Lizabeth A. Allison. Fondamenti di biologia molecolare ed. Zanichelli

UNIVERSITA’ degli STUDI di FOGGIA
DIPARTIMENTO DI MEDICINA CLINICA E SPERIMENTALE
(DEPARTMENT OF CLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINE)
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE in “ODONTOIATRIA E PROTESI
DENTARIA”
Bachelor Degree Programme / Master Degree Programme:
a.a. 2014-2015 (academic year 2014-2015)
PROGRAMMA D’INSEGNAMENTO
DENOMINAZIONE (codice): “BIOLOGIA MOLECOLARE” (…..)
SUBJECT TITLE: “MOLECULAR BIOLOGY”
SSD (Scientific area) BIO-11
CFU (Credits): 3 (36h)
Anno di corso (Programme year) : 2013-2014
Semestre (Academic period): I
(da ottobre 2013 a dicembre 2013)
Propedeuticità Prerequisites: ………
Docente (Lecturer): Claudia Piccoli
Obiettivi formativi:
Il corso si propone di fornire le basi metodologiche e concettuali dei più recenti sviluppi delle
conoscenze dei processi molecolari che regolano l’espressione genica: dall’approfondimento del
ruolo delle modificazioni epigenetiche del DNA e della cromatina nel controllo trascrizionale, ai
moderni progressi nella comprensione dei processi di maturazione dell’RNA e della loro
regolazione.
Objectives:
The course aims to provide the conceptual and methodological basis of the most recent
developments in the understanding of the molecular processes that regulate gene expression: from
the deepening of the role of epigenetic modifications of DNA and chromatin in transcriptional
control to the modern advances in the understanding of RNA maturation processes and their
regulation.
Risultati d’apprendimento attesi:
Alla fine del corso lo studente deve aver acquisito le conoscenze di base dei meccanismi molecolari
alla base della regolazione dell’espressione genica, il coinvolgimento di questi nelle patologie
umane, le tecniche di base di biologia molecolare e i principali strumenti utili per l’attività
sperimentale.
Expected learning results: At the end of the course the student must have acquired the basic
knowledge of the molecular mechanisms underlying the regulation of gene expression, the
involvement of these aspects in human pathologies, the basic techniques of molecular biology and
the main tools for the experimental activity.
Organizzazione didattica (Teaching organization):
Lezioni ex cathedra (Lectures): CFU (Credits) ……; Ore (Hours): 3
Esercitazioni (Practical activities): CFU (Credits) ……; Ore (Hours): 6
Altre attività formative (Other activities): CFU (Credits) ……; Ore (Hours): ……..
Modalità d’erogazione (tradizionale/a distanza/mista): tradizionale
Course modality: face to face
Modalità di verifica dell’apprendimento: esame orale
Examination method: oral examination
Programma dettagliato:
Generalità. Aspetti biochimici della trasmissione dell'informazione genetica.
Il DNA: nucleosidi, nucleotidi, struttura primaria. Struttura secondaria del DNA (B, A, Z);
differenze nella configurazione del desossi-ribosio e altre caratteristiche strutturali.
Proprietà in soluzione del DNA, effetto ipercromico, denaturazione e rinaturazione. Ibridazione.
Idrolisi enzimatica e chimica degli acidi nucleici. Esonucleasi ed endonucleasi.
DNA superelica, numero di legame, topoisomerasi.
Dimensioni del DNA. Localizzazione e compattazione nei procarioti e negli eucarioti. Istoni,
nucleosomi, cromatina (struttura e funzione).
Duplicazione. Sintesi semiconservativa e bidirezionale del DNA. La duplicazione nei procarioti:
Meccanismo d'azione delle DNA polimerasi. Correzione degli errori durante la polimerizzazione.
Ruolo della DNA polimerasi I e III. Sintesi del filamento veloce e ritardato, frammenti di Okazaki.
Il replisoma e gli enzimi coinvolti. La duplicazione del cromosoma batterico.
La duplicazione negli eucarioti:
Similitudini con quella dei procarioti. DNA polimerasi e proteine accessorie. Duplicazione dei
cromosomi, delle loro estremita' e ruolo della telomerasi. Errori di duplicazione. Danneggiamento
del DNA: deamminazione delle basi, agenti alchilanti, agenti intercalanti, radiazioni.
Meccanismi di riparazione del DNA: riparazione diretta, per escissione di basi o nucleotidi.
Endonucleasi di restrizione. Ruolo biologico e specificità. Sequenze palindrome. Loro utilizzo per
studiare il DNA.
Sequenza del DNA. Metodo di Sanger.
RNA. Struttura chimica e tipi. Idrolisi alcalina ed enzimatica. Meccanismo d'azione delle
ribonucleasi. Biosintesi del RNA (trascrizione). Sequenze promotori. Inizio, allungamento,
terminazione della trascrizione. Gli enzimi della trascrizione nei procarioti e negli eucarioti.
Maturazione degli RNA ribosomali e di trasporto nei procarioti e negli eucarioti. Enzimi coinvolti.
Esoni e introni. Autosplicing. Maturazione del mRNA eucariotico: inserimento del cappuccio,
poliadenilazione, rimozione degli introni (splicing).
Codice genetico. Proprietà e caratteristiche del codice genetico: codoni, universalità, degenerazione,
fase di lettura, codoni sinonimi. Codice genetico nei mitocondri.
Sintesi proteica (traduzione). tRNA. Struttura secondaria e terziaria, e proprietà. tRNA isoaccettori,
tRNA soppressori, mutazioni di senso e non senso. Attivazione degli amminoacidi, amminoacilsintetasi. Cenni su inizio, allungamento e terminazione della traduzione. Poliribosomi. Costo
energetico della sintesi proteica. Modificazioni post-traduzionali nelle proteine
Regolazione della trascrizione
Nei procarioti: Riconoscimento dei promotori e fattori
Negli eucarioti: Interazione tra proteine e solco maggiore o minore del DNA. Assemblaggio dei
complessi di trascrizione e ruolo dei fattori di trascrizione. Fattori di trascrizione per geni di classe
I, II e III. Recettori ormonali. Ruolo della cromatina nella regolazione della trascrizione, code
istoniche e conformazione della cromatina, istone acetilasi e deacetilasi.
Tecniche di biologia molecolare: Southern, Northern, Western blotting, plasmidi, clonaggio, DNA
ricombinante, cDNA, PCR, vettori di espressione, mutagenesi sito-diretta. Proteine ricombinanti. Le
tecniche di biologia molecolare nella diagnosi di malattie genetiche.
Teaching programme (summary):
Biochemical aspects of the transmission of genetic information.
The DNA nucleosides, nucleotides, the primary structure. Secondary structure of the DNA (B, A, Z);
differences in the configuration of the deoxy-ribose and other structural characteristics.
Properties of DNA in solution, hyperchromic effect, denaturation and renaturation. Hybridization.
Enzymatic hydrolysis and nucleic acid chemistry. Exonuclease and endonuclease.
DNA superhelix, bond number, topoisomerase.
Size of the DNA. Localization and compaction in prokaryotes and eukaryotes. Histones,
nucleosomes, chromatin (structure and function).
Duplication. Semi-conservative and bidirectional DNA synthesis. The duplication in prokaryotes:
Mechanism of action of DNA polymerase. Correcting errors during polymerization. Role of DNA
polymerase I and III. Fast and slow strand synthesis, Okazaki fragments. The replisome and the
enzymes involved.
The duplication in eukaryotes: similarities with that of prokaryotes. DNA polymerase and accessory
proteins. Duplication of chromosomes and the role of telomerase. Duplication errors. Damage to
the DNA, alkylating agents, intercalating agents, radiation.
DNA repair mechanisms: direct repair, base or nucleotide excision.
Restriction endonuclease: Biological role and specificity. Palindrome sequences. Their use to study
DNA.
DNA sequence. Sanger method.
RNA. Chemical structure. Mechanism of action of ribonuclease. Biosynthesis of RNA
(transcription). Promoter sequences. Initiation, elongation, termination of transcription. The
enzymes of transcription in prokaryotes and eukaryotes.
Ribosomal RNA maturation and transport in prokaryotes and eukaryotes. Enzymes involved. Exons
and introns. Splicing. Maturation of eukaryotic mRNA: cap insertion, polyadenylation, removal of
introns (splicing).
Protein synthesis (translation). tRNA. Secondary and tertiary structure, properties. Activation of
amino acids, aminoacyl synthetases. Overview of initiation, elongation and termination of
translation. Polyribosomes. Energy cost of protein synthesis. Post-translational modifications in
proteins.
Regulation of transcription
In prokaryotes: Recognition of promoters and factors
In eukaryotes: Interaction between protein and major or minor groove of the DNA. Assembly of the
transcription complex and the role of transcription factors. Transcription factors to genes of class I,
II and III. The role of chromatin in the regulation of transcription, chromatin conformation and
histone tails, histone deacetylase and histone deacetylase.
Molecular biology techniques: Southern, Northern, Western blotting, plasmids, cloning,
recombinant DNA, cDNA, PCR, expression vectors, site-directed mutagenesis. Recombinant
proteins. The molecular biology techniques in the diagnosis of genetic diseases.
Testi consigliati (Textbooks):
Lizabeth A. Allison. Fondamenti di biologia molecolare ed. Zanichelli
Lewin B. – Il Gene (ed. compatta) – Ed. Zanichelli
Obblighi di frequenza (se previsti dal Regolamento del CdS): SI
Class attendance: yes
Possibili lingue straniere (Additional foreign languages):