Insegnamento
Biologia Molecolare Mod. I
Corso di Laurea
Biotecnologie L2
Docente: Prof. Gianluca TELL
Periodo
Crediti
didattico
7
1
Anno accademico: 2013/2014
Anno
II°
Obiettivi formativi specifici:
Il Corso ha l’obiettivo di fare acquisire allo studente le competenze per la comprensione dei meccanismi con
cui viene mantenuta l’informazione genica nei sistemi biologici e come 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.
Competenze acquisite:
- Conoscenza del rapporto tra struttura ed attività nelle macromolecole di interesse biologico
- Conoscenza dei meccanismi molecolari responsabili della trasmissione, espressione ed evoluzione dei
caratteri ereditari della cellula e del mantenimento della stabilità genomica
- Conoscenza teorica delle tecnologie del DNA ricombinante (plasmidi e loro analisi, purificazione e
manipolazione, le strategie di clonaggio di un gene, librerie genomiche e di espressione), della
manipolazione dell’espressione genica nei procarioti e la mutagenesi mirata, dell’espressione di proteine
ricombinanti in procarioti ed eucarioti, delle metodologie per l’analisi di espressione genica (RNA e
proteine) e dell’interazione proteina-proteina, delle tecniche per il silenziamento genico.
Argomenti
Struttura del DNA, caratteristiche
f is ic o-c himic he e s ua
replicazione.
Tecnologie del DNA ricombinante.
Mant eniment o della St abilit à
G e n o mi c a i n p r o c a r i o t i e d
Eucarioti
Lezioni ed esercitazioni
Contenuti specifici
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
cu i si d e n a tu ra il DNA. L a d e n a tu ra zio n e te rmica .
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. Regolazione dell’inizio della replicazione in
Procarioti (Proteine DnaA e SeqA, ruolo di Dam e della
metilazione di GATC) ed in eucarioti (il complesso di preinizio
pre-RC e ruolo delle cicline). Terminazione della replicazione. I
telomeri e le telomerasi.
Lesioni e riparazione del DNA. I meccanismi molecolari dei
vari tipi di riparazione nei procarioti e negli eucarioti (MMR,
BER, NER, NHEJ, Ricombinazione). Riparazione postreplicazione. La riparazione associata alla trascrizione.
Ore
15
5
Meccanismi molecolari nella
regolazione trascrizionale
dell’espressione dei geni
procarioti ed eucarioti
Meccanismi post-trascrizionali
nella regolazione dell’espressione
Genica dei geni procarioti ed
eucarioti
Gli RNA non codificanti
Sintesi Proteica e sua regolazione
molecolare
Metodologie Postgenomiche nello
studio degli organismi viventi
Geni e sviluppo embrionale
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.
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 Pbodies. 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).
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.
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.
Approcci globali nell’analisi dell’espressione genica: la
trascrittomica (microarrays) e la proteomica.
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.
La ricombinazione sito-specifico: i geni delle immunoglobuline
e dei recettori dei linfociti T.
Meccanismi di variabilità
molecolare
Totale ore lezioni ed esercitazioni
di cui di esercitazioni
Ulteriori attività di didattica assistita
Laboratorio
Seminari e/o testimonianze
Corsi integrativi
Visite guidate
Totale ore dedicate ad altre attività di didattica assistita
Totale ore complessive
15
10
5
6
4
4
6
70
0
Ore
0
0
0
0
0
0
70
Modalità d'esame: prova scritta con esercizi 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.
Testi consigliati:
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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;
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Glick BR, Pasternak J.J. 2003 Biotecnologia Molecolare, -Zanichelli, Bologna;
Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Sambrook and Russel, CSHL Press;
Lodish et al., “Biologia molecolare della cellula” Zanichelli
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, 2008Zanichelli, Bologna
Ulteriore materiale didattico o informazioni reperibili: articoli e riferimenti specifici aggiornati indicati dal
docente.
