Course Syllabus
Obiettivi
L’insegnamento si articola in due moduli e si propone di fornire i principi, l’implementazione e le applicazioni delle principali metodologie biochimiche per lo studio delle proteine e la manipolazione e l’analisi degli acidi nucleici. Particolare attenzione viene data alla discussione dei processi chimico-fisici su cui si basano le tecniche trattate e alla descrizione delle principali strategie sperimentali in cui queste si inseriscono.
Conoscenza e capacità di comprensione.
Lo studente conoscerà i principi fondamentali delle principali metodologie biochimiche e biomolecolari per lo studio delle proteine e la manipolazione degli acidi nucleici, e della loro implementazione e applicazione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite alle attività di laboratorio, alle materie degli anni successivi, e di comprendere e interpretare lavori scientifici per l’elaborazione della tesi di laurea.
Autonomia di giudizio.
Lo studente sarà in grado di elaborare quanto appreso, al fine di interpretare e discutere criticamente i risultati di esperimenti propri e pubblicati in letteratura, ottenuti con le tecniche descritte.
Abilità comunicative.
Lo studente saprà esprimersi con proprietà di linguaggio nella descrizione delle metodologie trattate e nella discussione di risultati sperimentali.
Capacità di apprendimento.
Lo studente avrà le capacità di apprendimento necessarie per affrontare in autonomia studi successivi che richiedano conoscenza di metodologie biochimiche e biomolecolari, e saprà applicare anche ad altri ambiti il metodo di studio acquisito.
Contenuti sintetici
Modulo 1 (Metodologie Biochimiche)
Purificazione e caratterizzazione strutturale e funzionale delle proteine.
Modulo 2 (Tecnologie Biomolecolari)
Manipolazione di acidi nucleici, isolamento e caratterizzazione di geni.
Programma esteso
Modulo 1 (Metodologie Biochimiche)
PREPARAZIONE DI ESTRATTI GREZZI DI PROTEINE. Sali, tamponi, detergenti, agenti denaturanti, metodi di lisi cellulare, precipitazione in ammonio solfato, dialisi.
PURIFICAZIONE E ANALISI DI PROTEINE. Tecniche di centrifugazione, tecniche cromatografiche, tecniche elettroforetiche, Western blot e immunoprecipitazione.
CARATTERIZZAZIONE BIOFISICA DI PROTEINE CON METODI SPETTROSCOPICI E SPETTROMETRICI. Assorbimento UV-Vis, dicroismo circolare, fluorescenza, spettrometria di massa, risonanza di plasmoni di superficie.
Modulo 2 (Tecnologie Biomolecolari)
TECNOLOGIE DEL DNA RICOMBINANTE. Nucleasi (DNasi, RNasi, nucleasi S1 e enzimi di restrizione), metilasi, DNA ligasi, fosfatasi, chinasi, DNA polimerasi e RNA polimerasi. Costruzione di mappe di restrizione. Elettroforesi di acidi nucleici. PCR: principi e applicazioni. Mutagenesi. Preparazione di sonde a DNA (marcature alle estremità,nick translation, random priming, tramite PCR) e a RNA. Analisi di Southern e di Northern. Sequenziamento enzimatico del DNA, sequenziamento automatizzato e pirosequenziamento.
CLONAGGIO E ISOLAMENTO TRASFORMANTI. Sistemi ospite-vettore. Vettori di clonaggio per Escherichia coli. Marcatori e selezione dei trasformanti. Preparazione di banche genomiche, a cDNA e a espressione. Screening.
Prerequisiti
Prerequisiti. Conoscenze di base di fisica, chimica generale, biochimica e biologia molecolare
Propedeuticità specifiche: nessuna
Propedeuticità generali. Lo studente potrà sostenere gli esami del secondo anno di corso solo previo superamento degli esami di Istituzioni di Biologia, Chimica generale ed inorganica, Matematica, Lingua Straniera.
Modalità didattica
32 lezioni frontali da 2 ore così strutturate:
• una parte in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti, concetti e principi scientifici
• una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede interventi didattici integrativi, brevi interventi effettuati dai corsisti. dimostrazioni aggiuntive di applicazioni pratiche dei contenuti della parte erogativa e esercizi applicativi della teoria con il supporto di filmati.
Tutte le attività sono svolte in presenza.
L'insegnamento è tenuto in lingua italiana.
Materiale didattico
Il materiale didattico è reperibile sulla piattaforma e-learning dell’insegnamento.
Testi suggeriti per primo modulo:
-Wilson and Walker's Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology. Cambridge University Press
Testi suggeriti per secondo modulo:
- Dale J.W. & von Schantz M. “Dai Geni ai Genomi”. EdiSEs
- Brown T.A. “Biotecnologie Molecolari”. Zanichelli
- Maccarrone M. “Metodologie biochimiche e biomolecolari” Zanichelli
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame scritto (2 h).
L’esame richiede la risposta a due gruppi di domande aperte che riguardano i contenuti dei due moduli di cui si compone l'insegnamento. In caso sia raggiunto un voto almeno sufficiente in entrambi i moduli (18/30), sarà possibile formulare il voto finale, come media dei punteggi conseguiti nei due moduli d'esame.
Orario di ricevimento
Ricevimento: su appuntamento, previa richiesta per mail ai docenti.
Sustainable Development Goals
Aims
The course aims at providing the principles, implementation and applications of the main biochemical methods for the study of proteins and the manipulation and analysis of nucleic acids. Particular attention is given to the discussion of the chemical-physical processes on which the treated techniques are based and to the description of the main experimental strategies in which they are inserted.
Knowledge and understanding.
Students will gain knowledge of the fundamental principles at the basis of the main biochemical and biomolecular techniques for protein studies and manipulation of nucleic acids, as well as their implementation and application.
Applying knowledge and understanding.
Students will be able to apply the acquired knowledge to the subsequent laboratory activities and courses, as well as to understand and interpret the scientific papers required for the preparation of their graduation thesis.
Making judgements.
Students will be able to process the acquired knowledge, in order to interpret and critically discuss results from the literature and their own work, obtained by the described methods.
Communication skills.
Students will be able to use an appropriate scientific language in the description of the acquired methods and in the discussion of the experimental results.
Learning skills.
Students will have the skills in reading and understanding to face autonomously the subsequent studies that require knowledge in biochemical and biomolecular methods and will be able to apply the acquired study method also to other matters
Contents
Module 1 - (Methods in Biochemistry).
Protein purification. Structural and functional characterization of proteins.
Module 2- (Biomolecular techniques)
Manipulation of nucleic acids, isolation and characterization of genes.
Detailed program
Module 1 - (Methods in Biochemistry).
PREPARATION OF PROTEIN RAW EXTRACT. Salts, buffers, detergents, denaturating agents, methods for cell lysis, protein precipitation in ammonium sulfate, dialysis.
PROTEIN PURIFICATION AND ANALYSIS. Centrifugation, chromatography, electrophoresis, Western blot, immunoprecipitation.
BIOPHYSICAL CHARACTERIZATION OF PROTEINS BY SPECTROSCOPIC AND SPECTROMETRIC METHODS. UV-Vis absorbance, circular dichroism, fluorescence, mass spectrometry, surface plasmon resonance.
Module 2- (Biomolecular techniques)
RECOMBINANT DNA TECHNIQUES. Nucleases (DNase, RNase, S1 nuclease and restriction enzymes), methylases, DNA ligase, phosphatases, T4 polynucleotide kinase, DNA polymerases and RNA polymerases. Restriction maps. Agarose gel electrophoresis. Polymerase chain reaction (PCR): principles and applications. DNA probes (5’ and 3’ end labelling, nick translation, random priming and PCR). RNA probes. Southern and Northern analyses. DNA sequencing: basic concepts, Sanger sequencing, automatic sequencing and pyrosequencing.
CLONING AND SCREENING. Escherichia coli as a host organism. Selection markers. Cloning vectors. Genomic libraries, cDNA and expression libraries. Screening.
Prerequisites
Background. Basics of Physics, General Chemistry, Bichemistry and Molecular Biology.
Specific prerequisites: None
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
32 x 2 hours-lectures composed by:
• a section of delivered didactics (Didattica erogativa, DE) focused on the presentation-illustration of contents by the lecturer
• a section of interactive teaching (Didattica Interattiva, DI) including teaching interventions supplementary to delivered didactic activities, short interventions by trainees, exercises and tutorial movies.
Didactic activities are conveyed by means of face-to-face lectures.
Teaching language: Italian.
Textbook and teaching resource
Learning material is available at the e-learning platform of the course.
Recommended textbooks
Module 1
- Wilson and Walker's Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology. Cambridge University Press
Module 2 - Dale J.W. & von Schantz M. “Dai Geni ai Genomi”. EdiSEs
- Brown T.A. “Biotecnologie Molecolari”. Zanichelli
- Maccarrone M. “Metodologie biochimiche e biomolecolari” Zanichelli
Semester
Second semester
Assessment method
Written examination (2 h).
Two sets of open questions on the content of both course modules. The final grade will be defined as the average of the two sets, provided they both have a sufficient mark (18/30).
Office hours
Contact: on demand, upon request by mail to lecturers.
