Course Syllabus
Obiettivi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base circa la struttura e funzione delle macromolecole biologiche (DNA, RNA e proteine) e della loro biosintesi (replicazione del DNA, trascrizione e traduzione).
Conoscenza e capacità di comprensione.
Lo studente dovrà conoscere la struttura, la funzione ed i meccanismi di biosintesi del DNA, degli RNA cellulari e delle proteine. Dovrà essere in grado di comprendere il ruolo svolto da queste macromolecole nell’ambito di un sistema vivente. Dovrà inoltre conoscere le principali differenze nei meccanismi di biosintesi tra un sistema procariotico ed uno eucariotico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite nei successivi insegnamenti ed in esperienze di laboratorio e di utilizzare la capacità di comprensione ai fini di successive attività di studio e/o di ricerca.
Autonomia di giudizio.
Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso e saper riconoscere le situazioni e i problemi in cui le conoscenze apprese possano essere utilizzate.
Abilità comunicative.
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche inerenti la biologia molecolare affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione.
Capacità di apprendimento
Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà analizzare, applicare e integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti correlati.
Contenuti sintetici
1) Struttura del DNA, caratteristiche chimico fisiche del DNA.
Topologia del DNA. Replicazione del DNA, forca replicativa e origini
di replicazione.
2) RNA e trascrizione: RNA stabili ed RNA labili. RNA polimerasi batterica. Promotori e
terminatori batterici. Elementi di regolazione della trascrizione in batteri. Le RNA
polimerasi ed i promotori in eucarioti. Regolazione trascrizionale in eucarioti;.
Struttura e biosintesi degli RNA cellulari.
3) Ribosomi e sintesi proteica. Attivazione degli amminoacidi. Codice
genetico. Fasi e meccanismo di sintesi proteica in procarioti ed eucarioti; esempi di
regolazione a livello traduzionale.
Programma esteso
1) Macromolecole biologiche e sistemi viventi. Struttura delle macromolecole e loro caratteristiche ( legami deboli, interazioni specifiche, catalisi, transizioni cooperative). Storia della Biologia Molecolare e scoperta del DNA come materiale genetico.
Stuttura e replicazione del DNA: struttura primaria e secondaria del DNA, la doppia elica B, A e Z, caratteristiche chimico fisiche del DNA (densità, viscosità, intercalazione, ecc.), denaturazione e cinetiche di rinaturazione. Ibridazione di acidi nucleici. Enzimi di restrizione. Separazione ed analisi di frammenti di DNA. Topologia del DNA, topoisomeri e topoisomerasi di tipo I e II; organizzazione della cromatina e dei cromosomi. Replicazione del DNA, forca replicativa e repliconi. Enzimi coinvolti nella replicazione (DNA polimerasi, DNA ligasi, elicasi, primasi, ecc.). Il replisoma in procarioti ed in eucarioti; origini di
replicazione in batteri ed eucarioti. Centromeri e telomeri. Metodi per valutare la sintesi di DNA in vivo ( Indice di marcatura con timidina triziata, citofluorimetria, ecc..). Amplificazione del DNA (PCR).
2) RNA e trascrizione: caratteristiche chimico fisiche, purificazione, separazione ed analisi degli RNA cellulari. RNA stabili ed RNA labili. Struttura e proprietà della RNA polimerasi batterica. Identificazione ed analisi di promotori e terminatori batterici.
Elementi di regolazione della trascrizione in batteri. Le RNA polimerasi ed i promotori in eucarioti. Regolazione trascrizionale in eucarioti; fattori basali di trascrizione e transattivatori, enhacers ed UAS; regolazione del sistema GAL in lievito. Struttura e biosintesi di tRNA, RNA ribosomiali e RNA messaggeri. Introni ed esoni: meccanismi di splicing ed introni di gruppo I e II.
3) Ribosomi e sintesi proteica: struttura ed evoluzione dei ribosomi. Sistemi di sintesi proteica in vitro. Meccanismi di attivazione degli amminoacidi. Codice genetico ed interazioni codone-anticodone. Fasi e meccanismo di sintesi proteica in procarioti ed eucarioti; Reazione di inizio, allungamento e termine. Meccanismo di azione della puromicina e identificazione dei siti A e P sui ribosomi. Esempi di regolazione a livello traduzionale. Inibitori della sintesi proteica e loro meccanismo di azione.
Prerequisiti
Prerequisiti: conoscenze di base di biologia generale e di chimica organica
Propedeuticità specifiche: Chimica organica
Propedeuticità generali: lo studente potrà sostenere gli esami del secondo anno previo superamento degli esami di Istituzioni di Biologia, Chimica generale e inorganica, e Matematica, Lingua Straniera.
Modalità didattica
Lezioni frontali con il supporto di slide, filmati e schemi.
L'insegnamento è tenuto in lingua italiana.
Tutte le lezioni (sincrone/asincrone da remoto e/o in presenza) saranno registrate e rese disponibili agli studenti sulla piattaforma e-learning.
Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno da remoto asincrono con eventi in videoconferenza sincrona.
Materiale didattico
Il materiale mostrato a lezione (diapositive, filmati e schemi) è disponibile sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento.
Libri di testo suggeriti:
- Capranico et al."Biologia Molecolare", Edises 2016
- Weawer et al. " Biologia Molecolare" Mc-Grow Hill 2005
- Amaldi et al "Biologia Molecolare" Ed. Ambrosiana 2014
- Watson et al. "Biologia Molecolare del gene" Zanichelli 2012
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame scritto + orale. L'esame scritto è basato su 5 domande aperte (ogni domanda vale 6 punti). Lo scritto dura 2 ore ed occorre rispondere in modo corretto ed esauriente ad almeno 3 quesiti per avere la sufficienza (18/30), che consente di essere ammessi all'esame orale. Superato l'esame scritto, è possibile accedere all'esame orale che consiste nella discussione dei risultati dello scritto e in eventuali domande supplettive riguardanti tutto il programma dell'insegnamento.
Orario di ricevimento
Ricevimento: Lunedi dalle ore 14 alle 16; In ogni altro momento su richiesta dello studente
Aims
The course aims to provide students with basic knowledge about the structure and function of biological macromolecules (DNA, RNA and proteins) and their biosynthesis (DNA replication, transcription and translation).
Knowledge and understanding.
The student will have to know the structure, function and mechanisms of biosynthesis of DNA, cellular RNAs and proteins. He must be able to understand the role played by these macromolecules in a living system. He will also have to know the main differences in the mechanisms of biosynthesis between a prokaryotic and a eukaryotic system.
Applying knowledge and understanding.
Students must be able to apply the knowledge acquired in point 1 in subsequent courses and in laboratory experiences and to use the ability to understand for the purposes of subsequent study and / or research activities.
Making judgments.
Students must be able to process what he has learned and be able to recognize situations and problems in which the learned knowledge can be used.
Communication skills.
At the end of the course, students will be able to appropriately describe the issues concerning molecular biology, with the most appropriate language.
Learning skills
At the end of the course, students will be able to consult the literature of similar disciplinary content and will be able to analyze, apply, integrate and connect the acquired knowledge with the content of related courses.
Contents
1) DNA structure, chemical-physical characteristics of DNA. DNA topology. DNA replication, replication fork and origins of replication.
2) RNA and transcription: stable RNA and labile RNA. Bacterial RNA polymerase. Promoters and bacterial terminators. Elements of regulation of transcription in bacteria. The RNA polymerase and eukaryotic promoters. Transcriptional regulation in eukaryotes; Structure and biosynthesis of cellular RNAs.
3) Ribosomes and protein synthesis. Activation of amino acids. Genetic code. Phases and mechanism of protein synthesis in prokaryotes and eukaryotes; examples of translational regulation.
Detailed program
1) Biological macromolecules and living systems. Structure of macromolecules and their characteristics (weak bonds, specific interactions, catalysis, cooperative transitions). History of Molecular Biology and discovery of DNA as a genetic material. DNA structure and replication: primary and secondary structure of DNA, the double helix B, A and Z, chemical-physical characteristics of DNA (density, viscosity, intercalation, etc.), denaturation and renaturation kinetics. Hybridization of nucleic acids. Restriction enzymes. Separation and analysis of DNA fragments. DNA topology, topoisomers and topoisomerase type I and II; chromatin and chromosome organization. DNA replication, replicative fork and replicons. Enzymes involved in replication (DNA polymerase, DNA ligase, helicase, primase, etc.). The replisoma in prokaryotes and eukaryotes; origins of replication in bacteria and eukaryotes. Centromeres and telomeres. Methods for evaluating DNA synthesis in vivo (Marking index with tritiated thymidine, flow cytometry, etc.). DNA amplification (PCR).
2) RNA and transcription: chemical-physical characteristics, purification, separation and analysis of cellular RNAs. Stable and labile RNA. Structure and properties of RNA polymerase of prokaryotes. Identification and analysis of bacterial promoters and terminators. Elements of regulation of transcription in bacteria. RNA polymerases and promoters in eukaryotes. Transcriptional regulation in eukaryotes; basal transcription factors and transactivators, enhacers and UAS; regulation of the GAL system in yeast. Structure and biosynthesis of tRNA, ribosomal RNA and messenger RNA. Introns and exons: mechanisms of splicing and introns of group I and II.
3) Ribosomes and protein synthesis: structure and evolution of ribosomes. Systems of protein synthesis in vitro. Activation mechanisms of amino acids. Genetic code and codon-anticodon interactions. Phases and mechanism of protein synthesis in prokaryotes and eukaryotes; Start, elongation and end reaction. Mechanism of action of the puromycin and identification of sites A and P on ribosomes. Examples of translational regulation. Protein synthesis inhibitors and their mechanism of action.
Prerequisites
Background: Introductory Biology; Organic Chemistry
Specific prerequisites: Organic chemistry
General prerequisites: Students can take the exams of the second year after passing the examinations of Introductory Biology, General and inorganic Chemistry, Mathematics, and Foreign Language.
Teaching form
Classroom lectures supported by slides, tutorial movies and diagrams.
Teaching language: italian.
All the lectures will be registered and available on the e-learning site
Textbook and teaching resource
Learning material (slides of the lessons, movies and diagrams) is available at the e-learning platform of the course.
Recommended textbooks:
- Capranico et al. "Molecular Biology", Edises 2016
- Weawer et al. "Molecular Biology" Mc-Grow Hill 2005
- Amaldi et al "Molecular Biology" Ed. Ambrosiana 2014
- Watson et al. "Molecular Biology of the Zanichelli gene" 2012
Semester
First semester
Assessment method
Writtten + oral examination. A two-hour written examination is based on 5 open questions (each question is worth 6 points). The minimum requirement for taking the oral examination is the correct and comprehensive answer to at least 3 questions, reaching a mark of at least 18/30. The oral examination consists of a discussion on the issues of written examination and, possibly, on further issues from the whole course content.
Office hours
Contact: Monday from 2pm to 4pm or anytime, upon request to lecturer
Key information
Staff
-
Enzo Martegani