Corso di Laurea/Laurea Magistrale

Corso di Laurea/Laurea Magistrale:
Nome del corso: Biologia Molecolare e Microbiologia
Responsabile del
Corso
Luciana Dente
Altri docenti
Sonia Senesi
Numero CFU e
tipologia
Corso di 12 CFU, 2 moduli di 6 CFU: Biologia molecolare (I modulo) e
Microbiologia (II modulo)
Obiettivo formativo
generale del modulo
I (Biologia
Molecolare
Fornire agli studenti una metodologia di studio e basi operative per
comprendere il funzionamento degli organismi a livello molecolare, con
particolare riguardo ai meccanismi di replicazione, trascrizione e traduzione
dei genomi. Apprendere e saper utilizzare operativamente le proprietà
fisiche, chimiche e biologiche di DNA, RNA e proteine connesse con i
suddetti meccanismi. Approfondire i processi di trasformazione del DNA, di
traduzione dell’RNA in proteine e di modulazione dell’espressione genica.
Apprendere i metodi di studio delle macromolecole biologiche
informazionali e gli elementi fondamentali delle tecniche di manipolazione
del DNA, sia a fini biotecnologici sia nelle applicazioni alla ricerca di base
Elenco degli
argomenti trattati nel
modulo I (Biologia
Molecolare)
- Strutture e funzioni di nucleotidi ed acidi nucleici.
Introduzione alla Biologia molecolare. L’oggetto di studio, la storia, i metodi
e gli obiettivi. Evidenze storiche per il ruolo funzionale del DNA. Le
strutture dell’RNA. L’esperimento di Meselsohn e Stahl: la replicazione del
DNA è semiconservativa. Il flusso dell’informazione genica: dal DNA
all’RNA alle proteine. I costituenti degli acidi nucleici: le basi azotate, i
nucleosidi ed i nucleotidi. Tecniche di analisi degli acidi nucleici. Le regole
di Chargaff. Denaturazione e rinaturazione del DNA. Legami a idrogeno e
altre interazioni non covalenti alla base del riconoscimento tra biomolecole.
Il modello di Watson e Crick. Le forme del DNA e loro parametri
geometrici. I due filamenti sono antiparalleli. Il solco maggiore ed il solco
minore. “Lettura” delle sequenze nucleotidiche nei solchi di DNA a doppia
elica.
- Sintesi proteica. Generalità sull’espressione genica: unità trascrizionali
negli Eubatteri, i loro segnali di inizio e di terminazione; formazione degli
mRNA e degli RNA stabili. Ruolo e struttura dei tRNA. Attivazione degli
amminoacidi. Le amminoaciltRNA sintetasi. Struttura e assemblaggio del
ribosoma. I fattori di inizio della traduzione. N-formil-Metionina: sintesi e
ruolo. Il codice genetico: ridondanza e wobble hypothesis. La fase di
allungamento: ruolo delle proteine G. La fase di terminazione della
traduzione e fattori coinvolti. Accuratezza della sintesi proteica:
considerazioni teoriche ed esempi di proof-reading. Principali differenze
nella traduzione dei geni negli Eucarioti rispetto ai Procarioti. Fattori
eucariotici e ruolo del poli-A nella fase di inizio della traduzione.
- Replicazione del DNA negli eubatteri. La replicazione del DNA in E.
coli: bidirezionalità della replicazione. La topologia del DNA e le
topoisomerasi. Le conseguenze e le funzioni del superavvolgimento nel
duplex di DNA circolare e lineare. Reazione di polimerizzazione. La DNA
polimerasi I e le sue attività enzimatiche. La polimerasi III. La processività.
Il modello semidiscontinuo della replicazione. Fase di inizio della
replicazione del DNA in E. coli. L’OriC. Le proteine dnaA, dnaB e dnaC. Il
replisoma e l’avanzamento della forca replicativa. La sintesi discontinua del
lagging strand ed i frammenti di Okazaki. La correzione degli errori di
copiatura in corso di replicazione. La DNA ligasi ed il suo meccanismo di
azione. La terminazione della replicazione in E. coli. Sistemi di replicazione
a circolo rotante nei fagi. Principali differenze nella replicazione dei geni
negli Eucarioti rispetto ai Procarioti. Terminazione di cromosomi lineari.
Telomeri e telomerasi
- La trascrizione del DNA negli eubatteri e la sua regolazione.
Funzioni e meccanismi generali della trascrizione nelle unità trascrizionali
procariotiche. L’RNA polimerasi e i fattori sigma. Identificazione dei siti di
legame della polimerasi: il footprinting. Struttura generale del promotore
procariotico. Fasi di allungamento del trascritto. Siti di pausa dell’RNA
polimerasi. Terminatori indipendenti e dipendenti da Rho. La regolazione
della trascrizione per induzione e repressione (controllo negativo) e per
attivazione (controllo positivo): operone lac e operone del triptofano.
Meccanismo di attenuazione. Cenni sul ciclo litico e lisogenico nel fago
lambda come esempio complesso di regolazione della trascrizione. RNA
catalitici e RNA regolatori coinvolti in meccanismi di
trascrizione/traduzione.
- Genoma eucariotico. L’organizzazione del genoma eucariotico. Cromatina
e struttura del nucleosoma. La cromatina attiva in trascrizione. La
trascrizione in eucarioti: i vari livelli di regolazione. Metodi di studio della
trascrizione degli eucarioti. Caratteristiche strutturali e funzionali delle tre
RNA polimerasi eucariotiche e dei fattori associati. Esempi delle classi
principali di fattori e della loro struttura modulare. Espressione di geni
inducibili: esempi di geni tessuto/specifici e indotti da ormoni.
Caratteristiche di promotori e enhancers. Tappe di inizio, allungamento e
terminazione della trascrizione . Maturazione e riarrangiamento dei trascritti
eucariotici: Lo splicing e i suoi meccanismi. Auto-splicing. Splicing
alternativo. MicroRNAe meccanismi dell’interferenza da RNA.
- Le tecniche del DNA ricombinante.
Sistemi di restrizione e modificazione. Mappe di restrizione.Tecniche
elettroforetiche per separare acidi nucleici e proteine. Le sonde di acidi
nucleici: metodi di preparazione e loro usi. La tecnica del blotting: Southern
e Northern transfer. Amplificazione del DNA in vitro: polymerase chain
reaction (PCR). Tecniche di clonaggio. I vettori plasmidici, fagici, cosmidici.
Il fago M13. Vettori per genoteche di DNA genomico YAC e BAC. Sintesi
del cDNA da mRNA. Banche di DNA genomico e di cDNA. Il chromosome
walking. Cenni di proteomica e trascrittomica. Metodi per il
sequenziamento del DNA: metodo enzimatico (di Sanger) e metodo chimico
(di Maxam e Gilbert). Cenni su “Next generation sequencing”
Testi consigliati per il -Watson T. A., Baker S. P., Bell A., Gann M., Levine R., Losick “Biologia
Modulo I (Biologia
molecolare del gene” 6a edizione. Zanichelli 2009
Molecolare)
- Amaldi F., Benedetti P., Pesole G., Plevani P. “Biologia Molecolare” Ed.
Ambrosiana 2011
Ausili didattici
presentazioni in pdf usate a lezione.
Modalità di
svolgimento delle
prove d’esame
orale
Propedeuticità
Esami del primo anno di corso
Conoscenze
richieste
Chimica inorganica e organica