Course Syllabus
Obiettivi
L’insegnamento si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della cellula eucariotica da un punto di vista morfo-funzionale e ultrastrutturale, delle proprietà strutturali e funzionali di cellule animali differenziate e delle loro modalità di associazione nella formazione dei tessuti. Inoltre, una parte del corso ha l’obiettivo di fornire le nozioni fondamentali sui meccanismi dell’evoluzione biologica. Le lezioni frontali sono affiancate dall’attività di laboratorio obbligatoria in cui l’utilizzo del microscopio ottico permetterà di osservare preparati istologici al fine di acquisire abilità nel riconoscimento dei diversi tessuti e delle loro associazioni in relazione alle funzioni dei tessuti stessi.
Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine dell'insegnamento lo studente saprà conoscere le correlazioni fra i livelli molecolare, cellulare, tissutale e organologico in biologia animale; dovrà conoscere la struttura e la funzione delle componenti della cellula eucariotica e dei tessuti animali e l’uso base del microscopio ottico; dovrà conoscere le basi biologiche e i meccanismi principali dell'evoluzione; dovrà essere in grado di comprendere la terminologia biologica relativa a queste discipline.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per riconoscere organuli cellulari in immagini di microscopia elettronica; sarà in grado di utilizzare un microscopio ottico e riconoscere i principali tessuti e i loro costituenti; saprà comprendere le informazioni ottenute da immagini bidimensionali per ricostruire strutture tridimensionali.
Autonomia di giudizio
Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di scegliere il metodo adeguato per l’analisi di specifici aspetti strutturali della cellula e dei tessuti; saprà identificare gli aspetti incontrovertibili dell'evoluzione; saprà essere in grado di individuare i concetti chiave, sintetizzarli ed esemplificarli; saprà utilizzare in modo consapevole il libro di testo e le risorse virtuali per sviluppare approfondimenti dell’insegnamento in autonomia.
Abilità comunicative
Al termine dell’insegnamento lo studente avrà sviluppato capacità di descrivere e rappresentare in modo chiaro e rigoroso gli aspetti morfo-funzionali di cellule e tessuti utilizzando in modo appropriato la terminologia biologica.
Capacità di apprendere
Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e comprendere le più recenti conoscenze scientifiche nel campo; saprà analizzare, applicare, integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso nei successivi insegnamenti del piano di studi.
Contenuti sintetici
Citologia:
1. Introduzione allo studio della citologia
2. Le basi chimiche della materia vivente
3. La membrana plasmatica
4. Il citoplasma
5. Il nucleo
Elementi di Evoluzione Biologica
Laboratorio: Elementi di Istologia
1. Tessuti epiteliali
2. Tessuti connettivi propriamente detti e specializzati
3. Tessuti muscolari
4. Tessuto nervoso
Programma esteso
Citologia
1-Introduzione allo studio della citologia
Gerarchia e complessità dell’organizzazione biologica. La cellula come unità fondamentale degli organismi viventi. Morfologia e organizzazione generale della cellula procariotica e della cellula eucariotica animale e vegetale. Ordini di grandezza, unità di misura e limiti di risoluzione. Tecniche microscopiche per lo studio di cellule e tessuti.
2-Le basi chimiche della materia vivente
Struttura e funzione delle macromolecole biologiche (zuccheri, lipidi, proteine, acidi nucleici).
3-La membrana plasmatica
Proprietà e funzioni. Composizione ed architettura molecolare: il modello a mosaico fluido e a raft lipidici; Permeabilità e meccanismi di trasporto di membrana: diffusione semplice, osmosi, trasporto passivo e trasporto attivo, proteine carrier e pompe di membrana, canali ionici, potenziale di membrana. Recettori, cenni di comunicazione tra cellule e trasduzione del segnale. Specializzazioni della membrana plasmatica: microvilli, ciglia e flagelli, glicocalice, giunzioni cellulari (strette, aderenti, desmosomi e comunicanti), matrice extracellulare ed interazioni cellula-matrice (contatti focali ed emidesmosomi).
4-Il citoplasma
Composizione del citosol, ribosomi e poliribosomi. Sistema delle membrane interne e compartimentalizzazione nelle cellule eucariotiche: reticolo endoplasmatico ruvido e liscio, apparato di Golgi, traffico vescicolare e rivestimenti proteici, lisosomi, endocitosi ed esocitosi. Perossisomi, mitocondri e cloroplasti. Il citoscheletro: struttura e funzione dei microtubuli, centrosoma e MTOC, modello di instabilità dinamica, motori microtubulari, ultrastruttura dell’assonema in ciglia e flagelli; struttura e funzione dei microfilamenti, assemblaggio e disassemblaggio, interazioni dei filamenti actinici con miosina e proteine leganti actina in cellule muscolari e non muscolari; struttura e funzione dei filamenti intermedi. Rapporto tra citoscheletro e altre strutture cellulari.
5-Il nucleo
Struttura del nucleo interfasico al microscopio ottico ed elettronico. Involucro nucleare e pori nucleari. Scambi tra nucleo e citoplasma. Nucleolo. Struttura della cromatina. Eterocromatina costitutiva e facoltativa. Cromosomi metafasici e cariotipo. Cenni sulla struttura e funzione dei principali RNA. Codice genetico. Cenni sulla duplicazione del DNA, trascrizione e traduzione dell’informazione genica. Il ciclo cellulare: fasi e cenni sulla regolazione. La fase M: tappe della mitosi e citocinesi. La riproduzione sessuata: cellule somatiche e cellule germinali. Meiosi, gametogenesi e struttura dei gameti.
Elementi di Evoluzione Biologica
Panorama delle forme viventi. Le categorie sistematiche. Genotipo, fenotipo, fitness, selezione naturale e artificiale. Analogia e omologia. Coevoluzione, mimetismo. Legge di Hardy-Weinberg. Mutazioni, deriva genetica. Significato evolutivo della riproduzione sessuale. Speciazione. Evoluzione molecolare. Le prove storiche dell’evoluzione. Lamarckismo, darwinismo, neodarwinismo. Gradualismo ed equilibri intermittenti.
Laboratorio: Elementi di istologia
1-Tessuti epiteliali
Classificazione strutturale e funzionale degli epiteli, polarità morfo-funzionale delle cellule epiteliali; membrana basale. Epiteli di rivestimento. Epiteli ghiandolari.
2-Tessuti connettivi propriamente detti e specializzati
Tessuti connettivi propriamente detti: Cellule proprie e migranti; matrice extracellulare: biosintesi e organizzazione delle componenti extracellulari. Funzioni. Tessuto connettivo fibroso lasso e denso, reticolare, elastico ed adiposo. Tessuti connettivi di sostegno: cartilagine; tessuto osseo spugnoso e compatto: funzioni meccaniche e di omeostasi metabolica, ossificazione. accrescimento e rimaneggiamento dell'osso. Sangue. Plasma ed elementi figurati.
3-Tessuti muscolari
Tessuto muscolare striato scheletrico: organizzazione istologica, basi ultrastrutturali della contrazione muscolare. Tessuto muscolare striato cardiaco: organizzazione strutturale e ultrastrutturale, dischi intercalari. Tessuto muscolare liscio: organizzazione istologica, distribuzione e funzioni.
4-Tessuto nervoso
Organizzazione generale del sistema nervoso. Struttura del neurone e cellule della glia.
Prerequisiti
Prerequisiti: conoscenze di base di biologia acquisite nella scuola secondaria.
Propedeuticità: nessuna
Modalità didattica
Lezioni frontali in aula supportate da presentazioni PowerPoint (56 h, 7 CFU) ed esercitazioni di laboratorio (10 h, 1 CFU). Le esercitazioni prevedono l'utilizzo del microscopio ottico per l’osservazione ed il riconoscimento di preparati istologici.
L'insegnamento è tenuto in lingua italiana.
Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno in modalità mista: la coorte di studenti verrà divisa in gruppi che frequenteranno a rotazione nelle settimane. Le lezioni in presenza saranno erogate in videoconferenza mediante la piattaforma Webex collegandosi alla stanza personale del docente e videoregistrate.
I laboratori nel periodo di emergenza vedranno ridotte le attività in presenza che saranno integrate con attività sostitutive da remoto.
Materiale didattico
Il materiale mostrato a lezione (diapositive, filmati) sarà disponibile sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento.
Libri di testo suggeriti.
A scelta dello studente una delle seguenti opzioni:
- Citologia e Istologia. I. Dalle Donne, S. Beninati, P. Bonfanti et al. EdiSES 2019
- Biologia cellulare e molecolare. Concetti ed esperimenti. G. Karp. EdiSes affiancato da Istologia ed elementi di anatomia microscopica - Dalle Donne et al., EdiSES. II edizione
- L’essenziale di biologia molecolare della cellula. Alberts B., et al. Zanichelli affiancato da Istologia ed elementi di anatomia microscopica - Dalle Donne et al., EdiSES. II edizione
Per la parte di Evoluzione: Biologia Evoluzionistica e biodiversità. S.L. Wolfe et al. Ed. EdiSEs
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Nella fase di emergenza Covid-19 gli esami saranno esclusivamente per via telematica.
Sulla pagina e-learning dell'insegnamento verranno pubblicati i link pubblici a cui è possibile assistere all'esame da spettatore. Agli esaminandi invece è riservato un accesso interattivo con la commissione.
Modalità di valutazione in condizioni normali:L’esame consiste in una prova scritta composta da domande chiuse (tipologia vero/falso, a scelta e a risposta multipla e di completamento) ed una prova orale. La prova scritta è volta alla verifica delle conoscenze della terminologia e dei concetti base degli argomenti trattati nell’insegnamento mentre la prova orale verte sugli aspetti più concettuali del programma svolto con lo scopo di verificare le capacità di rielaborazione, collegamento tra i diversi argomenti trattati, la chiarezza espositiva e la proprietà di linguaggio. L’accesso all’orale è previsto solo dopo il superamento del test scritto con una votazione espressa in trentesimi pari a 18. La votazione finale dell’esame espressa in trentesimi non deriverà dalla media aritmetica delle valutazioni dello scritto e dell’orale, ma verrà dato maggior peso all’esame orale. La prova orale verrà effettuata nei giorni successivi all’esame scritto secondo un calendario pubblicato sulla piattafora e-learning dell’insegnamento, insieme ai risultati dello scritto.
Orario di ricevimento
Ricevimento: su appuntamento, previa richiesta per mail al docente
Aims
The course aims to provide the student with the basic knowledge of the eukaryotic cell from a morpho-functional and ultrastructural point of view, the structural and functional properties of differentiated animal cells and their association modalities in tissue formation. Furthermore, a part of the course aims to provide the basics on the mechanisms of biological evolution. The lectures are complemented by the mandatory laboratory activity in which the use of the optical microscope will allow to observe histological preparations in order to acquire skills in the recognition of different tissues and their associations in relation to the functions of the tissues themselves.
Knowledge and understanding.
At the end of the course the student will know the correlations between the molecular, cellular, tissue and organ levels in animal biology; will gain the knowledge of the structure and function of the components of the eukaryotic cell and animal tissues and the basic use of the optical microscope; will know the biological bases and the main mechanisms of evolution; will be able to understand the biological terminology related to these disciplines.
Applying knowledge and comprehension
At the end of the course the student will gain the ability to apply the knowledge acquired in point 1 to recognize cellular organelles in electron microscopy images; will be able to use an optical microscope and recognize the main tissues; will be able to understand the information obtained from two-dimensional images to reconstruct three-dimensional structures.
Making judgments
At the end of the course the student will be able to choose the appropriate method for analyzing cell and tissues; will be able to identify the incontrovertible aspects of evolution; will gain the ability to identify the key concepts, summarize and exemplify them; will be able to know how to use the textbook and virtual resources in an informed way to develop insights.
Communication skills
At the end of the course, the student will have developed the ability to describe and represent the morpho-functional aspects of cells and tissues in a clear and rigorous way by appropriately using biological terminology.
Learning skills
At the end of the course the student will be able to consult the literature on the topics covered; will be able to analyze, apply, integrate and connect the knowledge acquired with what will be learned in the subsequent courses of the study plan.
Contents
Cytology:
1. Introduction to the study of cytology
2. The chemical basis of living matter
3. The plasma membrane
4. The cytoplasm
5. The nucleus
Elements of Biological Evolution
Laboratory: Elements of Histology
1. Epithelial tissues
2. Proper and specialized connective tissues
3. Muscle tissues
4. Nervous tissue
Detailed program
Cytology
1-Introduction to the study of cytology
Hierarchy and complexity of biological organization. The cell as a fundamental unit of living organisms. Morphology and general organization of the prokaryotic cell and of the animal and plant eukaryotic cell. Orders of magnitude, units of measurement and resolution limits. Microscopic techniques for the study of cells and tissues.
2-The chemical basis of living matter
Structure and function of biological macromolecules (sugars, lipids, proteins, nucleic acids).
3-The plasma membrane
Properties and functions. Molecular composition and architecture: the fluid mosaic and lipid raft model; permeability and membrane transport mechanisms: simple diffusion, osmosis, passive and active transport, carrier proteins and membrane pumps, ion channels, membrane potential. Receptors, cell-to-cell communication and signal transduction. Specialization of the plasma membrane: microvilli, cilia and flagella, glycocalyx, cellular junctions (tight, adherent, desmosomes and communicating), extracellular matrix and cell-matrix interactions (focal contacts and hemidesmosomes).
4-The cytoplasm
Composition of the cytosol, ribosomes and polyribosomes. Endomembrane system and compartmentalization in eukaryotic cells: rough and smooth endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, vesicular trafficking and protein coatings, lysosomes, endocytosis and exocytosis. Peroxisomes, mitochondria and chloroplasts. The cytoskeleton: structure and function of microtubules, centrosome and MTOC, model of dynamic instability, microtubular motors, ultrastructure of the axonema in cilia and flagella; structure and function of microfilaments, assembly and disassembly, interactions of actin filaments with myosin and actin-binding proteins in muscle and non-muscle cells; structure and function of intermediate filaments. Relationship between cytoskeleton and other cellular structures.
5-The nucleus
Structure of the interphase nucleus. Nuclear envelope and nuclear pores. Exchanges between nucleus and cytoplasm. Nucleolus. Chromatin structure. Constitutive and facultative heterochromatin. Metaphasic chromosomes and karyotype. Notes on the structure and function of the main RNAs. Genetic code. Introduction to DNA duplication, transcription and translation of genetic information. The cell cycle phases. Phase M: mitosis and cytokinesis. Sexual reproduction: somatic cells and germ cells. Meiosis, gametogenesis and gamete structure.
Principles of Biological Evolution
Panorama of living forms. Systematic categories. Genotype, phenotype, fitness, natural and artificial selection. Analogy and homology. Coevolution, mimetism. Hardy-Weinberg's principle. Mutations, genetic drift. Evolutionary meaning of sexual reproduction. Speciation. Molecular evolution. The historical evidence of evolution. Lamarckism, Darwinism, neo-Darwinism. Gradualism and punctuated equilibrium.
Laboratory: histology
1-Epithelial tissues
Structural and functional classification of epithelia, morpho-functional polarity of epithelial cells; basement membrane. Coating epithelia. Glandular epithelia.
2-Connective tissues proper and specialized
Connective tissues proper: Own and migrating cells; extracellular matrix: biosynthesis and organization of extracellular components. Functions. Loose and dense fibrous connective tissue, reticular, elastic and adipose tissues. Supportive connective tissues: cartilage; spongy and compact bone tissue: mechanical functions and metabolic homeostasis, ossification. bone growth and rehash. Blood: Plasma and figurative elements.
3-Muscle tissues
Skeletal striated muscle tissue: histological organization, ultrastructural bases of muscle contraction. Cardiac striated muscle tissue: structural and ultrastructural organization, intercalary discs. Smooth muscle tissue: histological organization, distribution and functions.
4-Nervous tissue
General organization of the nervous system. Neuron structure and glia cells.
Prerequisites
Background: basic knowledge of biology acquired in secondary school.
Prerequisites: none
Teaching form
Classroom lectures supported by PowerPoint slides (56 h, 7 ECTS) and laboratory practicals (10 h, 1 ECTS). Laboratory practicals introduce students to the use of the optical microscope, for the observation and recognition of histological preparations.
Teaching language: italian.
During the Covid-19 emergency, lectures will be given to relatively small and separate groups of students. These groups will attend for an entire week and the groups will be flipped between weeks. All lessons will be recorded and made available through the e-learning platform.
The laboratory experiences during the emergency will be reduced in number and replaced with remote activities, made available through e-learning platform.
Textbook and teaching resource
Learning material (slides of the lessons and scientific videos) wil be available at the e-learning platform of the course.
Recommended textbooks.
Students can choose among the following options:
- Citologia e Istologia. I. Dalle Donne, S. Beninati, P. Bonfanti et al. EdiSES 2019
- Biologia cellulare e molecolare. Concetti ed esperimenti. G. Karp. EdiSes and Istologia ed elementi di anatomia microscopica - Dalle Donne et al., EdiSES. II edizione
- L’essenziale di biologia molecolare della cellula. Alberts B., et al. Zanichelli and Istologia ed elementi di anatomia microscopica - Dalle Donne et al., EdiSES. II edizione
For Evolution topics: Biologia Evoluzionistica e biodiversità. S.L. Wolfe et al. Ed. EdiSEs
Semester
First semester
Assessment method
During Covid-19 emergency there will be oral examination through web resources only.
In Moodle e-learning will be published the open link to assist to the session (without interactions). Exam attendee will have a dedicated access.
Examination in normal conditions:The examination consists of a written test with closed questions (true/false type, choice and multiple choice and completion) and an oral examination. The written test is aimed at verifying the knowledge of the terminology and the basic concepts of the topics covered while the oral examination focuses on the more conceptual aspects of the course contents, with the aim of verifying the abilities of re-elaboration, connection between the different topics covered, the clarity of exposition and the property of language. Access to the oral examination is expected only after passing the written test with a mark expressed in thirtieths equal to 18. The final grade of the examination expressed in thirtieths will not derive from the arithmetic average of the grades of the written and oral exam, but greater weight will be given to the oral examination. The oral examination will be carried out in the days following the written test according to a calendar published on the moodle page of the course together with the results of the written examination.
Office hours
Contact: on demand, upon request by mail to lecturer
Key information
Staff
-
Patrizia Bonfanti