ITALIANO

La biologia molecolare è uno strumento essenziale per comprendere le basi molecolari della vita e per approfondire la conoscenza dei meccanismi biologici che regolano la crescita, lo sviluppo, la riproduzione e l'adattamento degli organismi viventi.
Questo campo di ricerca si occupa principalmente dello studio della struttura, della funzione e della regolazione dei componenti molecolari delle cellule, come i nucleotidi, gli acidi nucleici (DNA e RNA), le proteine e le membrane cellulari.

G.Capranico et al.
Biologia Molecolare
Edises

J. D. Watson et al
Biologia Molecolare del Gene
Zanichelli

Il corso si propone di fornire agli studenti una comprensione approfondita della struttura, della funzione e della regolazione delle macromolecole biologiche, come il DNA, l'RNA e le proteine, concentrandosi sulle vie biochimiche coinvolte. Saranno esaminati i meccanismi fondamentali della replicazione e della riparazione del DNA, nonché quelli responsabili del flusso dell'informazione genetica dal DNA alle proteine, ovvero la trascrizione e la traduzione, inclusi i meccanismi di regolazione cellulare correlati. In questo modo, gli studenti acquisiranno la capacità di comprendere e conoscere la struttura, la funzione e l'attività delle macromolecole biologiche, nonché le vie coinvolte nella regolazione e nel controllo del flusso dell'informazione biologica.

Il corso è organizzato in lezioni frontali con supporto informatico (Power Point).

La valutazione dell'apprendimento avverrà attraverso un colloquio orale durante il quale verranno poste domande riguardanti gli aspetti fondamentali della biologia molecolare. Le domande saranno specifiche e mirate a valutare le conoscenze di base sull'argomento. Lo studente dovrà dimostrare di comprendere gli aspetti chiave della struttura, della funzione e della regolazione delle macromolecole biologiche, come il DNA, l'RNA e le proteine. Saranno valutate anche le capacità dello studente di discutere tali argomenti e di stabilire connessioni significative. La valutazione sarà espressa in trentesimi, con un punteggio minimo di 18 e un punteggio massimo di 30/30 con possibilità di lode.

STRUTTURA DEL DNA
Evidenze sperimentali che hanno portato alla scoperta del DNA. Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Legame fosfodiestereo e struttura primaria. Struttura secondaria del DNA. Parametri strutturali del DNA B e DNA A.
Proprietà chimico fisiche.

DUPLICAZIONE DEL DNA. Esperimento di Meselson e Stahl. Caratteristiche e funzioni delle DNA polimerasi. Replicazione batterica: Inizio, allungamento e terminazione. Caratteristiche e funzione dei diversi enzimi coinvolti: DNA polimerasi, DNA Girasi, DNA ligase. Replicazione negli eucarioti: Inizio, allungamento e terminazione. Struttura e ruolo delle differenti DNA polimerasi. Meccanismo di azione e ruolo biologico della telomerasi

L’RNA
Differenze tra DNA e RNA. Struttura primaria e secondaria dell’RNA. Tipi di RNA. Caratteristiche generali del processo di trascrizione: Inizio Allungamento e terminazione nei procarioti. Struttura e funzione del promotore procariotico. Caratteristiche delle RNA polimerasi DNA-dipendenti. RNA polimerasi eucariotiche e relativi promotori. Fasi di inizio e allungamento della trascrizione operata dalle RNA polimerasi.

MATURAZIONE DEGLI RNA
Processi di Maturazione del mRNA. Formazione del cappuccio. Poliadenilazione, Splicing e Splicing alternativo. RNA editing. Struttura degli mRNA eucariotici maturi. Il codice genetico. Modifiche post-trascrizionali degli rRNA e tRNA. La degradazione dell’RNA.

PROCESSO DI TRADUZIONE
Il codice genetico e le sue caratteristiche. Struttura e funzioni degli RNA di trasporto. Amminoacilazione del tRNA. I fattori di inizio, elongazione in procarioti ed eucarioti. L’inizio, allungamento e terminazione della traduzione in procarioti ed eucarioti Modifiche post-traduzionali, smistamento e degradazione delle proteine.

MUTAZIONI, DANNO E RIPARO DEL DNA
Mutazioni spontanee e indotte del DNA: cause e conseguenze. Tipi di mutazioni. Mutazioni spontanee: errori della duplicazione, tautomeria delle basi, espansioni di triplette. Mutazioni indotte: agenti chimici, agenti fisici. Agenti chimici: Analoghi di basi, agenti deaminanti, agenti alchilanti e agenti intercalanti. Agenti fisici: radiazioni UV, radiazioni ionizzanti, il calore. Sistemi di Riparo: riparazione diretta, riparazione per escissione di basi e di nucleotidi, riparazione dei mismatch, riparazione per ricombinazione.

REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE GENICA
Caratteristiche generali del processo di Regolazione. Regolazione dell’espressione genica in procarioti: l’esempio degli operoni lattosio dell’operone del triptofano e del switch ciclo litico e lisogeno del batteriofago lambda. Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti. Stato della cromatina e sua dinamicità. Controllo delle modificazioni dell’mRNA. Antisenso e regolazione ad opera dei piccoli RNA

Tecniche di biologia molecolare:
Sequenziamento genico. Elettroforesi su gel di Agarosio. PCR Principi generali e applicazioni. RT-PCR, real-time-PCR, Enzimi di restrizione. Tipi di sistemi di restrizione e modificazione. Le basi del clonaggio: Principali tipi di plasmidi. Marcatori selettivi. Vettori virali. Trasformazione chimica e elettroporazione.

Italian

Molecular biology is an essential tool for understanding the molecular foundations of life and delving deeper into our knowledge of the biological mechanisms that govern the growth, development, reproduction, and adaptation of living organisms. This field of research primarily focuses on the study of the structure, function, and regulation of molecular components within cells, such as nucleotides, nucleic acids (DNA and RNA), proteins, and cell membranes.

G.Capranico et al.
Biologia Molecolare
Edises

J. D. Watson et al
Biologia Molecolare del Gene
Zanichell

The course aims to provide students with a comprehensive understanding of the structure, function, and regulation of biological macromolecules, such as DNA, RNA, and proteins, with a focus on the involved biochemical pathways. Fundamental mechanisms of DNA replication and repair, as well as those responsible for the flow of genetic information from DNA to proteins, namely transcription and translation, including related cellular regulation mechanisms, will be examined. In this way, students will acquire the ability to comprehend and comprehend the structure, function, and activity of biological macromolecules, as well as the pathways involved in the regulation and control of biological information flow.

The course is structured with traditional lectures supported by computer presentations (PowerPoint).

The assessment of learning will take place through an oral examination during which questions regarding the fundamental aspects of molecular biology will be asked. The questions will be specific and aimed at evaluating the student's basic knowledge of the subject. The student will be required to demonstrate an understanding of key aspects of the structure, function, and regulation of biological macromolecules, such as DNA, RNA, and proteins. The student's ability to discuss these topics and establish meaningful connections will also be evaluated. The assessment will be graded on a scale from 18 to 30, with the possibility of receiving the highest grade of 30/30 cum laude.

DNA STRUCTURE
Experimental evidence that led to the discovery of DNA. Purine and pyrimidine bases. Nucleosides and nucleotides. Phosphodiester bond and primary structure. Secondary structure of DNA. Structural parameters of B-DNA and A-DNA. Chemical and physical properties.

DNA REPLICATION
Meselson and Stahl experiment. Characteristics and functions of DNA polymerases. Bacterial replication: Initiation, elongation, and termination. Characteristics and function of various enzymes involved: DNA polymerase, DNA gyrase, DNA ligase. Eukaryotic replication: Initiation, elongation, and termination. Structure and role of different DNA polymerases. Mechanism of action and biological role of telomerase.

RNA
Differences between DNA and RNA. Primary and secondary structure of RNA. Types of RNA. General characteristics of the transcription process: Initiation, elongation, and termination in prokaryotes. Structure and function of the prokaryotic promoter. Characteristics of DNA-dependent RNA polymerases. Eukaryotic RNA polymerases and their promoters. Initiation and elongation phases of transcription operated by RNA polymerases.

RNA MATURATION
mRNA maturation processes. Cap formation. Polyadenylation, splicing, and alternative splicing. RNA editing. Structure of mature eukaryotic mRNAs. The genetic code. Post-transcriptional modifications of rRNA and tRNA. RNA degradation.

TRANSLATION PROCESS
The genetic code and its characteristics. Structure and functions of transfer RNAs. tRNA aminoacylation. Initiation factors, elongation in prokaryotes and eukaryotes. Initiation, elongation, and termination of translation in prokaryotes and eukaryotes. Post-translational modifications, protein sorting, and degradation.

MUTATIONS, DNA DAMAGE, AND REPAIR
Spontaneous and induced DNA mutations: causes and consequences. Types of mutations. Spontaneous mutations: replication errors, base tautomerism, triplet expansions. Induced mutations: chemical agents, physical agents. Chemical agents: base analogs, deaminating agents, alkylating agents, and intercalating agents. Physical agents: UV radiation, ionizing radiation, heat. Repair systems: direct repair, base and nucleotide excision repair, mismatch repair, recombination repair.

GENE TRANSCRIPTION REGULATION
General characteristics of the regulation process. Gene expression regulation in prokaryotes: examples of lactose operons, tryptophan operons, and the lytic-lysogenic switch of the lambda bacteriophage. Gene expression regulation in eukaryotes. Chromatin state and its dynamics. Control of mRNA modifications. Antisense and small RNA-mediated regulation.

Molecular Biology Techniques:
Gene sequencing. Agarose gel electrophoresis. PCR principles and applications. RT-PCR, real-time PCR, restriction enzymes. Types of restriction-modification systems. Basics of cloning: Major plasmid types. Selective markers. Viral vectors. Chemical transformation and electroporation.