Italiano

L'isegnamento affronta i principali meccanismi molecolari alla base del funzionamento del genoma umano. Vengono analizzate la struttura del DNA e l’organizzazione della cromatina e dei nucleosomi, insieme ai processi di replicazione del DNA nelle cellule eucariotiche. Particolare attenzione è dedicata all’origine delle mutazioni e ai principali sistemi di riparazione del DNA, evidenziandone le implicazioni biologiche e cliniche.
Successivamente vengono trattati i processi di espressione del genoma, comprendenti la trascrizione dell’RNA, il processamento e la maturazione delle diverse classi di RNA e la traduzione, con riferimento alla sintesi proteica nelle cellule umane.
Il corso si conclude con lo studio dei meccanismi di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti, approfondendo il ruolo dei fattori di trascrizione, degli elementi regolatori del DNA e della struttura della cromatina.

Genomi 4, T.A. Brown Edises

Biologia e Genetica, De Leo et al. Edises

Biologia Molecolare Amaldi et al. Zanichelli

I file pdf delle diapositive mostrate durante il corso sono disponibili al seguente link:
https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/NICOLA_ALESSIO_703376/SitePages/Home%20Page.aspx

OBIETTIVI FORMATIVI. Il corso di Biologia Molecolare si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali e gli strumenti concettuali necessari per comprendere i meccanismi molecolari che regolano il flusso dell'informazione genetica, l'organizzazione e la funzione del genoma e i principali processi che controllano l'espressione genica, secondo i descrittori di Dublino di seguito articolati.
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Lo studente acquisirà una solida conoscenza della struttura e dell'organizzazione del DNA e dell'RNA, dei meccanismi di replicazione del DNA, trascrizione, maturazione degli RNA e traduzione delle proteine, nonché dei principali meccanismi di regolazione dell'espressione genica nei procarioti e negli eucarioti. Acquisirà inoltre conoscenze sulle modificazioni epigenetiche, sugli RNA non codificanti e sulle principali metodologie di biologia molecolare utilizzate nella ricerca biomedica.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Lo studente sarà in grado di applicare i principi della biologia molecolare per interpretare i meccanismi che regolano l'espressione genica in condizioni fisiologiche e patologiche, comprendere il funzionamento delle principali tecniche di analisi degli acidi nucleici e dell'espressione genica (PCR, RT-PCR, qPCR, sequenziamento, clonaggio e tecnologie di editing genomico), nonché interpretare dati sperimentali derivanti da studi di biologia molecolare.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Lo studente svilupperà la capacità di analizzare criticamente dati sperimentali e risultati ottenuti mediante tecniche di biologia molecolare, comprendendone limiti e potenzialità e valutando il loro impiego nella ricerca di base, nella diagnostica molecolare e nella medicina di precisione.
ABILITÀ COMUNICATIVE. Lo studente sarà in grado di utilizzare correttamente la terminologia scientifica della biologia molecolare e di esporre con chiarezza i principali processi molecolari che regolano il funzionamento della cellula, discutendo dati sperimentali e problematiche biologiche con linguaggio appropriato.
CAPACITÀ DI APPRENDERE. Lo studente svilupperà capacità di apprendimento autonome che gli consentiranno di approfondire e aggiornare le proprie conoscenze nel campo della biologia molecolare, anche attraverso la consultazione critica della letteratura scientifica e delle più recenti innovazioni metodologiche e tecnologiche del settore.

Non esiste alcuna propedeuticità sebbene è necessario aver acquisito conoscenze di base di chimica generale e biologia.

L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali supportate da materiali sia digitali che cartacei. Il supporto digitale comprende presentazioni in PowerPoint, mentre i materiali cartacei includono documenti e articoli scientifici in formato PDF.

La valutazione dell’apprendimento avverrà mediante colloquio orale. Le domande verteranno sugli aspetti principali e fondamentali della biologia molecolare, al fine di verificare le conoscenze dello studente sui concetti chiave della struttura, funzione e regolazione delle macromolecole biologiche, quali DNA, RNA e proteine. Durante il colloquio, sarà valutata la capacità dello studente di discutere in modo critico su questi argomenti e di stabilire possibili connessioni tra i concetti. La valutazione sarà espressa in trentesimi, con un punteggio minimo di 18 e massimo di 30 e lode.
Criteri per l'attribuzione del voto
< 18 – Non superato
Lo studente non dimostra di aver acquisito le conoscenze e le competenze minime previste dagli obiettivi formativi dell'insegnamento. Le conoscenze risultano lacunose e non consentono di comprendere né di applicare correttamente i principali concetti della disciplina.
18–21 – Sufficiente
Lo studente dimostra una conoscenza essenziale degli argomenti fondamentali del corso e una comprensione di base dei principali meccanismi e processi della biologia molecolare. È in grado di applicare le conoscenze acquisite a semplici problemi e utilizza una terminologia scientifica adeguata, seppur con alcune imprecisioni.
22–24 – Discreto
Lo studente possiede una conoscenza soddisfacente dei contenuti del corso e dimostra una buona capacità di comprendere e applicare i principali concetti della disciplina. È in grado di interpretare semplici dati sperimentali e di esporre gli argomenti con sufficiente chiarezza e proprietà di linguaggio.
25–26 – Buono
Lo studente dimostra una solida preparazione, applica correttamente le conoscenze acquisite nell'analisi di problemi biologici e interpreta criticamente dati sperimentali di media complessità. L'esposizione risulta chiara, corretta e supportata da un'adeguata terminologia scientifica.
27–29 – Molto buono
Lo studente dimostra una conoscenza ampia e approfondita degli argomenti trattati, applica con sicurezza i principi della biologia molecolare a contesti diversi, interpreta criticamente dati sperimentali e collega efficacemente i diversi temi dell'insegnamento. L'esposizione è rigorosa, precisa e ben organizzata.
30 – Eccellente
Lo studente dimostra una padronanza completa e approfondita degli argomenti del corso, un'elevata capacità di analisi critica e di integrazione delle conoscenze, applicando con sicurezza i principi della biologia molecolare anche a problematiche complesse. L'esposizione è chiara, rigorosa e scientificamente accurata.
30 e lode
La lode può essere attribuita agli studenti che, oltre a soddisfare pienamente i requisiti per il voto di 30/30, dimostrano particolare capacità critica, autonomia di giudizio, approfondimento degli argomenti, padronanza della terminologia scientifica e capacità di collegare le conoscenze acquisite con temi avanzati della disciplina.

Durante l’insegnamento, gli studenti avranno accesso a dispense, slide delle lezioni e articoli scientifici in formato PDF. Sono previste attività di tutorato e sessioni di supporto per chiarimenti sui contenuti trattati. Il ricevimento studenti sarà effettuato previo appuntamento. Ulteriori informazioni e aggiornamenti saranno comunicati durante le lezioni.

Struttura del DNA
Le molecole di DNA hanno una tipica composizione in basi. Solitamente il DNA è una doppia elica destrorsa. Il DNA adotta diverse forme di elica. Caratteristiche fisiche della molecola di DNA : denaturazione e rinaturazione.
Struttura dell’RNA
Le molecole di RNA hanno una tipica composizione in basi. RNA World: mRNA, tRNA, rRNA, piccoli RNA ed altri RNA.
La replicazione del DNA.
Esperimento di Meselson e Stahl. Caratteristiche generali della duplicazione del DNA. Replicazione nei batteri. La struttura e il ruolo biologico delle differenti DNA polimerasi procariotiche. Attività esonucleasica della DNA polimerasi III: la correzione delle bozze. La replicazione negli eucarioti. La struttura e il ruolo biologico delle differenti DNA polimerasi eucariotiche. Antigene nucleare di proliferazione cellulare (PCNA) collegamento tra duplicazione e ciclo cellulare. Telomeri e telomerasi: il problema delle estremità nel genoma eucariotico.
Mutazioni e meccanismi di riparo del DNA.
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. Meccanismo SOS.
La trascrizione dell’RNA.
Caratteristiche generali della trascrizione. La struttura del promotore procariotico. Trascrizione nei batteri. RNA polimerasi procariotica e l’importanza dei fattori sigma. Terminatori intrinseci e la proteina rho. Maturazione degli RNA nei batteri. La trascrizione negli eucarioti. Caratteristiche e struttura delle RNA polimerasi eucariotiche: confronto tra i promotori eucariotici. Il complesso di inizio ed il ruolo dei fattori generali della trascrizione negli eucarioti.
Maturazione e modifiche dell’RNA messaggero : sequenze segnale, capping, splicing e splicing alternativo, self-splicing e poliadenilazione. Editing
Maturazione degli RNA ribosomiali e transfer. Modifiche post-trascrizionali degli rRNA e tRNA. La degradazione dell’RNA.
Proteine
Le tappe della biosintesi delle proteine: il codice genetico e le sue caratteristiche, ruolo di tRNA, aminoacil-tRNA sintetasi, fattori di inizio, elongazione e rilascio in procarioti ed eucarioti. Inibitori della sintesi proteica.
Modifiche post-traduzionali (ripiegamento proteico, taglio proteolitico, modificazione chimica e splicing delle inteine), smistamento e degradazione delle proteine (il sistema ubiquitina-proteosoma).
Regolazione dell’espressione genica
Regolazione dell’espressione genica in procarioti: l’esempio degli operoni lattosio e triptofano.
Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti: l’esempio dell’RNA antisenso ed il meccanismo dell’interferenza da RNA (siRNA).

Italian

The teaching addresses the main molecular mechanisms underlying the function of the human genome. The structure of DNA and the organization of chromatin and nucleosomes are examined, together with DNA replication in eukaryotic cells. Particular attention is given to the origin of mutations and to the major DNA repair mechanisms, highlighting their biological and clinical relevance.
The processes involved in genome expression are then described, including RNA transcription, RNA processing and maturation, and translation, with reference to protein synthesis in human cells.
Finally, the teaching focuses on the regulation of gene expression in eukaryotes, emphasizing the role of transcription factors, DNA regulatory elements and chromatin structure.

Genomi 4, T.A. Brown Edises

Biologia e Genetica, De Leo et al. Edises

Biologia Molecolare Amaldi et al. Zanichelli

Slides of lectures are available in pdf format on the following web site:
https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/NICOLA_ALESSIO_703376/SitePages/Home%20Page.aspx

LEARNING OBJECTIVES. The Molecular Biology course aims to provide students with the fundamental knowledge and conceptual tools necessary to understand the molecular mechanisms governing the flow of genetic information, the organization and function of the genome, and the principal processes regulating gene expression, in accordance with the Dublin Descriptors outlined below.
KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Students will acquire a solid understanding of the structure and organization of DNA and RNA, the mechanisms of DNA replication, transcription, RNA processing, and protein translation, as well as the major mechanisms regulating gene expression in prokaryotic and eukaryotic cells. Students will also gain knowledge of epigenetic modifications, non-coding RNAs, and the principal molecular biology techniques employed in biomedical research.
APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Students will be able to apply the theoretical principles of molecular biology to interpret the mechanisms regulating gene expression under physiological and pathological conditions, understand the principles underlying the major techniques used for nucleic acid and gene expression analysis (including PCR, RT-PCR, qPCR, DNA sequencing, molecular cloning, and genome editing technologies), and interpret experimental data generated through molecular biology approaches.
MAKING JUDGEMENTS. Students will develop the ability to critically analyze experimental data obtained through molecular biology techniques, recognizing their strengths and limitations, and evaluating their applications in basic research, molecular diagnostics, and precision medicine.
COMMUNICATION SKILLS. Students will be able to use the scientific terminology of molecular biology accurately and appropriately, clearly explain the principal molecular processes governing cellular function, and discuss experimental findings and biological issues using appropriate scientific language.
LEARNING SKILLS. Students will develop independent learning skills that will enable them to expand and update their knowledge in the field of molecular biology through the critical reading of scientific literature and the continuous evaluation of emerging methodologies and technological advances.

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

The teaching is delivered through lectures supported by both digital and printed materials. Digital support includes PowerPoint presentations, while printed materials consist of documents and scientific papers in PDF format.

Student learning will be assessed through an oral examination. Questions will focus on the main and fundamental aspects of molecular biology, aiming to evaluate students’ knowledge of the key concepts concerning the structure, function, and regulation of biological macromolecules, including DNA, RNA, and proteins. During the examination, students’ ability to discuss these topics critically and to establish connections between concepts will be evaluated. The grade will be expressed on a 30-point scale, with a minimum of 18 and a maximum of 30 cum laude.possible connections will be analyzed. The grade is expressed on a scale of thirty, ranging from a minimum of 18 to a maximum of 30/30 with honors.
Grading Criteria
< 18 – Fail
The student does not demonstrate the minimum knowledge and competencies required to achieve the learning objectives of the course. Knowledge is inadequate and does not allow the student to correctly understand or apply the fundamental concepts of molecular biology.
18–21 – Satisfactory
The student demonstrates an essential knowledge of the fundamental topics covered in the course and a basic understanding of the major molecular biology mechanisms and processes. They are able to apply their knowledge to simple problems and use appropriate scientific terminology, although with some inaccuracies.
22–24 – Fair
The student demonstrates a satisfactory knowledge of the course content and is able to understand and apply the main concepts of molecular biology. They can interpret simple experimental data and present the subject matter with adequate clarity and appropriate scientific language.
25–26 – Good
The student demonstrates a solid understanding of the course content, correctly applies acquired knowledge to the analysis of biological problems, and critically interprets experimental data of moderate complexity. The presentation is clear, accurate, and supported by appropriate scientific terminology.
27–29 – Very Good
The student demonstrates a broad and in-depth knowledge of the course topics, confidently applies the principles of molecular biology to different contexts, critically interprets experimental data, and effectively integrates concepts across the discipline. The presentation is rigorous, precise, and well organized.
30 – Excellent
The student demonstrates comprehensive and in-depth mastery of the course content, an excellent ability to critically analyze and integrate knowledge, and confidently applies the principles of molecular biology to complex biological problems. The presentation is clear, rigorous, and scientifically accurate.
30 with Honors
Honors may be awarded to students who, in addition to meeting all the requirements for a grade of 30/30, demonstrate outstanding critical thinking, independent judgment, in-depth understanding of the subject matter, excellent command of scientific terminology, and the ability to integrate and discuss advanced concepts beyond the core course content.

During the teaching, students will have access to lecture notes, slides, and scientific articles in PDF format. Tutoring sessions and support activities will be provided to clarify the topics covered. Office hours will be held by appointment. Additional information and updates will be communicated during lectures.

Structure of DNA
DNA molecules have a typical base composition. DNA is usually a right-handed double helix. DNA adopts different helical forms. Physical characteristics of the DNA molecule: denaturation and renaturation.
Structure of RNA
RNA molecules have a typical base composition. RNA World: mRNA, tRNA, rRNA, small RNAs, and other RNAs.
DNA Replication
Meselson and Stahl experiment. General characteristics of DNA duplication. Replication in bacteria. The structure and biological role of different prokaryotic DNA polymerases. Exonuclease activity of DNA polymerase III: proofreading. Replication in eukaryotes. The structure and biological role of different eukaryotic DNA polymerases. Proliferating cell nuclear antigen (PCNA) as a link between duplication and the cell cycle. Telomeres and telomerase: the problem of ends in the eukaryotic genome.
Mutations and DNA Repair Mechanisms
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. SOS mechanism.
RNA Transcription
General characteristics of transcription. The structure of the prokaryotic promoter. Transcription in bacteria. Prokaryotic RNA polymerase and the importance of sigma factors. Intrinsic terminators and the rho protein. RNA maturation in bacteria. Transcription in eukaryotes. Characteristics and structure of eukaryotic RNA polymerases: comparison of eukaryotic promoters. The initiation complex and the role of general transcription factors in eukaryotes.
Maturation and Modifications of Messenger RNA
Signal sequences, capping, splicing and alternative splicing, self-splicing, and polyadenylation. Editing.
Maturation of ribosomal and transfer RNAs. Post-transcriptional modifications of rRNAs and tRNAs. RNA degradation.
Proteins
Steps in protein biosynthesis: the genetic code and its characteristics, the role of tRNA, aminoacyl-tRNA synthetases, initiation factors, elongation, and release in prokaryotes and eukaryotes. Inhibitors of protein synthesis.
Post-translational modifications (protein folding, proteolytic cleavage, chemical modification, and intein splicing), protein sorting, and degradation (the ubiquitin-proteasome system).
Regulation of Gene Expression
Regulation of gene expression in prokaryotes: the example of the lactose and tryptophan operons.
Regulation of gene expression in eukaryotes: the example of antisense RNA and the RNA interference mechanism (siRNA).