Obiettivi formativi
CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Il corso ha come obiettivo principale la comprensione degli aspetti biochimici fondamentali degli acidi nucleici. Particolare attenzione verrà rivolta alla comprensione degli elementi di struttura del DNA sulla base dei quali verranno spiegate le peculiari caratteristiche di stabilità, contenuto informazionale e leggibilità del materiale genetico. Verranno quindi analizzati in modo approfondito i meccanismi molecolari alla base dei processi di replicazione, riparazione, trascrizione e traduzione del DNA. Buona parte del corso sarà dedicata alla comprensione delle strategie regolative fondamentali operanti nei batteri e nei fagi e le loro possibili implicazioni per il controllo dell’espressione genica in organismi più complessi.
CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
L'obiettivo didattico consiste nel conseguimento delle competenze necessarie per un'analisi critica dei meccanismi molecolari e biochimici della vita, nonché per la comprensione degli elementi basilari dei principali processi cellulari.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Il corso è finalizzato ad accrescere la capacità di analizzare in chiave critica i meccanismi molecolari alla base della vita.
ABILITA' COMUNICATIVE
L'articolazione del corso prevede una notevole attività di discussione in aula tesa a sviluppare l'attitudine degli studenti a trasmettere le competenze scientifiche acquisite a supporto delle proprie argomentazioni.
CAPACITA' DI APPRENDIMENTO
Le continue evoluzioni della ricerca scientifica ed in particolare della biologia molecolare richiedono un aggiornamento continuo delle competenze. Per tale motivo, il corso si prefigge di fornire l'autonomia necessaria per il conseguimento di una più ampia conoscenza e per l'allineamento delle competenze agli avanzamenti della ricerca biologica.
Prerequisiti
Non ci sono propedeuticità ma per una migliore comprensione del corso è indispensabile che lo studente conosca i principi di base della chimica, della biochimica e della genetica.
Contenuti dell'insegnamento
STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI
REPLICAZIONE DEL DNA
RIPARAZIONE DEL DNA
TRASCRIZIONE
SPLICING DELL’RNA
TRADUZIONE
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI
TECNICHE DI BIOLOGIA MOLECOLARE
Programma esteso
STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI
Proprietà del materiale genetico: il principio trasformante, scoperta di Avery, regola di Chargaff; proprietà chimico-fisiche dei nucleotidi; modificazioni chimiche, protonazione e tautomeria cheto-enolica delle basi azotate; struttura primaria del DNA; termodinamica del legame fosfodiesterico; legami deboli e legami forti; la doppia elica e l’appaiamento delle basi secondo il modello di Watson e Crick; replicazione semi-conservativa del DNA; strutture secondarie alternative del DNA (DNA A, DNA Z, DNA H); sequenze ripetute dirette, invertite e speculari; curvatura intrinseca del DNA; elementi strutturali di riconoscimento del DNA (read-out); interazioni specifiche DNA-proteina; stabilità della doppia elica: fusione e rinaturazione del DNA; struttura primaria, secondaria e caratteristiche distintive dell’RNA; idrolisi alcalina dell'RNA e meccanismo d'azione della RNasi A; elementi di topologia: superavvolgimento, numero di legame e variazioni conformazionali del DNA; topoisomerasi I e II; compattamento degli acidi nucleici:istoni, nucleosoma, fibre e strutture di ordine superiore della cromatina.
REPLICAZIONE DEL DNA
Schema generale della replicazione: termodinamica e meccanismo di sintesi del DNA; struttura del sito attivo della DNA polimerasi; processività e sliding clamp; attività di proof-reading della DNA polimerasi; sintesi semidiscontinua del DNA: filamento continuo, filamento ritardato, frammenti di Okazaki e rimozione degli inneschi; meccanismo d'azione della DNA ligasi; origini di replicazione; DNA polimerasi III, struttura e assemblaggio del replisoma; DNA primasi, DNA elicasi, DNA topoisomerasi e altre proteine coinvolte nella replicazione; replicazione bidirezionale del genoma di E. coli; replicazione dei genomi eucariotici; il problema delle estremità del DNA.
RIPARAZIONE DEL DNA
Mutazioni puntiformi; danno idrolitico e modificazioni chimiche delle basi azotate; test di Ames; riparazione dei mismatch; riparazione per fotoriattivazione; riparazione per escissione di basi; riparazione per escissione nucleotidica; riparazione per ricombinazione omologa; sintesi del DNA per translesione; induzione della risposta SOS.
TRASCRIZIONE
Struttura generale di geni e operoni procariotici; promotori batterici: regioni -10 e -35, elementi UP, elemento -10 esteso; struttura della RNA polimerasi batterica; fattore sigma; schema generale del processo trascrizionale: inizio, allungamento, terminazione.Trascrizione negli eucarioti: promotori, complesso di pre-inizio, mediatore, RNA polimerasi II; capping e poliadenilazione dell'RNA; RNA polimerasi I e III.
SPLICING DELL’RNA
Introni, esoni e processamento post-trascrizionale dei trascritti primari;chimica dello splicing; spliceosoma; splicing degli introni di gruppo I e II; splicing alternativo; editing dell’RNA; trasporto dell’mRNA fuori dal nucleo.
TRADUZIONE
Il codice genetico; struttura dell’RNA messaggero (mRNA); struttura dell’RNA transfer (tRNA); legame degli amminoacidi al tRNA; le amminoacil-tRNA sintetasi; il ribosoma; formazione del legame peptidico; meccanismo molecolare e fasi funzionali della traduzione: inizio, allungamento, terminazione; fedeltà ed energetica della traduzione; il problema degli RNA spezzati.
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI
Principi generali della regolazione trascrizionale; regolazione positiva e negativa della trascrizione; azione a distanza; operone lattosio: LacI, Cap; fattori sigma alternativi; NtrC, operone triptofano (TrpR) e attenuazione; regolazione trascrizionale e la scelta lisi-lisogenia nel fago lambda; struttura e funzione dei repressori cI e cro; cooperatività nel legame del repressore; controllo trascrizionale positivo e negativo, antiterminazione, regolazione antisenso. Integrazione e escissione del fago lambda mediante ricombinazione sito-specifica.
TECNICHE DI BIOLOGIA MOLECOLARE
reazione a catena della polimerasi (PCR);sequenziamento del DNA secondo il metodo di Sanger.
Bibliografia
BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE Ottava edizione
Watson, Baker, Bell, Gann, Levine, Losick
Zanichelli
REGOLAZIONE GENICA - autore Mark Ptashne, casa ed. Zanichelli
A Genetic Switch, Third Edition: Phage Lambda Revisited
Mark Ptashne
Understanding DNA - autore Calladine, case ed. Academic Press Terza edizione
Metodi didattici
Lezione frontale in presenza
Modalità verifica apprendimento
Le conoscenze acquisite durante il corso di Biologia Molecolare saranno verificate attraverso una prova scritta ed una prova orale in presenza. La prova scritta, da svolgersi in un tempo massimo di due ore, si compone di dieci domande atte a valutare il grado di apprendimento e di analisi critica degli argomenti in programma e trattati durante il corso. Ogni risposta viene valutata con un punteggio da 0 a 3 punti. L’esame orale prevede la revisione dello scritto più altre domande atte a valutare la capacità di applicare la conoscenza e la comprensione, nonché l'autonomia di giudizio e la capacità di comunicare idee e concetti con chiarezza e proprietà del linguaggio. Il voto finale risulterà da una valutazione bilanciata dei diversi aspetti menzionati. La lode verrà assegnata a studenti che evidenzino una eccellente conoscenza e comprensione della materia, ottima capacità di applicarle, buona autonomia di giudizio e padronanza del lessico disciplinare.
Altre informazioni
Orario delle lezioni, materiale didattico, appelli sono consultabili al sito web: https://elly.scvsa.unipr.it
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
