Biologia Molecolare - Dipartimento di Scienze (UNIBAS)

ANNO ACCADEMICO 2013/2014
Programma dell’insegnamento: Biologia Molecolare 10 CFU
Docente Titolare del corso: Magnus Ludvig Monné
Corso di Laurea : Farmacia
Italiano
Obiettivi formativi generali (risultati di apprendimento previsti e competenze da acquisire):
Esploreremo i processi fondamentali della Biologia Molecolare nel flusso di informazione dal DNA ad RNA e proteine e
la loro regolazione e identificheremo bersagli per antibiotici e farmaci. Inoltre, tratteremo di meccanismi che
assicurano l'integrità del genoma e di controllo epigenetico dell'espressione genica. I sistemi di Biologia Molecolare
sono utilizzati e manipolati nelle tecnologie di clonaggio molecolare per studiare la funzione dei geni e delle proteine
in condizioni normali e patologiche. Infine, descriveremo lo sviluppo delle nuove strategie terapeutiche e i sistemi
diagnostici emersi dalla ricerca di base ed applicata in Biologia Molecolare.
Programma del Corso:
I. I processi nel flusso di informazione.
La base delle macromolecole: Il dogma centrale, il codice genetico, struttura e funzione del DNA, dell'RNA e delle
proteine.
Struttura dei cromosomi: topologia del DNA, le topoisomerasi, la sequenza del genoma, i nucleosomi, regolazione
della cromatina.
La replicazione del DNA: meccanismo della sintesi del DNA, le DNA polimerasi ed altri enzimi della forca replicativa,
regolazione dell'inizio, la terminazione e la telomerasi.
La riparazione del DNA: mutazioni e danni al DNA, sistemi di riparazione.
La ricombinazione omologa e sito-specifica nei procarioti e negli eucarioti, trasposoni, la ricombinazione VDJ per
gli anticorpi.
La trascrizione nei procarioti e negli eucarioti: meccanismo della sintesi dell'RNA, l'inizio e la terminazione, le
RNA polimerasi, sequenze regolatrici, fattori di trascrizione generali.
Modificazioni post-trascrizionale dell'RNA: lo splicing, lo spliceosoma, lo splicing alternativo, l'RNA editing, la
maturazione dell'mRNA, capuccio al estrimità 5', poliadenilazione al estremità 3'.
La traduzione: mRNA, tRNA, amminoacil-tRNA sintetasi, i ribosomi, l'inizio, l'allungamento, la terminazione e la
regolazione.
La regolazione trascrizionale negli eucarioti: differenze rispetto ai procarioti, domini che legano il DNA,
meccanismi, enhancer, isolatori, rimodellamento della cromatina, il mediatore, attivatori, repressori, controllo
combinatorio e l'enhanceosoma, trasduzione del segnale per il controllo. Eredità epigenetica: metilazione del DNA e
modificazioni degli istoni, eterocromatina ed eucromatina, l'imprinting genetico.
Gli RNA regolatori: i riboswitch, miRNA, siRNA.
II. I metodi.
Tecnologia del DNA ricombinante: PCR, endonucleasi, DNA ligasi, vettori, manipulazione del DNA, trasformazione
e trasfezione delle cellule, sequenziamento del DNA.
Sistemi diagnostici di genomica e proteomica per malattie: il progetto Genoma Umano, SNP, bioinformatica,
RFLP, tipizzazione del DNA, l'uso delle sonde, l'elettroforesi su gel, Southern blot, Northern blot, DNA chip e
microarray, anticorpi diagnostici e marker, ELISA, metodi di proteomica.
Produzione di proteine ricombinanti: espressione batterica ed eucariotica, fermentatore, purificazione, analisi del
prodotto.
Antibiotici: Ingegneria metabolica dei microrganismi per la produzione.
III. I prodotti biotecnologici nell'industria farmaceutica.
Funzione, struttura, produzione ricombinante e prodotti farmaceutici: Ormoni: insulina, ormone di crescita, ormoni
follicolo-stimolante e luteinizzante. Citochine: interleuchine, interferoni e fattori di crescita emopoietici. Proteine
del sangue: fattori della coagulazione ed attivatore tissutale del plasminogeno. Enzimi terapeutici:
deossiribonucleasi, -glucocerebrosidasi ed -galattosidasi.
Vaccini ricombinanti: attenuati, a subunità, coniugati, peptidici, a DNA. Adiuvanti.
Anticorpi monoclonali: prodotti negli ibridomi e batteri; usati nelle terapie anticancro ed immunosoppressione.
Animali transgenici: genepharming per la produzione di biofarmaci e crescere organi per trapianti.
Vettori per la terapia genica.
Testi di riferimento:

James Watson, Tania Baker, Stephen Bell, Alexander Gann, Michael Levine e Richard Losick. Biologia
molecolare del gene. Sesta edizione, Zanichelli.

Maria Luisa Calabrò: Compendio di Biotecnologie Farmaceutiche. EdiSES 2008.

Appunti delle lezioni.
Altri testi consigliati:

Bruce Alberts et al. Biologia molecolare della cellula. Quinta edizione, Zanichelli.
Propedeuticità consigliate: Biologia Animale e Vegetale, Biochimica
Inglese
In this course, we will explore the fundamental processes of Molecular Biology in the flow of information from DNA to
RNA and protein and their regulation as well as identify targets for antibiotics and drugs. In addition we will consider
the mechanisms that ensure the integrity of the genome and epigenetic control of gene expression. These systems of
Molecular Biology are used and manipulated in molecular cloning techniques for the study of proteins and genes in
healthy and pathogenic conditions. Towards the end we describe the development of new therapeutic strategies and
diagnostic systems that have emerged from basic and applied research in Molecular Biology.
I. The processes of the flow of information.
The basics of macromolecules: the central dogma, the genetic code, structure and function of DNA, RNA and
proteins.
Structure of chromosomes: topology of DNA, topoisomerases, the genomic sequence, nucleosomes, regulation of
chromatin.
DNA replication: the mechanism of DNA synthesis, the DNA polymerases and other enzymes at the replication fork,
regulation of initiation, termination and telomerase.
DNA repair: mutations and damage of DNA, systems for repair.
Homologous and site-specific recombination: in prokaryotes and eukaryotes, transposons, VDJ recombination
for antibodies.
Transcription in prokaryotes and eukaryotes: mechanism of RNA synthesis, initiation and termination, RNA
polymerases, regulatory sequences, general transcription factors.
Post-transcriptional modifications of RNA: splicing, the spliceosome, alternative splicing, RNA editing, maturation
of mRNA, 5'-capping, 3'-polyadenylation.
Translation: mRNA, tRNA, amminoacyl-tRNA synthetase, the ribosome, initiation, elongation, termination and
regulation.
Transcriptional regulation in eukaryotes: compared with in prokaryotes, DNA binding domains, mechanisms,
enhancer, insulator, remodelling of chromatin, the mediator, activators, repressors, combinatorial control and the
enhanceosome, control by signal transduction. Epigenetic inheritance: methylation of DNA and modifications of
histones, heterochromatin and euchromatin, genetic imprinting.
RNA regulators: riboswitch, miRNA, si RNA.
II. Methods.
Recombinant DNA technology: PCR, endonucleases, DNA ligase, vectors, manipulation of DNA, transformation and
transfection of cells DNA sequencing.
Genomic diagnostic systems: the Human Genome project, SNP, bioinformatics, RFLP, genotyping, the use of
probes, gel electrophoresis, Southern Blot, Northern blot, DNA chip and microarray, diagnostic antibodies and
markers, ELISA, proteomic methods.
Production of recombinant proteins: expression in bacteria and eukaryotes, fermentor, purification, analysis of
the product.
Antibiotics: metabolic engineering of microorganisms for the production.
III. Biotechnologic products in the pharmaceutical industry.
Function, structure, recombinant production and pharmaceutical products: Hormones: insulin, growth hormone,
follicle stimulating hormone, luteinizing hormone. Blood proteins: coagulation factors and tissue plasminogen
activator. Therapeutic enzymes: deoxyribonuclease, -glucocerebrosidase and -galactosidase.
Recombinant vaccines: attenuated, subunit, conjugated, peptide, DNA. Adjuvants.
Monoclonal antibodies: hybridome and bacterial products: used for cancer therapy and immunosuppression.
Transgenic animal: genepharming for the production of biopharmaceuticals and grow organs for transplants.
Vectors for gene therapy.