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.

Non sono previsti prerequisiti, anche se è necessario aver acquisito conoscenze di base di chimica generale.

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.

Nesuna

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

Tecnologie biomolecolari avanzate:
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 for deepening our knowledge of the biological mechanisms that regulate the growth, development, reproduction, and adaptation of living organisms. This field of research primarily deals with the study of the structure, function, and regulation of the molecular components of cells, such as nucleotides, nucleic acids (DNA and RNA), proteins, and cellular membranes.

G.Capranico et al.
Biologia Molecolare
Edises

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

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

There are no prerequisites, although it is necessary to have acquired basic knowledge of general chemistry.

The course is organized in frontal lessons with computer support (Power Point).

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 assessing basic knowledge on the subject. The student must 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 of thirty, with a minimum score of 18 and a maximum score of 30/30 with honors possible.

None

Experiments by Avery, Griffith, Hershey e Chase.
Nucleic Acids.
Structure and properties of nucleotides the nucleotides are made of bases, sugars and phosphates characteristic. Phosphodiester bond combine nucleotide units in nucleic acids. The nucleotide bases influence the three-dimensional structure of nucleic acids. Other roles of nucleotides in cells.
DNA structure.
DNA molecules have a typical base composition. Usually DNA is a double helix right-handed. The DNA helix shows different shapes. Physical characteristics of the DNA molecule: denaturation and renaturation.
RNA structure
RNA molecules have a typical base composition. RNA World: mRNA, tRNA, rRNA, small RNA and other RNA.
DNA replication.
Experiment by Meselson and Stahl. General features of DNA duplication. Replication in bacteria. The structure and the biological role of the different prokaryotic DNA polymerases. Exonuclease activity of DNA polymerase III: proofreading. Replication in eukaryotes. The structure and the biological role of the different eukaryotic DNA polymerases. Proliferating cell nuclear antigen (PCNA) link between duplication and cell cycle. Telomere and telomerase: the problem of extremities in the eukaryotic genome.
Mutations and mechanisms of DNA repair.
Types of mutations. Spontaneous mutations: duplication errors, Keto–enol tautomerism, Trinucleotide Repeat Expansion. Induced mutations: chemical agents, physical agents. Chemical agents: base analogues, deaminating agents, alkylating agents and intercalating agents. Physical agents: UV radiation, ionizing radiation, heat. Repair Systems: direct repair, nucleotide excision repair and base excision repair, mismatch repair, recombination repair. SOS mechanism.
RNA transcription.
General characteristics of the transcription. The structure of the prokaryotic promoter. Transcription in bacteria. Structural Biology of Bacterial RNA Polymerase and the key rule of sigma factors. Intrinsic terminators and the rho protein. RNA maturation in bacteria. Transcription in eukaryotes. Characteristics and structure of eukaryotic RNA polymerases: comparison between eukaryotic promoters. The transcription pre-initiation complex (PIC) and the role of general transcription factors in eukaryotes.
Maturation and modifications of the messenger RNA: signal sequences, capping, splicing and alternative splicing, self-splicing and polyadenylation. Editing
Maturation of ribosomal RNA and transfer. Post-transcriptional modifications of rRNA and tRNA. RNA degradation.
Protein
The stages of protein biosynthesis: the genetic code and its characteristics, role of tRNA, aminoacyl-tRNA synthetase, start factors, elongation and release in prokaryotes and eukaryotes. Inhibitors of protein synthesis. Post-translational modifications (protein folding, proteolytic cutting, chemical modification and splicing of inteins), sorting and degradation of proteins (the ubiquitin-proteasome system). Regulation of gene expression
Regulation of gene expression in prokaryotes: lactose and tryptophan operons.
Regulation of gene expression in eukaryotes: the example of antisense RNA and the mechanism of RNA interference (siRNA).

Advanced biomolecular technologies:
Gene sequencing. Agarose gel electrophoresis. PCR General principles and applications. RT-PCR, real-time-PCR, restriction enzymes. Types of restriction and modification systems. The basics of cloning: Main types of plasmids. Selective markers. Viral vectors. Chemical transformation and electroporation.