Course information | Integrated Laboratory of Chemistry and Biology

Course Syllabus

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Obiettivi

Il Laboratorio Integrato Chimico-Biologico ha l'obiettivo di fornire allo studente una preparazione pratica nelle principali metodologie sperimentali della chimica e delle scienze biologiche, integrando competenze di chimica organica, biochimica, microbiologia, biologia molecolare e fisiologia. Lo studente acquisirà capacità operative nell'esecuzione di protocolli sperimentali, nell'analisi e interpretazione dei dati e nella comunicazione dei risultati, operando nel rispetto delle buone pratiche di laboratorio e delle norme di sicurezza.

Conoscenza e capacità di comprensione
Acquisire le conoscenze di base delle principali tecniche sperimentali impiegate nei laboratori chimici e biologici e comprenderne i principi teorici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Applicare le conoscenze acquisite all'esecuzione di protocolli sperimentali, alla raccolta, elaborazione e interpretazione dei dati.
Autonomia di giudizio
Valutare criticamente i risultati sperimentali, riconoscere gli aspetti essenziali dei protocolli e operare con autonomia nelle attività di laboratorio.
Abilità comunicative
Descrivere le metodologie utilizzate e presentare i risultati sperimentali con un linguaggio scientifico appropriato.
Capacità di apprendimento
Applicare le competenze acquisite in contesti sperimentali analoghi e più complessi e sviluppare autonomia nell'apprendimento delle metodologie di laboratorio.

Contenuti sintetici

Il laboratorio integra esperienze pratiche di chimica e scienze biologiche finalizzate all'acquisizione delle principali metodologie sperimentali. Le attività comprendono tecniche di chimica analitica e organica, cromatografia e trasformazioni di composti organici, determinazioni quantitative in soluzione, isolamento e caratterizzazione di microrganismi, colture cellulari e analisi funzionale del differenziamento neuronale, purificazione e caratterizzazione di proteine ed enzimi, nonché tecniche di base di biologia molecolare per il clonaggio e lo screening di DNA plasmidico ricombinante. I dati sperimentali ottenuti saranno elaborati, interpretati e discussi alla luce dei principi teorici e delle buone pratiche di laboratorio.

Programma esteso

Il laboratorio è organizzato in moduli pratici dedicati alle principali metodologie sperimentali della chimica e delle scienze biologiche.

Le attività di chimica generale comprendono esperienze di analisi quantitativa mediante titolazioni acido-base, redox, iodometriche e pH-metriche, la determinazione del punto isoelettrico di un amminoacido e analisi colorimetriche.

Il modulo di chimica organica prevede esercitazioni sulle principali tecniche cromatografiche (TLC e cromatografia su colonna), sulla purificazione di composti mediante estrazione liquido-liquido e sulla reattività dei composti organici attraverso trasformazioni di gruppi funzionali.

Il modulo di biologia molecolare prevede esperienze di clonaggio di DNA plasmidico ricombinante, trasformazione batterica, screening mediante colony PCR, estrazione di DNA plasmidico, digestione con enzimi di restrizione ed elettroforesi su gel di agarosio.

Il modulo di microbiologia comprende l'isolamento, la coltivazione e la caratterizzazione di batteri, la determinazione della crescita microbica e la valutazione dell'attività antimicrobica.

Il modulo di chimica biologica è dedicato alla preparazione di estratti cellulari, alla purificazione di proteine mediante cromatografia, alla loro caratterizzazione tramite SDS-PAGE e Western blot, al dosaggio di proteine e attività enzimatiche e allo studio della cinetica enzimatica, con analisi quantitativa dei risultati.

Il modulo di fisiologia comprende attività di coltura e differenziamento di cellule di neuroblastoma, valutazione della proliferazione e della morfologia cellulare, analisi funzionali mediante misure del calcio intracellulare e dell'attività elettrica, nonché elaborazione e discussione dei dati sperimentali.

In tutti i moduli, le attività sperimentali sono accompagnate dall'elaborazione, interpretazione e discussione dei dati ottenuti, anche mediante semplici strumenti di analisi statistica, favorendo l'integrazione tra aspetti teorici e pratici.

Prerequisiti

Sono richieste conoscenze di base nelle discipline chimiche e biologiche, nonché familiarità con le principali tecniche e buone pratiche di laboratorio.

Modalità didattica

L'insegnamento prevede attività pratiche di laboratorio svolte in presenza presso laboratori appositamente attrezzati, organizzate in modalità interattiva. Le esercitazioni, articolate in più incontri per un totale complessivo di circa 20 ore, saranno condotte in piccoli gruppi di studenti e precedute da un'introduzione teorica relativa agli obiettivi, alle metodologie e al disegno sperimentale.

Le attività saranno supportate da materiale didattico (slide, protocolli sperimentali e dispense) disponibile sulla piattaforma e-learning del corso, finalizzato alla preparazione degli studenti e al consolidamento delle conoscenze acquisite. La frequenza alle attività di laboratorio è obbligatoria secondo quanto previsto dal regolamento del corso.

Materiale didattico

Il materiale didattico dell’insegnamento include la dispensa e i protocolli sperimentali applicati durante l’attività pratica. Tutto il materiale didattico a supporto dei contenuti teorici e/o tecnici delle esperienze di laboratorio sarà accessibile dalla piattaforma e-learning. Il materiale didattico dell’insegnamento sarà prevalentemente costituito da protocolli e dispense preparate dai docenti che verranno consegnati agli studenti all’inizio dell’attività didattica e resi disponibili sulla piattaforma e-learning. Il materiale didattico dell’insegnamento sarà prevalentemente costituito da protocolli e dispense preparate dai docenti, video illustrativi e test di autovalutazione che verranno resi disponibili sulla piattaforma e-learning.

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Il corso verrà erogato nel primo semestre.

Modalità di verifica del profitto e valutazione

Per il modulo di Biochimica, così come per tutti gli altri moduli dell’insegnamento del LIB, non è prevista la possibilità di sostenere esami parziali o prove relative al singolo modulo, né sono previste prove in itinere per alcun modulo.
La verifica dell’apprendimento dell’intero insegnamento consiste in un’unica prova scritta, finalizzata a valutare le competenze acquisite dallo studente in relazione a ciascuno dei sei moduli che compongono l’insegnamento. La prova scritta ha durata di 2 ore, e si svolge in aula informatica, tramite PC su piattaforma informatica dedicata. La prova consta di quesiti a domanda chiusa (esercizi, domande a scelta multipla) sui contenuti disciplinari di tutti i moduli, ed una singola domanda aperta sui contenuti disciplinari di uno dei moduli. I quesiti chiusi di ciascun modulo consentono di acquisire un massimo di 10 punti. Il risultato complessivo sulle domande chiuse dei 6 moduli viene convertito in un punteggio massimo di 29 (assegnato automaticamente dal sistema, al termine della prova); la domanda aperta vale da 0 a 2 punti, assegnati a seguito della correzione da parte di uno dei docenti. La domanda aperta sarà valutata solo al raggiungimento di un punteggio minimo assegnato ai quesiti a domanda chiusa. Il voto complessivo è dato in trentesimi e si ottiene sommando i due punteggi (per risposte “chiuse” e per risposta “aperta”). Un punteggio complessivo ≥30,5 permette di ottenere la lode.

Orario di ricevimento

I docenti ricevono su appuntamento tramite richiesta via e-mail.

Sustainable Development Goals

SALUTE E BENESSERE

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Aims

The Integrated Chemical-Biological Laboratory aims to provide students with practical training in the main experimental methodologies used in chemistry and life sciences, integrating competencies in organic chemistry, biochemistry, microbiology, molecular biology, and physiology. Students will develop practical skills in carrying out experimental protocols, analysing and interpreting experimental data, and communicating scientific results, while applying good laboratory practices and safety regulations.

Knowledge and understanding
Acquire the fundamental knowledge of the main experimental techniques used in chemical and biological laboratories and understand their theoretical principles.
Applying knowledge and understanding
Apply the acquired knowledge to perform experimental protocols and to collect, process, and interpret experimental data.
Making judgements
Critically evaluate experimental results, identify the key aspects of experimental protocols, and perform laboratory activities with increasing autonomy.
Communication skills
Describe the experimental methodologies used and present experimental results using appropriate scientific language.
Learning skills
Apply the acquired competencies to similar and more advanced experimental contexts and develop independent learning skills in laboratory methodologies.

The laboratory integrates practical activities in chemistry and life sciences aimed at developing the main experimental skills. The course includes analytical and organic chemistry techniques, chromatography and organic transformations, quantitative analysis of aqueous solutions, isolation and characterization of microorganisms, cell culture and functional analysis of neuronal differentiation, purification and characterization of proteins and enzymes, as well as basic molecular biology techniques for recombinant plasmid DNA cloning and screening. Experimental data will be processed, interpreted, and discussed in the light of the underlying theoretical principles and good laboratory practice.

Detailed program

The laboratory is organized into practical modules covering the main experimental methodologies used in chemistry and the life sciences.

The General Chemistry module includes quantitative analytical techniques based on acid-base, redox, iodometric, and potentiometric titrations, determination of the isoelectric point of an amino acid, and colorimetric analyses.

The Organic Chemistry module includes practical training in the main chromatographic techniques (thin-layer chromatography and column chromatography), purification of compounds by liquid-liquid extraction, and functional group transformations to investigate the reactivity of organic compounds.

The Molecular Biology module includes recombinant plasmid DNA cloning, bacterial transformation, screening by colony PCR, plasmid DNA extraction, restriction enzyme digestion, and agarose gel electrophoresis.

The Microbiology module covers the isolation, cultivation, and characterization of bacteria, determination of microbial growth, and assessment of antimicrobial activity.

The Biological Chemistry module focuses on the preparation of cell extracts, protein purification by chromatography, protein characterization by SDS-PAGE and Western blotting, protein and enzyme activity assays, and enzyme kinetics, including quantitative analysis of the experimental results.

The Physiology module includes cell culture and differentiation of neuroblastoma cells, evaluation of cell proliferation and morphology, functional analyses based on intracellular calcium measurements and electrical activity recordings, as well as data processing and discussion.

In all modules, the experimental activities are complemented by the processing, interpretation, and discussion of the experimental data, including the use of basic statistical tools, promoting the integration of theoretical knowledge with practical laboratory skills.

Prerequisites

Students are expected to have a basic background in chemistry and the biological sciences, together with familiarity with fundamental laboratory techniques and good laboratory practice.

Teaching form

The course includes practical laboratory activities carried out in dedicated and appropriately equipped laboratories through an interactive teaching approach. The laboratory sessions, organized into multiple practical activities for a total of approximately 20 hours, will be performed in small groups of students and will be preceded by a theoretical introduction covering the objectives, methodologies, and experimental design.

The activities will be supported by teaching materials (slides, experimental protocols, and handouts) provided through the course e-learning platform, aimed at preparing students before the laboratory sessions and reinforcing the acquired knowledge. Attendance to laboratory activities is mandatory according to the course regulations.

Textbook and teaching resource

The teaching materials for the course include handouts and experimental protocols used during the practical laboratory activities. All teaching materials supporting the theoretical and/or technical aspects of the laboratory experiences will be accessible through the course e-learning platform. The teaching materials will mainly consist of protocols and handouts prepared by the instructors, which will be provided to students at the beginning of the teaching activities and made available on the e-learning platform. Additional materials, including illustrative videos and self-assessment tests, will also be made available through the e-learning platform.

Semester

The course will be delivered in the first semester.

Assessment method

For the Biochemistry module, as for all other modules of the LIB course, students are not allowed to take partial exams or assessments relating to individual modules, and no in-course assessments are scheduled for any module.
The assessment of the entire course consists of a single written examination aimed at evaluating the competencies acquired by students in relation to each of the six modules that make up the course. The written examination lasts 2 hours and is carried out in a computer lab, using a PC through a dedicated online platform.
The examination consists of closed-ended questions (exercises and multiple-choice questions) covering the subject content of all modules, as well as a single open-ended question on the subject content of one of the modules. The closed-ended questions for each module allow students to obtain a maximum of 10 points. The overall score obtained from the closed-ended questions of the six modules is converted into a maximum score of 29 points (automatically assigned by the system at the end of the examination). The open-ended question is worth 0 to 2 points, awarded following evaluation by one of the lecturers.
The open-ended question is assessed only if a minimum score has been achieved in the closed-ended questions. The final grade is expressed out of 30 and is obtained by adding the two scores (for the closed-ended and open-ended questions). A total score ≥30.5 allows students to obtain honours (cum laude).