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LAUREA in Scienze Biologiche
aa 2016-2017
Programma di BIOLOGIA CELLULARE e ISTOLOGIA
(I anno, I semestre) (9 CFU)
(unificato per tutti i canali)
Docenti: Cioni/Rossi/Sola/Toni
OBIETTIVI DEL CORSO
Acquisizione delle conoscenze fondamentali sulla struttura e le funzioni della cellula procariotica ed
eucariotica e dei tessuti animali. Conoscenza delle tecniche istologiche di base, competenze pratiche nell’uso
del microscopio ottico e capacità di riconoscimento istologico dei principali tessuti di mammifero.
Il corso richiede che lo studente sia in possesso delle conoscenze fondamentali di fisica, chimica e biologia,
presenti nei programmi della scuola secondaria superiore.
OBBLIGHI DELLO STUDENTE
La frequenza di 3/4 delle esercitazioni di laboratorio è obbligatoria per l’ammissione all’esame.
ESAME
L’esame comprende una prova scritta (articolata in 2 parti) e una prova orale. La prova scritta consiste di 60
quesiti a risposta multipla di Biologia cellulare + 30 domande a risposta aperta di Istologia basate sul
riconoscimento di immagini istologiche.
PROGRAMMA SINTETICO
Biologia cellulare. Cenni di teoria cellulare. Procarioti ed eucarioti. Chimica e macromolecole della cellula:
glucidi, lipidi, proteine ed acidi nucleici. Membrane cellulari: struttura e funzione. Trasporto attraverso le
membrane. Cenni sui meccanismi di trasduzione del segnale. Matrice extracellulare. Adesione e giunzioni
cellulari. Organuli intracellulari: reticolo endoplasmatico, ribosomi, apparato del Golgi, endosomi, lisosomi e
perossisomi. Metabolismo energetico chemiotrofo: glicolisi, fermentazione, respirazione e mitocondri.
Citoscheletro. Nucleo interfasico: DNA, cromatina, nucleolo. Replicazione del DNA e cromosomi.
Espressione genica: codice genetico, trascrizione, sintesi e smistamento delle proteine. Cenni sulla
regolazione dell’espressione genica. Ciclo cellulare. Mitosi e meiosi.
Istologia. Epiteli di rivestimento e ghiandolari. Tessuto connettivo propriamente detto. Cartilagine e osso.
Sangue. Cenni di emopoiesi e risposta immunitaria. Tessuti muscolari. Tessuto nervoso.
PROGRAMMA DETTAGLIATO
BIOLOGIA CELLULARE
La teoria cellulare. La cellula come unità fondamentale degli organismi viventi. Caratteristiche comuni e
differenze tra procarioti ed eucarioti, tra cellule vegetali ed animali. I virus. Organismi unicellulari e
pluricellulari. I livelli di organizzazione degli organismi pluricellulari: cellule differenziate, tessuti, organi.
Ordini di grandezza dei diversi livelli di organizzazione. Unità di misura. Metodi di studio della cellula:
microscopi ottici ed elettronici (TEM e SEM). Limite di risoluzione.
Composizione chimica dei viventi. L’acqua: caratteristiche di interesse biologico. L’acqua come solvente:
molecole idrofile e idrofobiche, il pH delle soluzioni. Legami covalenti e non covalenti (ionici, legami
idrogeno, forze di Van der Waals). Molecole polari e apolari. Ioni. Interazioni idrofobiche.
L’atomo di carbonio e la chimica della vita. Idrocarburi. Isomeria. Gruppi funzionali. Le quattro famiglie di
molecole biologiche: a) I glucidi: i monomeri principali di interesse biologico (esosi e pentosi). I loro
polimeri. b) I lipidi: i principali lipidi strutturali e di riserva (acidi grassi, grassi neutri, glicerofosfolipidi,
sfingomieline, colesterolo). c) Le proteine: struttura comune degli aminoacidi e caratteristiche generali delle
catene laterali. Legame peptidico. Le proteine come polimeri di aminoacidi. Struttura primaria, secondaria,
terziaria e quaternaria delle proteine. Rapporto “forma/funzione” delle macromolecole. d) Gli acidi nucleici:
i nucleotidi come monomeri delle catene polinucleotidiche di DNA ed RNA.
Cenni sui metodi di studio delle macromolecole biologiche (diffrazione raggi X, elettroforesi,
cromatografia).
Reazioni esoergoniche ed endoergoniche. Enzimi: proteine che fungono da catalizzatori biologici. Energia di
attivazione. Specificità degli enzimi e sito attivo. Le reazioni accoppiate e il ruolo dell’ATP.
Il flusso dell’informazione genetica nella cellula. Identificazione del DNA come materiale genetico
(esperimenti di Avery, di Hershey & Chase). Il DNA: struttura e funzione genetica. Il DNA guida la propria
sintesi: la replicazione (replicazione semiconservativa: esperimento di Meselson e Stahl; le forcelle di
replicazione). Relazione tra geni e proteine. Il DNA guida la sintesi dell’RNA: la trascrizione. Origine,
struttura e funzione degli RNA (messaggero, ribosomale e di trasferimento). Maturazione ed elaborazione
degli RNA negli eucarioti. Il DNA guida indirettamente la sintesi delle proteine: la traduzione. Il codice
genetico. I ribosomi: struttura e funzione. La sintesi proteica: inizio, allungamento e termine.
La membrana plasmatica. Organizzazione strutturale. Il doppio strato lipidico. Il modello a mosaico fluido.
Tecnica di congelamento-frattura. Tipi di lipidi e fluidità della membrana. Proteine di membrana e
interazioni proteine-lipidi. Proteine periferiche, integrali transmembrana, ancorate a lipidi. Diffusione delle
proteine e limiti alla mobilità. Asimmetria delle membrane. Glicoproteine e glicolipidi. Il glicocalice. Il
movimento di sostanze (piccole molecole e ioni) attraverso la membrana. Gradienti elettro-chimici e
diffusione. Osmosi e membrane semipermeabili. Trasporto di sostanze lungo gradiente (diffusione semplice
attraverso il doppio strato lipidico e diffusione facilitata da proteine di membrana). Proteine vettrici e
proteine canale. Trasporto di sostanze contro gradiente: trasporto attivo dipendente da idrolisi di ATP o
sostenuto da gradienti ionici. Potenziale di membrana. La comunicazione tra cellule: caratteristiche generali.
Interazioni con la matrice extracellulare e tra cellule. La composizione della matrice extracellulare e le
molecole di adesione. Giunzioni intercellulari: giunzioni strette, giunzioni aderenti e desmosomi, giunzioni
comunicanti.
La compartimentazione nella cellula eucariotica: il citoplasma e le membrane endocellulari. Tecniche di
frazionamento cellulare.
Il sistema delle membrane citoplasmatiche e il traffico vescicolare. Il reticolo endoplasmatico liscio e
rugoso. Funzioni del reticolo liscio. Funzioni del reticolo rugoso nello smistamento delle proteine (sequenze
segnale e sequenze di arresto). Apparato del Golgi: struttura e funzione. Ruolo del RE e dell’apparato del
Golgi nella secrezione proteica e polisaccaridica e nella biogenesi delle membrane. La glicosilazione delle
proteine. Smistamento delle proteine nelle vescicole di trasporto. Segnali di indirizzo. Le tecniche di
marcatura con isotopi radioattivi e l’autoradiografia.
I lisosomi, endocitosi e digestione intracellulare. I lisosomi: origine, morfologia e contenuto enzimatico.
Endocitosi: pinocitosi e fagocitosi. Endocitosi mediata da recettori. Etero- ed autofagia.
Flussi di materia ed energia nel mondo vivente. Molecole nutritive e rilascio di energia. La glicolisi come
parziale utilizzazione del glucosio per la sintesi di ATP. La fermentazione in condizioni anaerobiche. La
respirazione: i mitocondri: struttura e compartimentazione. Il ciclo di Krebs. La catena di trasporto degli
elettroni, la produzione del gradiente protonico e la fosforilazione ossidativa: il meccanismo chemioosmotico. Il genoma dei mitocondri e loro probabile origine evolutiva.
Cenni sui perossisomi.
Il citoscheletro. Microtubuli: struttura e funzione. Centri di organizzazione. Proprietà dinamiche. Motori
microtubulari. Ciglia, flagelli, ultrastruttura dell’assonema. Centrioli. Microfilamenti: assemblaggio e
disassemblaggio. Interazioni dei filamenti actinici con la miosina e con altre proteine in cellule non
muscolari. Filamenti intermedi. Tipi e funzioni.
Il nucleo degli eucarioti. Struttura del nucleo interfasico al microscopio ottico ed elettronico. Involucro
nucleare e pori nucleari. Il nucleolo: biogenesi dei ribosomi e regione nucleolo organizzatrice.
Comunicazioni nucleo-plasmatiche. Composizione chimica della cromatina e sua organizzazione molecolare.
Gli istoni ed i nucleosomi. Eucromatina ed eterocromatina. Eterocromatina costitutiva e facoltativa.
Il ciclo cellulare: l’interfase (fasi G1, S e G2; la fase G0) e la divisione cellulare. Cellule aploidi, diploidi e
poliploidi. La mitosi nelle cellule animali e vegetali. Il fuso mitotico e la dinamica dei microtubuli.
Citochinesi. Ultrastruttura del cromosoma mitotico, modello ad anse superavvolte. Centromeri e telomeri.
Cenni sul cariotipo.
La meiosi. Descrizione delle fasi della meiosi e significato genetico. Cellule somatiche e cellule germinali.
Cenni sulla gametogenesi.
ISTOLOGIA
I quattro tessuti fondamentali e la loro derivazione embrionale.
Tessuto epiteliale. Caratteristiche generali. Epiteli di rivestimento. Classificazione morfologica,
distribuzione e relazioni struttura-funzione. Polarità morfo-funzionale. Membrana basale. Giunzioni
intercellulari. Specializzazioni della superficie libera (ciglia, microvilli, stereociglia) e loro funzioni. Epiteli
ghiandolari. Ghiandole endocrine e ghiandole esocrine: caratteristiche generali e differenziamento
embrionale. Criteri di classificazione morfologica e organizzazione strutturale. Tipi e modalità di secrezione
esocrina. Il processo cellulare della secrezione. Cenni sul meccanismo d'azione degli ormoni nella secrezione
endocrina.
Tessuto connettivo. Classificazione dei connettivi: caratteristiche generali e specifiche dei diversi tipi di
tessuti connettivi. Tessuto connettivo propriamente detto. Composizione e funzioni della matrice
extracellulare : sostanza fondamentale amorfa e fibre (collagene, reticolari ed elastiche). Cellule proprie e
migranti. Rapporti cellule-matrice. Il sistema dei macrofagi. Tessuti connettivi particolari, il tessuto adiposo.
Tessuti connettivi di sostegno. Il tessuto cartilagineo. Organizzazione strutturale: la matrice e i condrociti.
Istogenesi della cartilagine. Il tessuto osseo, non lamellare e lamellare. Osso spugnoso e osso compatto.
Organizzazione microscopica dell'osso: l'osteone. Osteoblasti, osteociti, osteoclasti. Funzioni meccaniche e
di omeostasi metabolica. Ossificazione intramembranosa ed encondrale (da modello cartilagineo).
Accrescimento e rimaneggiamento dell'osso. Il sangue. Il plasma: composizione e funzioni. Eritrociti e
globuli bianchi: caratteristiche morfologiche e funzionali. Linfociti B e T. Immunità acquisita: cenni
sull’immunità umorale e mediata da cellule. Le piastrine: origine e funzione. Tessuti emopoietici.
Ematopoiesi linfoide e mieloide.
Tessuto muscolare. Il tessuto muscolare striato scheletrico. Organizzazione istologica. Struttura e
ultrastruttura della fibra muscolare (miofibrille e miofilamenti: il sarcomero). Modalità e regolazione della
contrazione muscolare. Il tessuto muscolare striato cardiaco. Caratteristiche differenziali. Connessioni tra
cellule: dischi intercalari, struttura e funzione nella sincronizzazione della contrazione. Il tessuto muscolare
liscio: organizzazione istologica, distribuzione e funzioni.
Tessuto nervoso Suddivisioni del sistema nervoso: sistema nervoso centrale e periferico. Sostanza bianca e
sostanza grigia. Caratteristiche generali e varietà delle cellule nervose. Struttura del neurone. Citoscheletro e
flusso assonico. Guaine di rivestimento dell’assone. La mielinizzazione. Fibre mieliniche e fibre amieliniche.
Nervi. Natura chimica ad elettrica dell’impulso nervoso (potenziale di riposo, potenziale d’azione).
Propagazione dell’impulso nervoso (onda di depolarizzazione). Le sinapsi ed i neurotrasmettitori. La
trasmissione sinaptica. La neuroglia: tipi cellulari e funzioni.
LIBRI DI TESTO
Le caratteristiche dei diversi testi saranno illustrate nel corso della prima lezione.
BIOLOGIA CELLULARE
ALBERTS et al. “L’essenziale di biologia molecolare della cellula” ZANICHELLI, Quarta Ed. 2015 (oppure
terza ed. 2011)
BECKER, KLEINSMITH, HARDIN e BERTONI “Il mondo della cellula” Pearson Ed 2015 (va bene anche
Ed 2009)
KARP, “Biologia molecolare e cellulare”, V Ed., EdiSES, 2015 (oppure IV ed. 2012)
ULTERIORI TESTI (solo per CONSULTAZIONE)
ALBERTS et al. “Biologia Molecolare della Cellula”, Zanichelli, 2004, 2009
COOPER, HAUSMAN “La Cellula- Un Approccio Molecolare”, Piccin, 2004, 2007
GINELLI, MALCOVATI “Molecole, Cellule, Organismi”, EdiSES, 2016
LODISH et al. “Biologia molecolare della cellula”, Zanichelli 2002
PLOPPER “Principi di Biologia della cellula”, Zanichelli, 2016
ISTOLOGIA
I libri di testo da adottare sono in fase di valutazione. Verranno comunicati all’inizio delle lezioni del modulo
di Istologia