BIOLOGIA MOLECOLARE E LABORATORIO INTEGRATO DI BIOTECNOLOGIE III
cod. 1004366

Anno accademico 2012/13
2° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Biologia molecolare (BIO/11)
Field
Discipline biotecnologiche comuni
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
73 ore
di attività frontali
9 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

Il corso ha come obiettivo principale la comprensione degli elementi fondamentali della struttura degli acidi nucleici cercando di spiegare, sulla base di tali elementi, le peculiari caratteristiche di stabilità, contenuto informazionale e “leggibilità” del DNA e dell’RNA. Particolare attenzione verrà rivolta all’interazione tra acidi nucleici e proteine regolative e a diverse forme di reciproco adattamento volte a massimizzare la specificità e la regolabilità di tali interazioni. Specifici esempi in tale ambito riguardano le proteine batteriche implicate nella replicazione e riparazione del DNA, enzimi di modificazione e restrizione, RNA polimerasi e altre proteine trascrizionali, i ribosomi e altri componenti del macchinario nucleo-proteico responsabile della traduzione dell’RNA. Verranno inoltre esaminate le strategie regolative fondamentali operanti nei batteri e nei fagi e le loro possibili implicazioni per il controllo dell'espressione genica in organismi più complessi.
Un altro obiettivo di ordine generale è quello di far comprendere, attraverso esempi teorici e pratici (e.g., DNA polimerasi, DNA ligasi, enzimi di restrizione e modificazione, PCR, sequenziamento enzimatico del DNA, sistemi ospite/vettore e relativi livelli di regolazione), la stretta connessione che esiste tra la Biologia Molecolare "di base" e le sue numerose applicazioni nell'ambito delle "tecnologie del DNA ricombinante".

Prerequisiti

Per una fruizione ottimale del corso, gli studenti dovranno avere buone conoscenze di base di Chimica Generale e Organica, e Fisica.

Contenuti dell'insegnamento

ll concetto di “gene” e alcune caratteristiche fondamentali dei geni e del flusso informazionale nei procarioti e negli eucarioti; caratteristiche chimiche e biologiche degli acidi nucleici; la struttura del DNA; la doppia elica e strutture secondarie alternative del DNA; stabilità del DNA in forma B; caratteristiche distintive dell’RNA; struttura terziaria, compattamento e plasticità degli acidi nucleici; elementi di topologia.
Replicazione e ristrutturazione del DNA: schema generale della replicazione; DNA polimerasi I e DNA ligasi: componenti fondamentali del sistema replicativo e importanti strumenti per la tecnologia del DNA ricombinante; DNA polimerasi III e l’assemblaggio del replisoma; fedeltà della replicazione; sistemi replicativi specializzati (metilazione e replicazione bidirezionale del genoma di Escherichia coli; DNA plasmidico, genomi fagici); il problema della terminazione dei repliconi lineari; la ''reazione a catena della polimerasi'' (PCR); replicazione interrotta da dideossinucleotidi e sequenziamemto enzimatico del DNA; restrizione e modificazione del DNA; cenni di mutagenesi chimica, riparazione, ricombinazione e trasposizione del DNA.
Trascrizione genica: schema generale della trascrizione e le diverse fasi del processo; promotori batterici; RNA polimerasi; i fattori sigma e rho; regolazione positiva e negativa della trascrizione: operone lattosio (LacI, Cap), operone triptofano (TrpR) e attenuazione, altri operoni biosintetici e il sistema SOS; modificazioni post-trascrizionali.
Sintesi proteica: schema generale; il codice genetico; struttura e funzione dei tRNA; struttura degli mRNA procariotici; le diverse fasi della traduzione; fedeltà ed energetica della traduzione; struttura del ribosoma; regolazione della sintesi proteica (controllo autogeno) e modificazione post-traduzionale delle proteine.
Il fago lambda come sistema integrato di regolazione genica in risposta a stimoli ambientali: circuiti regolativi che controllano la scelta lisi/lisogenia; controllo trascrizionale positivo e negativo; antiterminazione; regolazione “antisenso”; instabilità programmata dell'mRNA e regolazione post-trascrizionale

Programma esteso

ll concetto di “gene” e alcune caratteristiche fondamentali dei geni e del
flusso informazionale nei procarioti e negli eucarioti; caratteristiche
chimiche e biologiche degli acidi nucleici; la struttura del DNA; la doppia
elica e strutture secondarie alternative del DNA; stabilità del DNA in
forma B; caratteristiche distintive dell’RNA; struttura terziaria,
compattamento e plasticità degli acidi nucleici; elementi di topologia del DNA.
Replicazione e ristrutturazione del DNA: schema generale della
replicazione; DNA polimerasi I e DNA ligasi: componenti fondamentali del
sistema replicativo e importanti strumenti per la tecnologia del DNA
ricombinante; DNA polimerasi III e l’assemblaggio del replisoma; fedeltà
della replicazione; sistemi replicativi specializzati (metilazione e
replicazione bidirezionale del genoma di Escherichia coli; DNA plasmidico,
genomi fagici); il problema della terminazione dei repliconi lineari; la
''reazione a catena della polimerasi'' (PCR); replicazione interrotta da
dideossinucleotidi e sequenziamemto enzimatico del DNA; tecnologie NGS e "genome editing"; restrizione e
modificazione del DNA; cenni di mutagenesi chimica, riparazione,
ricombinazione e trasposizione del DNA.
Trascrizione genica: schema generale della trascrizione e le diverse fasi
del processo; promotori batterici; RNA polimerasi; i fattori sigma e rho;
regolazione positiva e negativa della trascrizione: operone lattosio (LacI,
CAP), operone triptofano (TrpR) e attenuazione, altri operoni biosintetici e
il sistema SOS; modificazioni post-trascrizionali.
Sintesi proteica: schema generale; il codice genetico; struttura e funzione
dei tRNA; struttura degli mRNA procariotici; le diverse fasi della
traduzione; fedeltà ed energetica della traduzione; struttura del
ribosoma; regolazione della sintesi proteica (controllo autogeno) e
modificazione post-traduzionale delle proteine.
Il fago lambda come sistema integrato di regolazione genica in risposta a
stimoli ambientali: circuiti regolativi che controllano la scelta
lisi/lisogenia; controllo trascrizionale positivo e negativo;
antiterminazione; regolazione “antisenso”; instabilità programmata
dell'mRNA e regolazione post-trascrizionale.

Bibliografia

Watson J.D., Backer T.A., Bell S. P., Gann A., Levine M., Losick R. BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE Zanichelli, VI edizione

Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani
BIOLOGIA MOLECOLARE
Ed. Ambrosiana.

Ptashne, M. REGOLAZIONE GENICA, Zanichelli (2006)

Metodi didattici

Lezioni frontali con esercizi, più esercitazioni pratiche.

Modalità verifica apprendimento

Esame scritto

Altre informazioni

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