generali delle reazioni di
ipersensibilità • Meccanismi e principali manifestazioni delle reazioni anafilattiche •
Meccanismi e principali manifestazioni delle reazioni citolitiche o citotossiche • Meccanismi e
principali manifestazioni delle reazioni da immunocomplessi • Ipersensibilità ritardata 25. La
tolleranza immunitaria e le malattie autoimmuni • I meccanismi del mantenimento delle
tolleranza verso il self • Classificazione e patogenesi delle malattie autoimmuni •
Meccanismi di perdita della tolleranza • Principali malattie autoimmuni (cenni) 26. Deficienze
primarie e secondarie della risposta immunitaria • Deficit del sistema immunitario •
Immunodeficienze congenite • Principali immunodeficienze acquisite: basi genetiche e
manifestazioni cliniche (cenni) VI - Immunologia sperimentale (4 lezioni, due frontali e due tutorials
con lettura individuale e discussione in classe di letteratura selezionata) 27. Interazioni
antigene-anticorpo: principi ed applicazioni • La reazione antigene-anticorpo • Affinità ,
avidità , specificità , cinetica della reazione antigene-anticorpo • Gli anticorpi
monoclonali:concetto, metodologia, applicazioni • Metodi per lo studio dell'interazione
antigene-anticorpo. Reazioni indirette (agglutinazione, precipitazione, deviazione del complemento) e
dirette (immunoflorescenza, RIA, ELISA, immunoblot) • Citometria a flusso attivata dalla
fluorescenza (FACS) 28. Tutorial sulle applicazioni biotecnologiche degli anticorpi 29. Modelli per lo
studio e l'indagine sperimentale del sistema immunitario • Modelli animali • I marcatori e i
metodi di studio dello sviluppo linfocitario 30. Tutorial sull'uso di modelli animali per lo studio del
sistema immunitario
MODULO II (CFU 6, Marco Galeotti)
• Introduzione al modulo 1. Introduzione alla patologia generale e ai concetti di malattia, eziologia,
meccanismo patogenetico e quadro clinico. ( 1 ora) 2. Recenti tecniche di laboratorio utilizzate
prelevare e processare i campioni, al fine di interpretare correttamente la risposta tissutale nel corso del
processo patologico. ( 2 ore)
• Eziologia generale 3. Differenza tra malattie ereditarie e congenite ( 1 ora) 4. Cause fisiche ( 1 ora)
5. Cause chimiche ( 1 ora) 6. Cause di origine dietetica ( 2 ore) Azione patogena degli agenti biologici (
6 ore): 7. Virus 8. Batteri Protozoi 9. Miceti 10. Macroparassiti
• Adattamento cellulare, danno cellulare e morte cellulare 11. Iperplasia e ipertrofia ( 1 ora) 12.
Atrofia, metaplasia, displasia ( 1 ora) 13. Stress ossidativo ( 1 ora) 14. Principali processi di
degenerazione cellulare ( 1 ora) 15. Malattie degenerative da prioni ( 2 ore) 16. Necrosi e Apoptosi:
aspetti morfologici, biochimici e molecolari. ( 2 ore)
• Il processo infiammatorio 17. Cause e segni cardinali dell'infiammazione ( 1 ora) 18. Aspetti
vascolari ed emodinamici nel corso dell'infiammazione ( 1 ora) 19. Essudazione liquida e cellulare ( 2
ore) 20. I mediatori chimici dell'infiammazione e la regolazione del processo infiammatorio ( 2 ore) 21.
Ruolo delle citochine e delle molecole di adesione nel corso del processo infiammatorio. ( 2 ore) 22. La
risposta di fase acuta. Effetti sistemici dell'infiammazione. ( 1 ora) 23. Infiammazione acuta e cronica (
2 ore) 24. Principali esempi di lesioni tissutali correlate ( 1 ora)
• Riparazione e rigenerazione dei tessuti 25. Riparazione mediante guarigione, cicatrizzazione e fibrosi.
Angiogenesi, proliferazione dei fibroblasti, deposizione di matrice extracellulare e rimodellamento
tissutale ( 1 ora) 26. Meccanismi e modelli di rigenerazione cellulare. Ruolo dei fattori di crescita nei
processi di riparazione e rigenerazione ( 1 ora)
• Neoplasie 27. Eziologia ( 2 ore) 28. Cenni sulla classificazione dei tumori ( 1 ora) 29.
Caratteristiche fondamentali dei processi neoplastici ( 2 ore) 30. Proprietà morfologiche, biochimiche
e proliferative delle cellule tumorali ( 2 ore) 31. Basi molecolari della trasformazione neoplastica ( 2
ore) 32. Oncogèni e geni oncosoppressori ( 2 ore) 33. Concetto di cancerogenesi multifasica ( 1 ora)
34. Patobiologia della diffusione neoplastica maligna: invasività ( 2 ore) 35. Disseminazione e
metastatizzazione ( 2 ore) 36. Markers tumorali ( 1 ora) 37. Cenni di stadiazione e gradazione dei
tumori ( 1 ora)
• 2. ESERCITAZIONI Lettura individuale e discussione di letteratura selezionata, attività di
gruppo su temi definiti
• Tutorials su Lettura individuale e discussione di letteratura selezionata, attività di gruppo su temi
definiti ( 6 ore)
Bibliografia: MODULO I
MODULO II Materiale didattico fornito dal docente; ROBBINS e COTRAN, Le basi patologiche
delle malattie, Patologia generale, 8° Edizione, Editore Elsevier - Masson, Edizione Italiana a cura
di Vincenzo Eusebi, 2010; MARCATO P.S., Patologia sistematica veterinaria , Ed agricole, 2002;
PONTIERI G.M., Patologia generale , Piccin, 1998;
DONALD M.McGAVIN, JAMES
F.ZACHARY., Patologia generale veterinaria, Edizione Italiana a cura di Casatagnaro e Mechelli.
Elsevir Masson, 2008.
Modalità d'esame: MODULO I MODULO II Orale
Modalità di contatto con i docenti: Prof. Marco Galeotti: Al termine delle lezioni. Nei
pomeriggi presso lo studio del docente, compatibilmente con gli impegni didattici.